Повышение эффективности автоматизированных механообрабатывающих участков серийного производства путем рационального построения приемо-сдаточных секций

Тенденции развития современного машиностроения в направлении снижения производственных затрат, развития новых технологий, увеличения номенклатуры и повышения качества выпускаемой продукции привели к широкому распространению во всём мире гибких автоматизированных механообрабатывающих участков.

На эффективность работы автоматизированного механообрабатывающего участка и цеха в целом оказывает влияние планировка участка, а в частности совмещение или разделение входа и выхода. При незначительных материальных потоках вход и выход с участка совмещают. Это позволяет сократить холостые пробеги межоперационного и внутрицехового транспорта, капитальные и эксплуатационные затраты на приемо-сдаточную секцию, а также приводит к росту концентрации работ по приёму и выдаче тары [ 5 ]. При значительном грузопотоке вход и выход с участка разделяют.

Выбор планировки производственного участка с совмещением или разделением входа и выхода зависит от производительности приёмосдаточной секции, а именно системы «стеллаж — кран-штабелёр». Это связано с тем, что на кран-штабелёр могут быть возложены, кроме обслуживания зоны хранения, функции по обслуживанию отделений, выполняющих вспомогательные функции (распаковка, проверка качества и количества прибывших грузов и т. д.), а также при некоторых планировках участка обслуживание основного оборудования. Кроме того, он относится к стандартному оборудованию и выпускается серийно, т. е. при проектировании его модель подбирают из номенклатурного ряда, выпускаемого промышленностью. В итоге, это привело к тому, что кран-штабелёр является «слабым звеном» во всей цепочке переработки грузов.

Исследованиями в области проектирования системы «стеллаж — кран-штабелёр» занимались А. А. Смехов [ 65, 66, 67, 68, 70 ], О. Б. Маликов [ 44,.

45, 46, 47, 48 ], Ю. М. Краковский [ 35, 36, 37, 38 ] и другие учёные [3, 40, 54, 55, 58, 60, 86 ]. Существующие исследования складских систем охватывают, в основном, крупные складские комплексы, в то время как вопросы исследования небольших автоматизированных складов участков ГПС не получили достаточного развития. Несмотря на кажущуюся схожесть в принципах и методах их проектирования, различие в условиях работы автоматизированных складов участков ГПС выдвигает специфические требования к методам его проектирования, поэтому применение достаточно сложных алгоритмических методов, приемлемых для крупных складских комплексов, едва ли можно считать приемлемыми для складов участков ГПС. По сравнению со складом цеха или завода для складов участков ГПС характерны следующие особенности: возможность прибытия и отправления грузов небольшими партиями, с небольшими интервалами по временизависимость грузопотоков не столько от особенностей работы транспорта, сколько от производительности основного оборудованияритмичность грузопотоков, отсутствие большой неравномерности. Поэтому при проектировании небольших складов, таких как автоматизированный склад участка ГПС, необходимо учитывать эту специфику.

Анализ работ [ 7, 11, 26, 39, 64, 65 ] по определению времени цикла крана-штабелёра показал не точность расчётов, вызванную сделанными допущениями. Авторы выше перечисленных работ не учитывали времена движения крана-штабелёра и грузоподъёмника при разгоне, торможении, движении на установочной скорости при позиционировании, а также нет рекомендаций о том за какое количество ячеек до конечной крану-штабелёру поступит сигнал на торможение. Сделанные допущения обоснованы тем, что эти времена оказывают незначительное влияние на общее время цикла в виду их малости по отношению к общему, т.к. перемещения грузоподъёмника крана-штабелёра происходят на значительные расстояния. Однако, как показал анализ работ и экспериментальные исследования, для складов участков ГПС характерны преимущественно перемещения грузоподъёмника крана-штабелёра на незначительные расстояния. Поэтому возникает необходимость определения времени цикла работы крана-штабелёра с учётом динамики его движений.

Оценка производительности системы «стеллаж — кран-штабелёр» по рекомендациям [13, 47 ] осуществляется по среднему времени цикла крана-штабелёра. Эту задачу пытались решить [ 59, 66, 74 ] с помощью аналитических методов: теории массового обслуживания, теории нечётких множеств, симплекс метода, теории вероятности и классических методов оптимизации. В итоге пришли к выводу, что ни один из вышеперечисленных методов не подходит для решения данной задачи, а в качестве метода исследования необходимо использовать имитационное моделирование.

