12.2. основы организации однопредметных непрерывных поточных линий

12.2. основы организации однопредметных непрерывных поточных линий

Непрерывно-поточные линии (НПЛ) — это поточные линии, в которых обеспечивается непрерывное движение предметов по операциям технологического процесса (т. е. движение без межоперационного пролеживания) при непрерывной работе рабочих и оборудования на рабочих местах (т. е. работа без простоев). Одно-предметные непрерывные поточные линии создаются для изготовления в течение длительного периода времени одних и тех же изделий с использованием их параллельного движения по операциям (рабочим местам). При этом задача производственного менеджера — максимально использовать преимущества и исключить недостатки параллельного движения применительно к конкретным производственным условиям: режиму работы линии, производственному заданию, конструкции, размерам и другим характеристикам изделий, параметрам технологического процесса, конфигурации производственных помещений, оснащению рабочих мест и т. п.

Преимуществами параллельного движения, переносимыми на ОНПЛ, являются непрерывное перемещение изделий по операциям технологического процесса, т. е. движение без межоперационного пролеживания и высокая степень параллельности всех процессов, приводящие к сокращению сроков изготовления изделий и минимизации объемов незавершенного производства. Один из недостатков параллельного движения — поштучная передача (передача мелкими транспортными партиями) предметов труда одновременно между всеми рабочими местами обычно устраняется путем применения на ОНПЛ различных видов конвейера. Второй недостаток — наличие перерывов на рабочих местах — требует применения специальных методов синхронизации операций на линии.

Синхронизация, используя принцип пропорциональности, предполагает уравнивание продолжительности всех операций с ритмом линии. Тем самым достигается полная и равномерная загрузка рабочих мест линии. Аналитически условие синхронизации записывается следующим образом:

где tперj — перерыв, возникающий на операции у после обработки каждого изделия;

tj — штучное время выполнения j-й операции;

qj число рабочих мест на операции j;

rл — ритм линии.

Отсюда расчетное число рабочих мест на операции qj определяется так:

Принятое число рабочих мест qjпр определяется округлением qj до ближайшего большего целого числа. Таким образом, процесс эбеспечения равенства или кратности длительности всех операций ритму поточной линии является сутью синхронизации. При этом эбеспечивается уравнивание производительности цо всем операциям потока.

Различают предварительную (при проектировании поточных ли-'ний) и окончательную синхронизацию (при отладке ПЛ в производственных условиях). Предварительная синхронизация допускает отклонение длительности операций от ритма в пределах ± 10\% , которое должно быть устранено в максимально возможной степени при окончательной синхронизации. Способами синхронизации являются:

• разбиение или объединение операций;

• комбинирование различных вариантов порядка выполнения переходов и их перегруппирование в новые операции;

• концентрация операций, совмещение времени выполнения нескольких переходов с использованием агрегированных средств технологического оснащения;

• интенсификация режимов работы;

• совмещение времени машинных и ручных работ;

• рационализация рабочих приемов и пр.

Ритм является основополагающей характеристикой при расчетах любых поточных линий. Он определяется режимом работы линии (числом рабочих дней, смен, часов, продолжительностью регламентированных перерывов), т. е. фондом времени ее работы Ф и программой выпуска изделий NB за тот же период: rл = Ф/Nв. В записи условия синхронизации ритм является аналогом главного времени при параллельном виде движения.

Рассмотрим конкретные методы организации работы однопред-метных непрерывно-поточных линий. Они заметно различаются в зависимости от типа конвейера, которым оснащена линия. Классификация конвейерных линий представлена на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Классификация видов конвейера

12.2.1. Модели и методы расчета линий,

оснащенных рабочими конвейерами

К поточным линиям с принудительным поддержанием ритма относятся те, на которых передача предметов с операции на операцию (от одного рабочего места к другому) осуществляется при помощи единого для всех операций транспортного средства, приводимого в движение каким-либо двигателем. К таким транспортным средствам относятся конвейеры различных видов. Рабочие конвейеры, как правило, применяются на линиях, на которых не используется стационарное технологическое оборудование и преобладающим является ручной труд.

