Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема оперативного планирования производства на камнеобрабатывающем предприятии 8
1.1.Особенности планирования в камнеобработке 8
1.2. Опыт оперативного планирования на камнеобрабатывающем предприятии 16
1.3 .Анализ научных исследований по проблеме 19
1.4.Цели, задачи и методы исследования 22
Выводы по Главе 1 23
2. Исследование организационных и технико-экономических факторов, влияющих на процесс оперативного планирования 25
2.1.Анализ организационно-технологических (маршрутных) схем выпуска продукции 25
2.2. Расчет производительности распиловочного оборудования при обработке прочных горных пород 29
2.2.1. Основные положения при определении производительности распиловочного оборудования 29
2.2.2. Расчет производительности рамных распиловочных станков 32
2.2.3. Расчет производительности однодисковых распиловочных станков 39
2.2.4. Расчет производительности ортогональных распиловочных станков 44
2.2.5. Расчет производительности алмазно-канатных станков 49
2.2.6. Сравнительный анализ производительности различных типов распиловочного оборудования 54
2.3. Расчет производительности шлифовалыю-полировального оборудования 59
2.4. Расчет производительности фрезерно-окантовочного камнеобрабатывающего оборудования 66
2.4.1. Основные положения при определении производительности фрезерно-окантовочного оборудования 66
2.4.2. Расчет производительности фрезерного мостового станка с одним АОСК 68
2.4.3. Расчет производительности многодискового конвейерного фрезерно-окантовочного станка 73
Выводы по главе 2 79
3. Разработка системы оперативного планирования камнеобрабатывающего производства 81
3.1.Задача оперативного планирования на камнеобрабатывающем производстве 81
3.2.Формирование организационно-технологических (маршрутных) схем 86
3.3.Экономико-математическая модель задачи оптимального планирования выпуска продукции 90
3.4. Определение объемов и номенклатуры собственных заказов 94
3.5. Алгоритм оперативного планирования 99
3.6. Постановка и математическая модель задачи оптимального использования сырья 103
3.7. Математические модели задач распила блоков и раскроя слэбов 111
3.8. Модель и метод комплектации ставок распиловочных станков 114
Выводы по главе 3 121
4. Апробация методов оперативного планирования на Московском камнеобрабатывающем комбинате 123
4.1.Краткая характеристика объекта исследования 123
4.2.Пример формирования производственной программы 125
4.3.Оптимизация распила блоков и раскроя слэбов 139
4.4.Комплектация ставок для рамных распиловочных станков 145
4.5. Оценка эффективности методов оперативного планирования 147
Заключение 151
Литература 154
Приложение 160
- Опыт оперативного планирования на камнеобрабатывающем предприятии
- Сравнительный анализ производительности различных типов распиловочного оборудования
- Модель и метод комплектации ставок распиловочных станков
- Оценка эффективности методов оперативного планирования
Опыт оперативного планирования на камнеобрабатывающем предприятии
В плановой экономике выпуск облицовочных изделий задавался директивно вышестоящими органами. При переходе к рыночным отношениям изменилась вся система работы с заказчиками. Наряду с государственными заказами (федеральных и региональных органов власти), предприятие должно самостоятельно формировать портфель заказов юридических и физических лиц.
В настоящее время формирование портфеля заказов на камнеобрабатывающем предприятии представляет собой сложную итерационную процедуру. Это связано с необходимостью согласования заказа на нескольких уровнях (производственный отдел, маркетинговый отдел, склад сырья и т.д.), при этом, если в ходе обсуждения заявки какие-то ее параметры изменяются, то процесс начинается с самого начала. Решения, принимаемые по такой схеме, не всегда достаточно обоснованы и, зачастую, далеки от оптимальных.