Учитывая вышесказанное, возникает необходимость создания методики, позволяющей смоделировать работу приёмо-сдаточной секции участка ГПС с учётом всех особенностей её работы. Это позволит определять загрузку крана-штабелёра особенно для случаев, когда стоит выбор по совмещению или разделению функций приёма и выдачи тары, т.к. от этого зависит планировка приёмо-сдаточной секции и самого участка, т. е. совмещение или разделение входа и выхода.

Целью данной работы является разработка методики проектирования автоматизированных приёмо-сдаточных секций механообрабатывающих участков серийного производства.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях:

• выявлены зависимости времени цикла работы крана-штабелёра от динамических характеристик его движений;

• выявлены связи вместимости стеллажа приёмо-сдаточной секции механообрабатывающего участка от количества наименований одновременно обрабатываемых заготовок и неравномерности их поступления на участок;

• разработана имитационная модель работы приемо-сдаточной секции автоматизированного механообрабатывающего участка серийного производства;

• разработан алгоритм проектирования приемо-сдаточной секции. Практическая ценность работы заключается в разработке методики проектирования приемо-сдаточной секции автоматизированного механообрабатывающего участка серийного производства, позволяющей:

• определять время цикла крана-штабелёра с учётом динамических характеристик его движения, что повышает точность расчётов при проектировании или моделировании его работы;

• сократить страховой запас в стеллаже приёмо-сдаточной секции, путём непрерывного обмена тары между механообрабатывающим участком и складом цеха;

• распределять заготовки по зонам хранения в стеллаже приёмосдаточной секции механообрабатывающего участка с учётом их оборачиваемости в каждый период времени, используя разработанную программу, что позволяет сократить время выполнения погрузочно-разгрузочных операций краном-штабелёром;

• создавать программные средства ориентированные на временные, геометрические и планировочные параметры стеллажа при проектировании приёмо-сдаточной секции механообрабатывающего участка.

Результаты проведённых исследований в виде рекомендаций по формированию автоматизированной приёмо-сдаточной секции механообрабатывающего участка серийного производства были использованы на предприятии ОАО «Йошкар-Олинский завод лесного машиностроения» участок по изготовлению деталей для сборки «Дроссельного узла».

На защиту выносится:

1. методика определения времени цикла автоматического стеллажного крана-штабелёра;

2. математическая модель функционирования приёмо-сдаточной секции автоматизированного механообрабатывающего участка серийного производства в виде аналитического описания её элементов;

3. имитационная модель функционирования приёмо-сдаточной секции;

4. методика проектирования приемо-сдаточных секций автоматизированных механообрабатывающих участка серийного производства.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

1. Разработана методика проектирования приемо-сдаточной секции автоматизированного механообрабатывающего участка серийного производства, учитывающая динамику движений крана-штабелёра, количество наименований одновременно обрабатываемых заготовок и неравномерность их поступления на участок с цехового склада, зонирование стеллажа от частоты запроса заготовок участком в каждый период времени.

2. Разработана временная модель расчёта продолжительности цикла работы автоматического стеллажного крана-штабелёра с учётом времени движения грузоподъёмника и крана-штабелёра между ячейками стеллажа на установочной скорости при позиционировании, торможении, а также опускания (подъёма) грузоподъёмника при установке (выемке) тары в ячейки стеллажа.

3. Вместимость стеллажа приёмо-сдаточной секции определяется с учётом неравномерности поступления заготовок на автоматизированный механообрабатывающий участок с цехового склада, связанной с неравномерностью работы внутрицехового транспорта и цехового склада, а также максимального количества наименований заготовок, которые могут одновременно обрабатываться на производственном участке.

4. Предложена математическая модель функционирования приёмосдаточной секции производственного участка в виде аналитического описания её элементов: параметров стеллажа и среднеожидаемого времени цикла крана-штабелёра.

5. Разработана имитационная модель функционирования приёмо-сдаточной секции автоматизированного механообрабатывающего участка, учитывающая основные особенности её работы: неравномерность поступления заявок на обслуживание, скоростные характеристики двигателей крана-штабелёра, параметры стеллажа, зонирование, смену зон, вероятность обращения к ячейкам стеллажа. Предложенная структура вывода данных моделирования позволяет показать загрузку крана-штабелёра в каждый период времени.

6. Экспериментальная проверка разработанной методики проектирования приёмо-сдаточной секции осуществлена на ОАО «Йошкар-Олинском заводе лесного машиностроения» и подтвердила её пригодность для практического применения. При использовании данной методики были получены следующие результаты: вместимость стеллажа снизилась на 35%, максимальный коэффициент загрузки крана-штабелёра снизился до к3 = 0,73, совмещены функции приёмо-сдаточной секции по приёму и выдаче грузов, что привело к сокращению производственной площади участка на 7%.