Рабочие непрерывные конвейеры. Такие конвейеры используются преимущественно на линиях, где выполняются несложные в технологическом отношении операции с небольшим ритмом выпуска изделий. Три главные характеристики рабочего непрерывного конрейера связаны соотношением:

VK = lк/rл,

где VK — скорость ленты;

lк шаг конвейера, т. е. расстояние между осями смежных изделий да линии.

Если шаг конвейера показывает расстояние между осями смежных транспортных партий, то и в знаменателе формулы должен стоять временной интервал между соседними партиями, т. е. Rтр ритм транспортной партии:

VK = 1К/ Rтр = IK/ rл nтр

Практически скорость конвейеров колеблется в пределах от 0,1 до 4,0 м/мин. Три более высоких скоростях работа на конвейере неудобна или ке небезопасна.

При работе с относительно небольшими изделиями и малой ркорости конвейера рабочий может находиться на одном месте и выполнять операцию, перемещая руки вместе с лентой во время нахождения изделия в отведенной для этого рабочей зоне. Длина рабочей зоны строго ограничена антропометрическими характеристиками (длина рук, наклон туловища и т. п.). За одной операцией всегда закрепляется одно рабочее место, т. е. qj = 1. Нетрудно заметить, что при полной синхронизации операций, когда перерывов в работе рабочих нет и tj = гл, должно выполняться условие lпз = lк, где lпз — протяженность рабочей зоны вдоль оси конвейера. Другими словами, когда рабочий закончит работу в конце своей рабочей зоны и перенесет руки обратно в ее начало (считается, что перенос (выполняется мгновенно), там уже должно находиться следующее изделие.

В рабочей зоне можно выделить три части: основную и две резервные — в начале и конце зоны. Время выполнения операции есть величина случайная, колеблющаяся около своего среднего значения. Затрачивая на выполнение операции среднее время, рабочий может работать в основной, наиболее удобной части зоны, а во время нахождения изделия в резервных зонах — может отдыхать. Но при отклонении времени от среднего значения в сторону увеличения он должен успеть выполнить операцию, используя для этого резервные части зоны. Суммарная протяженность резервной зоны вдоль оси конвейера определяется по формуле lрез = (tjmax tj)VK, где tjmax — максимально допустимая фактическая продолжительность выполнения данной операции.

Рабочие могут находиться у ленты конвейера на расстоянии друг от друга не меньшем, чем длина рабочей зоны. Расстояние между осями смежных рабочих мест называется шагом рабочих мест конвейера — lрм . Тогда справедливо соотношение lрм > lрз= lк. Выбор минимально возможного значения lрм , с одной стороны, рационален, так как уменьшает общую длину рабочей части конвейера Lк= lрм Коп до величины LK= lрз Kon, но с другой стороны, может не обеспечивать удобства планировки рабочих мест и размещения всех предметов их оснащения. Простейшее решение этой проблемы вынос каждого второго рабочего места на противоположную сторону ленты, т. е. расположение их в «шахматном порядке». Это не увеличивает шага рабочих мест, но в два раза расширяет возможности их обустройства.

Рис. 12.3. Схема планировки конвейерной линии:

1 рабочие; 2 изделия; 3 лента конвейера; 4 предметы оснащения рабочих мест; 5 поворотная секция конвейера;

6 пешеходный мостик над лентой; 7 приводные механизмы конвейера; 8 стена цеха

Если этого недостаточно, то шаг рабочих мест увеличивается за счет введения транспортных зон между соседними рабочими зонами, т. е.

где lтр — протяженность транспортной зоны между рабочими местами, на которых выполняются j и j+1 операции технологического процесса.

Транспортные зоны на конвейере могут также возникать в случае перемещения изделия из одного помещения поточной линии в другое, прохождения неудобных для работы пространств (под пешеходными или автомобильными мостиками и др.). В этом случае общая длина конвейера увеличится до

Однако такое увеличение может быть нежелательно, так как с ростом длины конвейера увеличивается число изделий, находящихся на его ленте NK = [Lк/lк] + 1, а с ним увеличиваются заделы незавершенного производства, нагрузка на конструкции конвейера и их стоимость, расход двигательной энергии и пр. Чтобы улучшить условия выполнения технологических операций, скорость ленты можно уменьшить за счет уменьшения шага конвейера. При этом уменьшится и длина рабочей зоны, но адекватного ей уменьшения шага рабочих мест ожидать трудно. Следовательно, это приводит к увеличению числа предметов на ленте и к обусловленным этим отрицательным последствиям.