Существующая система приемки заказов на Московском камнеобрабатывающем комбинате выглядит следующим образом. Заказчик (клиент) общается с менеджером по продажам, который рассказывает о наличии сырья и готовой продукции на складе. Как правило, менеджеры по продажам не имеют достаточного опыта производственной деятельности. Поэтому в случае сложных заказов (нестандартные изделия, широкая номенклатура, особые требования к сырью или качеству обработки), менеджер по продажам не может самостоятельно принять решение о возможности выполнить требования заказчика, и, тем более, назвать стоимость изготовления продукции. В таких случаях менеджер по продажам вынужден консультироваться непосредственно у директора по производству, который на основе накопленного опыта принимает окончательное решение относительно возможности выполнения и стоимости работ по заказу. При этом алгоритм принятия решения неформализован. Лишь директор по производству знает, что такой-то процесс загружен, такой-то простаивает, а в таком-то цехе нужный станок ремонтируется, а значит в ближайшие три-четыре дня работы по выполнению заказа не начнутся. Кроме того, директор по производству располагает информацией о наличии сырья на складе. Если необходимого камня нет, то начинаются уговоры клиента согласится на имеющиеся аналоги и т.д.
Таким образом, получается, что функция приемки заказов целиком лежит на директоре по производству, что явно не соответствует его непосредственным обязанностям. Сложившаяся система принятия заказов крайне негативно сказывается на оперативности работы отдела приемки заказов и снижает эффективность деятельности всего комбината в целом.
Ряд изделий можно выполнить только на одном единственном типе оборудования, например, выточить колонну и сделать сложный барельеф. В последнем случае используется современные станки с программным управлением, которые сканируют гипсовую копию изделия или непосредственно получают программу в бортовой компьютер. При выполнении простых заказов (плоскостная плита) может быть использовано несколько типов оборудования. Как правило, такие заказы выполняются в одном цехе, однако при большом объеме изготавливаемой продукции одновременно могут быть загружены производственные линии обоих цехов. Все зависит от объемов и сроков выполнения заказов. Например, большой объем толстомерных изделий один цех просто не сможет сделать в сжатые сроки. Поэтому для принятия правильных решений о стоимости и возможных сроках изготовления продукции уже на стадии приемки заказа требуется комплексное представление не только о способах обработки камня, но и о состоянии всего производственного процесса в каждый конкретный момент времени.
Одним из возможных путей решения данной проблемы является введение в состав отдела заказа производственников. Это позволяет оценить заказ по следующим критериям:
есть ли на складе необходимое сырье;
какой технологический процесс (цех) загружен.
В идеале система приемки заказов должна выглядеть следующим образом. Клиент должен оперативно получить информацию о возможности, стоимости и сроках выполнения его заказа непосредственно в отделе приемки заказов от менеджера по продажам. При этом, принятие решения должно быть максимально формализовано и не зависеть от опыта работы конкретного менеджера по продажам. Необходимо создание четкой структурной схемы, позволяющей оценить, где и как можно сделать изделие, которое требуется заказчику.
Представим следующую ситуацию. Комбинат получает крупный заказ, выполняемый по дешевой технологической схеме (штрипсовая распиловка). Неожиданно происходит какой-либо производственный сбой. Например, вовремя не подошло сырье из-за недопоставки вагонов МПС. Для того, чтобы наверстать упущенное время приходится подключать другие технологические схемы (алмазную распиловку), что существенно удорожает процесс производства. В чем-то комбинат при этом, безусловно, проигрывает, но лучше пойти на такие потери и сохранить доброе имя перед лицом заказчика, чем сорвать сроки выполнения работ. В этой связи, уже на этапе оценки заказов необходимо представлять стоимость выполнения заказа по различным технологическим схемам, что позволяет учитывать возможные риски при расчете себестоимости и цены конечной продукции. Отдельного рассмотрения при распределении заказов по технологическим линиям требует проблема надежности работы оборудования. Например, известно, что резиновая обкладка насоса работает в среднем четыре месяца. Соответственно, механик должен постоянно отслеживать данную ситуацию и, скажем, через три месяца послать заявку на приобретение необходимой детали, чтобы с учетом времени на закупку требуемая обкладка уже лежала на складе к ожидаемому моменту выхода из строя старой. Такая система позволяет избежать простоев оборудования по причине отсутствия необходимых запчастей. Многие иностранные фирмы специально вводят в конструкцию своих машин механизмы внутренней самодиагностики, что позволяет своевременно выявлять узлы и детали, срок службы которых подходит к концу [52]. На складе должен находится определенный запас быстроизнашиваемых деталей, однако их объем должен быть оптимальным и не отвлекать излишние средства из оборота.
В целом, можно сделать вывод о слабости существующего методического и методологического аппарата оперативного планирования на камнеобрабатывающих предприятиях. В связи с этим разработка инструментария, позволяющего выбрать оптимальную технологическую схему для выполнения заказа и, соответственно, повысить эффективность бизнеса, приобретает особую значимость и актуальность.
В этой связи, особого внимания заслуживают научные работы российских и зарубежных авторов, посвященные оперативному планированию производства в минерально-сырьевом секторе.
Сравнительный анализ производительности различных типов распиловочного оборудования
Сравнительный анализ максимальной производительности различного камнераспиловочного оборудования при распиловке блоков прочных горных пород на слэбы различной толщины представлен на рис.2.7.
Проведенный анализ производительности различного камнераспило-вочного оборудования показывает, что наибольшую производительность в процессе распиловки обеспечивают широкоставные рамные распиловочные станки. Лидерство штрипсовых станков при распиловке тонких плит толщиной 20-ьЗО мм обусловлено большим числом рабочих инструментов - полосовых пил, одновременно участвующих в процессе пиления. Производительность рамных распиловочных станков в зависимости от группы пилимости обрабатываемых горных пород составляет 6,0-И 0,2 м2/ч.
Второе место занимают ортогональные многодисковые станки (32 диска), которые при распиловке на слэбы толщиной 10 мм обеспечивают производительность процесса резания 3,8- 8,5 м2/ч.
На третьем месте находятся фрезерные станки с алмазным отрезным сегментным кругом 03000- 3500 мм. Они обеспечивают производительность процесса распиловки на уровне 0,87н-2,7 м2/ч.
Наконец, наименьшую производительность показывают алмазно-канатные станки - не более 0,8-1,8 м2/ч.
В то же время, анализ производительности процесса распиловки блоков прочных горных пород в расчете на один рабочий инструмент показывает несколько иную картину (рис.2.8).
Наибольшую производительность процесса распиловки в расчете на один рабочий инструмент показывают фрезерные станки с АОСК 03000- 3500 мм - 0,87- 2,6 м2/ч. Далее следуют алмазно-канатные станки, производительность которых составляет 0,76-М,8 м2/ч. Третье место по производительности процесса пиления одним рабочим инструментом занимают ортогональные распиловочные станки - 0,12ч-0,26 м2/ч. Наконец, наименьшую производительность в расчете на один рабочий инструмент показывают рамные распиловочные станки - всего 0,06-гОДО м2/ч.
Ширина пропила при распиловке прочных горных пород различным распиловочным инструментом составляет, (мм):
штрипсовые пилы толщиной 5 мм и дробь WGR-040 - 7,7-8,2;
АОСК 01000-1600 мм на ортогональном станке - 7,2-8,5 мм;
АОСК 0 3000-3500 мм-12-13 мм;
алмазный канат - 11,0-11,6 мм.
Каждый из этих типов оборудования (рамное, ортогональное, дисковое и канатное) обладает своими преимуществами и недостатками.
При распиливании блока рамными станками увеличиваются затраты времени за счет длительных подготовительных операций, в процессе пиления невозможно оценить дефекты, которые имеет камень, и его цветовую гамму, нецелесообразно пилить плиты значительной толщины. Однако, в тоже время, распиливание блоков больших размеров рамными станками выгодно при распиливании блока на тонкие слэбы (20-40 мм.). Другим преимуществом рамного станка является возможность обработки ставки большого объема. Так, максимальный объем ставки для станков «Мастербретон» составляет 20-25 м3, а максимальный объем блока, загружаемый в станок с АОСК 03500 мм - всего 8 м3.