Задача производственного менеджера — найти оптимальное сочетание противоречивых характеристик конвейерной линии. Помогает ему в этом составление схемы пространственной планировки линии (рис. 12.3) и графической модели ее работы (рис. 12.4).

Рис. 12.4. График движения изделий по первым четырем

рабочим местам линии:

планировка линии показана на рис. 12.3; ось расстояний на графике для удобства восприятия повернута вниз

Пример 12.1

На ОНПЛ установлен рабочий непрерывный конвейер с шагом 0,6 м. Предметы труда находятся на ленте в кассетах по 6 шт. Шаг рабочих мест переменный. Минимальный шаг равен длине рабочей зоны; протяженность транспортной зоны под пешеходным мостиком lтр = lрм; длина поворотной секции по оси конвейера lтр = 1,1 м.

Линия работает в две смены, каждый час предусмотрен 6-минутный регламентированный перерыв. Производственное задание на день 4320 шт. Требуется определить ритм линии, скорость конвейера, общую длину конвейера, число изделий на нем, а также нагрузку на конвейер, если масса кассеты — 420 г и средняя масса одного изготавливаемого изделия — 160 г. Как изменятся характеристики конвейера, если его шаг уменьшить до 0,4 м, не изменяя при этом расположения и планировки рабочих мест?

Решение

Решение всегда начинается с расчета ритма линии:

Поскольку изделия перемещаются транспортными партиями, для расчета скорости надо использовать ритм партии, а не единицы продукции:

Для расчета общей длины конвейера не хватает лишь шага последней пары рабочих мест. Он складывается из двух составляющих:

Тогда

Число изделий на линии равно:

Нагрузка на конвейер определяется массой изделий и кассет на ленте и ускорением силы тяжести:

Если шаг уменьшить до 0,4 м при неизменной длине конвейера, количество кассет увеличится и составит (5,9/0,4) + 1 = 15 шт., что повлечет за собой возрастание объема незавершенного производства; нагрузка на ленту также возрастет до 15 х (420 + 6 х 160) х 9,8 = 202 860 Я; рабочие зоны уменьшатся до 0,4 м; скорость ленты составит 0,4/(0,2 х 6) = 0,33 м/мин, т. е. условия выполнения операций улучшатся. Между всеми рабочими зонами на 0,2 м увеличатся (или возникнут) транспортные зоны (рис. 12.5 и 12.6).

При сборке крупных изделий (автомобилей, холодильников и т. п.) рабочие обычно движутся вслед за изделием по своей рабочей зоне. Это практически снимает ограничение на ее протяженность, но требует введения в расчет времени возврата рабочих в начало их рабочей зоны tв. Конвейер за время, равное ритму, перемещает изделие на шаг, а рабочие за то же время должны выполнить операцию в их рабочей зоне и вернуться обратно, т. е. rд = tj + tB; j = 1,..., Коп.

Рис. 12.5. фрагмент схемы конвейерной линии:

планировка линии показана на рис. 12.3; шаг конвейера уменьшен до 0,4 м, шаг рабочих мест не изменился

Рис. 12.6. График движения изделий по первым четырем

рабочим местам линии: планировка линии показана на рис. 12.5

Из этого следует, что длина рабочей зоны всегда должна быть меньше шага конвейера (lpз < lк) на величину, которую пройдет изделие за время возврата рабочего, т. е. lк lрз= VKtB. При заданных шаге и скорости конвейера нужно найти длину рабочей зоны и зависящее от нее время возврата рабочего. Для решения задачи следует записать второе уравнение и решить систему. Свяжем уравнением величины lрз и tв:

где Vв —скорость возврата рабочего.