Распиливание блоков дисковыми станками позволяет в процессе пиления оценивать дефектность камня и его цветовую гамму, позволяет использовать блоки небольших размеров (третьей категории), которые значительно дешевле. Дисковые станки позволяют пилить плиты разной толщины, распиливание блоков происходит в два, три раза быстрее, чем на рамных. Кроме того, дисковая распиловка на станке GIGA-3500 позволяет существенно снизить потери сырья и расход инструмента в процессе шлифовки-полировки поверхности слэба. После распиловки на штрипсовых станках необходимо устранять с поверхности слэба следы воздействия металлической дроби, что увеличивает время полировки изделия. Распиловка алмазным диском за счет его жесткости позволяет получить более ровную поверхность и практически одинаковую толщину слэба по всей его площади. При рамной распиловки нередки случаи увода штрипсов в сторону, в результате чего толщина слэба в различных его частях бывает неодинакова. Дисковая технология становится выгодной при распиливании тол-стомеров для изготовления бортового камня, цельных ступеней, цокольных плит, архитектурных изделий и т.д.
На эффективность работы распиловочного оборудования существенно влияет толщина распила плит. Станок, который является эффективным для распиливания блока на тонкие плиты, может быть неэффективным для распиливания блока на плиты большой толщины и наоборот.
При производстве тонкой плиты толщиной от 20 до 80 мм наиболее рациональным является использование штрипсовой распиловки и станков «Мастербретон», позволяющей за счет большого количества рабочих инструментов (штрипсов) существенно снизить суммарное время на обработку блока.
При производстве толстомерных изделий наиболее эффективными являются однодисковые и алмазно-канатные станки. В тоже время, распиловка тонких плит на таких станках нецелесообразна. Толщина рабочего инструмента на таких станках сопоставима с толщиной получаемых слэ-бов, что приводит к неоправданному расходу сырья и снижению выхода готовой продукции. При использовании однодисковых и алмазно-канатных станков толщина изделия практически не влияет на часовую производительность оборудования (скорость реза и площадь получаемых изделий одинаковы, различно количество слэбов напиливаемых из одного блока).
Переходной границей между штрипсовой и однодисковой распиловкой является толщина 80-И 00 мм. При толщине изделий менее 80 мм предпочтительнее штрипсовая распиловка. При больших толщинах разница в производительности однодискового штрипсового станков становится несущественной, а с учетом более высокого качества распиливаемой поверхности целесообразно использовать оборудование с АОСК большого диаметра.
На основе проведенного сравнительного анализа расхода вспомогательных материалов и производительности оборудования при распиловке блоков прочных горных пород были сделаны следующие выводы:
пилимость гранита практически не влияет на выбор метода распиловки и маршрутную схему изготовления продукции. Все рассматриваемые типы распиловочных станков способны обрабатывать породы любой группы пилимости. Снижение эксплуатационной производительности станков при увеличении прочности обрабатываемого материала для различных способов распиловки примерно одинаково;
алмазный инструмент существенно превышает по производительности штрипсовые распиловочные станки в расчете на один рабочий орган, а значит эффективность применения алмазного инструмента повышается с увеличением толщины слэба. Переходной границей между штрипсовой и однодисковой распиловкой является толщина 80-100 мм;
экономически рационально производить распиловку 1 м2 реза на:
рамных распиловочных станках;
многодисковых ортогональных станках;
однодисковых фрезерных станках с АОСК 03000-3500 мм;
алмазно-канатных станках с алмазным канатом диаметром 11 мм.