Тогда Vktв = lk Vktв; отсюда tВ = lК/(VВ + Vк) и lpз = lkVk/(FB+ Vк). Анализ этой формулы показывает, что при очень больших скоростях возврата рабочих шаг конвейера оказывается практически равен длине рабочей зоны (как в случае, когда рабочий неподвижен и возвращает в начало зоны лишь руки), а при снижении скорости возврата разница между ними возрастает.

Пример 12.2

Сборочный конвейер автозавода (рабочий с непрерывным движением) работает с ритмом 2,6 мин/шт. Его шаг -8,5м На конвейере выполняется 310 операций. Рабочие, выполняя операции, движутся вслед за конвейером, а затем возвращаются в начало их рабочей зоны со скоростью 3 км/ч. Рабочие зоны разделены транспортными зонами по 1,2 м каждая. Через конвейер организованы шесть проездов шириной 8 м каждый. Требуется найти скорость конвейера, длину рабочих зон, общую длину конвейера, время сборки одной машины и число машин, находящихся в сборке. Может ли рабочий выполнять свою операцию за 2,40 мин; 2,55 мин?

Решение

Определим скорость конвейера:

Учитывая скорость возврата рабочих Vв = 3 км/ч = 50 м/мин, рассчитаем длину рабочей зоны:

Шаг рабочих мест без учета шести проездов составит:

Общая длина конвейера равна:

Число машин в сборке составит:

Время сборкиодной машины равно:

Отметим, что при наличии 310 рабочих мест сборщиков на конвейере находится 341 машина. Это значит, что 31 машина перемещается в транспортных зонах. Графическая модель работы такого конвейера представлена на рис. 12.7. Определим нормативное время выполнения операций и время возврата рабочих:

составляющие в сумме ритм линии 2,6 мин.

Если какой-либо рабочий выполнит свою операцию за 2,4 мин, то он пройдет за это время по рабочей зоне 2,4 х 3,27 = 7,85 м, которые при возвращении долженбудет пройти за (в = 2,6 2,4 = 0,2 мин со скоростью:

Рис. 12.7. График движения изделий по первым двум рабочим зонам сборочного конвейера: скорость конвейера численно равна tg а, скорость возврата рабочих равна tg b

Если время выполнения операции 2,55 мин, аналогичные расчеты дадут следующие результаты: 2,55 х 3,27 = 8,34 м, что допустимо, так как не превышает шаг рабочих мест 9,18 м; te= 2,6 2,55 = 0,05 мин = 3 с, что на возврат явно мало; Vs= 9,18/0,05 = 166,77 м/мин = 10 км/ч это скорость хорошего бегуна. Таким образом, увеличение времени выполнения операции с 2,4 мин до 2,55 мин, т. е. на 6\%, приводит к уменьшению времени возврата в четыре раза и росту скорости возврата в 4,25 раза.

Рабочие конвейеры с периодическим (пульсирующим) движением.

На таких конвейерах лента во время выполнения технологических операций находится в неподвижном состоянии. По окончании работы изделия перемещаются лентой на один шаг, т. е. проходят путь, равный расстоянию между двумя смежными предметами, после чего лента конвейера опять останавливается. Рабочие конвейеры с пульсирующим движением ленты применяются в тех случаях, когда по условиям технологического процесса изделие должно быть неподвижным или когда установлен высокий ритм изготовления крупных по размерам, сложных и тяжелых изделий. В последнем случае при непрерывном движении ленты скорость конвейера была бы слишком малой.

Будем считать, что пульсация ленты на величину шага конвейера lк происходит со скоростью Vдв за время едв. Три названные характеристики конвейера связаны уже известным соотношением tдв= lк/Vв. Время пульсации входит в состав ритма линии rл = tj + tдв; j = 1,..., Коп. В это время рабочие простаивают, поэтому понятно стремление свести его к минимуму, для чего можно либо уменьшить шаг конвейера, либо увеличить скорость пульсации. Последнее сопряжено с большими нагрузками на двигатели при разгоне и торможении, а также с возникающими при этом ускорениями, которые могут быть опасны для изделий. Уменьшение шага, как уже отмечалось, также нежелательно.