Модель и метод комплектации ставок распиловочных станков
Процесс распиловки блоков является определяющим во всей технологической цепочке выпуска готовой продукции, он наиболее трудоемкий и дорогостоящий. На сегодняшний день наибольшее распространение получила распиловка блоков прочных пород на штрипсовых (рамных) станках. Это связано с целым рядом преимуществ, которые дает штрипсовая распиловка, в том числе:
наличие большого количества рабочих органов (штрипс) позволяет добиться наибольшей производительности по сравнению с другими типами распиловочных станков (дисковые и канатные);
отсутствие необходимости использования в процессе резания алмазного инструмента существенно удешевляет распиловку и делает штрипсовые станки экономически наиболее эффективным типом оборудования;
объем рабочего пространства штрипсовых станков существенно превышает возможности дискового и канатного оборудования, что позволяет увеличить объем и количество блоков распиливаемых за один раз.
Таким образом, штрипсовая распиловка играет основополагающую роль в процессе производства изделий из прочных горных пород (гранитов и т.п.). Это обстоятельство предъявляет повышенные требования к эффективности использования данного типа оборудования.
Как показали проведенные исследования различных видов камнерас-пиловочного оборудования, результаты которых представлены в Главе 2, производительность камнераспиловочных станков зависит не только от свойств обрабатываемых пород (пилимости), но и от параметров распиливаемых блоков, в частности, от заполнения рабочего пространства машин.
В идеальном случае размеры ставки (или блока) должны совпадать с размерами рабочего пространства штрипсового распиловочного станка:
длина - 330 или 350 см (в зависимости от типа станка);
ширина - 375 или 475 см (в зависимости от типа станка);
высота-210 см.
Однако в настоящее время объем рабочего пространства рамных (штрипсовых) распиловочных станков (20-25 м3) существенно превосходит объем блока (до 5-6 м3). Это связано с целым рядом причин, среди которых можно выделить: низкое качество отечественной сырьевой базы камнеобработки; сложность транспортировки блоков объемом более 10 м3; высокие цены на блоки больших объемов и т.д. В свою очередь, работа станков с неполной загрузкой приводит к росту себестоимости единицы продукции, нерациональному использованию рабочего времени, повышению удельного расхода материалов (штрипс, дроби и т.д.), что негативно отражается на экономических показателях производства.
С целью повышения производительности распиловочных машин на практике за один раз обрабатываются несколько блоков, которые объединяются в ставку [58]. Обычно в зависимости от ширины загрузочной тележки ставки комплектуют из двух или трех блоков. Первое наблюдается для станков Мастербретон 375/330, ширина рабочего пространства которых 3,75 м, второе - для станков Мастербретон 475/330, ширина рабочего пространства которых 4,75 м.
Учитывая, что технологические режимы различны для разных групп пилимости, ставки целесообразно комплектовать из гранитов одной группы пилимости (или, в крайнем случае, из двух соседних групп). Такой подход позволяет использовать оптимальные режимы распиловки.
Наиболее существенное влияние на общее время распиловки оказывает операция запиливания, что связано с пониженными скоростями опуска пильной рамы в этом режиме. На каждый сантиметр превышения одного блока над другим в ставке производительность снижается на 0,11 %. В этой связи, при комплектовании ставки необходимо стремиться к минимальной разности высот блоков (по вписанному параллелепипеду), входящих в ее состав. В этом случае время запиливания, определяемое максимальной глубиной запиливания, будет минимальным (см.рис.2.1).
С другой стороны, потери производительности распиловочного оборудования связаны с неполным заполнением блоками рабочего пространства станка. На основе проведенных исследований зависимости производительности распиловочного оборудования от параметров блоков установлено, что на каждый процент снижения ширины ставки производительность распиловки снижается также на 1%.
В настоящее время формирование ставок осуществляется на основании личного опыта и приблизительных расчетов технологов комбината. При небольшом количестве распиливаемых блоков (до 10) такой подход позволяет находить оптимальное или близкое к оптимальному сочетание блоков. Однако, нередки случаи, когда на складе одновременно находятся несколько десятков «разнокалиберных» блоков, и тогда оперативно решить задачу оптимальной комплектации ставок старыми методами не удается. Ставки комплектуются «на глазок», и это существенно сказывается на эффективности производства.
Таким образом, актуальной задачей является разработка алгоритма, позволяющего комплектовать ставки не на основе личного опыта технологов, а на основе математического расчета.
Задача комплектования ставок заключается в следующем. Необходимо из имеющейся совокупности блоков {п =\ ДҐ), принадлежащих к одной группе пилимости, скомплектовать ставки (t = \,T) по два или три блока таким образом, чтобы были использованы все блоки, планируемые к распиловке на рамных станках. При этом необходимо учитывать рабочие размеры (ширину загрузочного пространства) машин и добиваться максимальной производительности распиловочного оборудования.
Совокупность блоков, которые целесообразно использовать для выполнения запланированных заказов и из которых должны формироваться ставки, определяется при решении задачи распила и раскроя блоков. При этом известны максимальные (с учетом выступов и неровностей) параметры блоков (длина - L ю ширина - В „, высота - Н п).
В качестве критерия оптимальности при формировании ставок может быть использовано суммарное снижение производительности: как от неполного заполнения рабочего пространства станка, так и от превышения одного блока над другим.
Оценка эффективности методов оперативного планирования
Экономический эффект предложенной системы оперативного планирования складывается из трех составляющих:
увеличение общей прибыли за счет оптимизации плана выпуска продукции, в котором определяется также рациональные маршрутные (организационно-технические схемы) выполнения заказов;
снижение себестоимости продукции за счет рационального распила блоков и раскроя слэбов, при которых уменьшаются потери и соответственно общий расход сырья;
увеличение производительности рамных распиловочных станков и соответствующее этому снижение себестоимости за счет рациональной комплектации ставок.
Сопоставление планов-графиков, разработанных традиционным методом и по предложенной экономико-математической модели, представлено в табл.4.16.
При традиционном способе планирования общая прибыль составляет 1108,3 тыс. у.е., что меньше прибыли, достигаемой при оптимизации плана на 41,54 тыс. у.е. Таким образом в рассматриваемом случае увеличение прибыли составляет 3,75%.
Возможный эффект от оптимизации распила блоков и раскроя слэбов продемонстрируем на примере выполнения двух заказов из Мансуровского гранита. Сопоставление вариантов распила и раскроя, выполненных по традиционной и предлагаемой методике, приведено в табл.4.17.
Снижение расхода сырья на выпуск продукции толщиной 3 см составит 0,49 м3, (10,1%), при выпуске продукции толщиной 4 см составляет 0,3 м3 (2,0%). Общее снижение расхода сырья составляет 0,79 м3 (4,0%).
Таким образом, можно считать, что при выполнении отдельных заказов расход сырья уменьшается на 2- 10%, а в среднем на 3,5ч-6% . Учитывая высокий удельный вес стоимости сырья в себестоимости продукции (от 28 до 70%»), среднее ориентировочное снижение себестоимости составит: для ординарных гранитов 1,5%; для высокодекоративных гранитов 2,5%; для уникальных гранитов 3,5%. При среднем уровне рентабельности (по отношению к себестоимости) - 15% прибыль предприятия за счет оптимального распила блоков и раскроя слэбов увеличится ориентировочно на 11ч-23%.
Возможный эффект от оптимизации ставок рамных распиловочных станков рассмотрим на примере распиловки 25 блоков Мансуровского гранита. Сопоставление вариантов ставок, сформированных по традиционной и предлагаемой методике, приведено в табл.4.18.
Сравнение полученного варианта комплектации ставок с предвари тельно выполненным расчетом технологов комбината выявило возможный прирост производительности (снижение потерь производительности от неполного заполнения рабочего пространства и превышения одного блока над другим) на 1,5- 1,6% в расчете на одну ставку.
В целом использование рекомендаций работы позволит повысить производственную мощность комбината на 5,5-7,0% и снизить себестоимость продукции на 3,9-5,9%.