То, что лента во время выполнения технологических операций неподвижна, приводит к исключению понятия «рабочая зона», как оно трактовалось ранее, и всех связанных с этим расчетов. То, что лента всегда продвигается строго на один шаг lк, приводит к появ лению нового требования: шаги рабочих мест должны быть либо равны, либо в целое число раз превышать шаг конвейера. Графическая модель работы такого конвейера представлена на рис. 12.8.

Рис. 12.8. График движения изделий по первым четырем рабочим местам

ОНПЛ: линия оснащена рабочим пульсирующим конвейером, скорость

пульсации ленты равна tg a

12.2.2. Модели и методы расчета линий, оснащенных распределительными конвейерами

Если предметы труда (детали, заготовки и т. д.) для выполнения технологических операций на ОНПЛ снимаются с ленты конвейера и на некоторых операциях имеется по несколько рабочих мест (qj ³ 1; j = 1,..., Коп), то такой конвейер называется распределительным.

Конвейеры с непрерывным движением и снятием изделий с ленты. Такие конвейеры применяются в большинстве случаев для изготовления продукции, обработка или сборка которой производится с использованием технологического оборудования. Главные отличия расчета распределительных конвейеров от рассмотренных ранее состоят, во-первых, в необходимости учета времени установки-снятия изделия tус при определении ритма линии: r = tj + tyc; j = 1,..., Коп. С учетом этого и исходя из условия синхронизации определяется число рабочих мест на операции:

Во-вторых, понятие «рабочая зона» в том смысле, в котором оно трактовалось для рабочих непрерывных конвейеров, теряет смысл, теряют смысл и все сопряженные с ним ограничения. Расчеты скорости конвейера, его обшей длины, числа изделий на ленте выполняются теми же способами, что и для рабочих непрерывных конвейеров, но с учетом qj ³ 1. Особый интерес при организации распределительных конвейеров представляет выполнение одной операции на нескольких рабочих местах. В этом случае рабочий, выполняющий длительную операцию, снимает изделия с ленты конвейера и работает с ним, в то время как следующие изделия лента конвейера транспортирует мимо него на следующие рабочие места, где выполняется та же операция (рис. 12.9).

Рис. 12.9. График движения первых шести изделий по первым рабочим

местам ОНПЛ: линия оснащена непрерывным распределительным конвейером,

скорость конвейера равна tg a; время установки-снятия изделий не выделено

из состава штучного времени

Чтобы избежать ошибок в распределении изделий между рабочими, выполняющими одну операцию, вводится разметка ленты (цифровая, буквенная, цветовая и т. п.). Если несколько рабочих мест организовано лишь на одной операции ОНПЛ, то число символов разметки должно быть равно числу рабочих мест на этой oneрации. Если таких операций несколько, то число символов разметки должно быть равно НОК(qj). Это число называется числом периода конвейера и обозначается П. Разметка распределительных конвейеров представляет собой обозначение тем или иным способом мест нахождения изделий налейте с заданным шагом конвейера в соответствии с его числом периода. Период конвейера Тк — это время, за которое через все операции линии проходит одинаковое число изделий. Он рассчитывается по формуле: Тк = rл П.

Для всех рабочих мест составляется таблица закрепления за ними номеров периода (символов). Информация доводится до рабочих (табл. 12.1). При подходе изделия, находящегося на том номере, который закреплен за соответствующим рабочим, последний обязан снять его с конвейера и взамен поставить другое, уже прошедшее обработку на данной операции. В случае, если рабочий не успел обработать очередное изделие к моменту поступления следующего, он должен вместо изделия, снимаемого с ленты конвейера, поставить новое из резервного задела, который, как правило, создается на каждом рабочем месте. Если комплект номеров определяется небольшим числом порядковых цифр, не затрудняющим запоминание рабочим закрепляемых за ним номеров, то устанавливается один ряд нумерации делений. При такой разметке распределительный конвейер называют однорядным. Когда комплект номеров представляется рядом, состоящим из множества цифр, назначается несколько периодов конвейера с короткими рядами цифр. Каждое деление ленты обозначается несколькими номерами, различающимися по цвету или размещению на ленте. Распределительный конвейер при разметке его в несколько рядов называют многорядным.

Распределение изделий по рабочим местам может производиться при помощи различных механических (или основанных на других принципах действия) приспособлений или устройств. В этом случае легко избежать проблем с запоминанием рабочими закрепленных за ними номеров. На замкнутой ленте конвейера количество полных наборов символов разметки должно уложиться целое число раз. Тогда общая длина ленты L = mlKП, где m — минимальное целое число. При этом справедливо соотношение:

где D — диаметр обводных барабанов.

Пример 12.3

На ОНПЛ обработки деталей установлен непрерывный распределительный конвейер с шагом 0,4 м. На линии выполняются четыре операции со штучным временем: t = 3,6; 7,8; 1,7; 5,5 (мин/шт.). Время установки-снятия 0,2 мин. Рабочие места располагаются по обе стороны ленты в шахматном порядке, причем расстояние между местами по одну сторону ленты 2,6 м. Ритм линии 2 мин/шт. Необходимо рассчитать число рабочих мест на каждой операции, число периода и период конвейера, номера периода, закрепленные за каждым рабочим местом, общую длину рабочей части конвейера и длину замкнутой ленты конвейера, скорость конвейера, если диаметр обводных барабанов 0,8 м.

Решение

Начнем с расчета числа рабочих мест на операциях:

q1 = [(3,6 + 0,2)/2] + 1 = 2 ед.; <?2 = (7,8 + 0,2)/2 = 4 ед.;

qз = [(1,7 + 0,2)/2] + 1 = 1 ед.; qA = [(5,5 + 0,2)/2] + 1 = 3 ед.

Шаг рабочих мест при их шахматном расположении в два раза меньше расстояния между соседними местами по одну сторону: lрм = 2,6/2 = 1,3 м. Общая длина рабочей части конвейера определяется шагом рабочих мест и их общим числом qS. Причем LK = (qS — 1) /рм = = 9х 1,3= 11,7м. Скорость конвейера Vк = 0,4/ 2 = 0,2м. Число периода конвейера П = НОК (2, 4, 1, 3) = 12. Тогда период конвейера Тк= 12 х 2 = 24 мин. Номера периода, закрепляемые за рабочими местами, сведены в табл. 12.1.

Теперь можно определить общую длину ленты конвейера. Она должна быть не меньше 2L + nD = 11,7 х 2 + 3,14x0,8 = 25,912 м и в целое число раз больше lKП = 0,4х 12 = 4,8 м. Тогда m = (25,912/4,8) + 1 = 6, и длина ленты составит: L = mlKП = 6 х 4,8 = 28,8 м. Полученные результаты иллюстрируют рис. 12.9 и 12.10.

Таблица 12.1

Рис. 12.70. Схема разметки ленты непрерывного распределительного

конвейера: qS=15, П = 12 и m = 3

Конвейеры с периодическим движением и снятием изделий. Для таких конвейеров ритм работы будет складываться из времени на установку-снятие изделия (tyc), обработку (или сборку) на рабочем песте и передвижениена следующую операцию (tдв):

Время транспортировки, скорость конвейера, общая длина и период конвейера здесь определяются так же, как и для распределительного конвейера с непрерывным движением. Пульсирующий конвейер редко используется как распределительный, обычно — как рабочий.

На непрерывно-поточных линиях при значительном колебании Фактических затрат времени на операции устанавливается свободный (или полусвободный) ритм работы. В этом случае передача отдельных единиц продукции может производиться с небольшими (отклонениями от установленного (расчетного) ритма работы линии. Соблюдение установленного ритма может обеспечиваться строго определенной производительностью на первой операции линии или запуском в обработку предметов на этой операции с установленным Ритмом. В некоторых случаях соблюдение ритма контролируется подачей световых или звуковых сигналов. Поддержание ритма работы поточной линии входит в обязанность мастеров и бригадиров. Для компенсации непродолжительных задержек в передаче изделий с операции на операцию на рабочих местах должен быть создан некоторый (как правило, незначительный) резервный запас (задел) предметов.