Производственный и технологический процесс

 

Совокупность всех действий, связанных с переработкой сырья и полуфабрикатов в готовые изделия (получение заготовок, механическая обработка, контроль, транспортирование, сборка и т. д.) на конкретном предприятии, называется производственным процессом.

Производственный цикл — интервал времени от начала до окончания производственного процесса изготовления или ремонта изделия.

Производ­ственная мощность — расчетный максимально возможный в определенных условиях объем выпуска изделий в единицу времени.

Производственной партией называют предметы труда одного наименования и типоразмера, выпускаемые в течение определенного интервала времени.

Состав произведенных процессов предприятия зависит от его специали­зации, объема выпуска, объема кооперирования и характера технологиче­ских процессов. Часто машиностроительные предприятия закупают сложные и металлоемкие заготовки и практически никогда не изготавливают крепежные детали, так как по кооперации их поставляют специализированные предприятия, что значительно дешевле. Также из экономических сооб­ражений предприятия закупают готовые изделия или агрегаты.

Как правило, в состав машиностроительного предприятия входят заготовительные метал­лообрабатывающие и вспомогательные цехи, транспортные, складские, энергетические, санитарно-технические и общезаводские устройства.

Производственный процесс можно рассматривать не только в рамках всего предприятия, но и в рамках отдельного цеха, участка и т.д. Например, все вилы работ на механическом участке по производству шестерни будут включены в производственный процесс этого участка.

Производственный процесс оценивают, в частности, программой выпуска, т.е. количеством изделий, подлежащих изготовлению в единицу времени (день, месяц, квартал, год).

В состав производственных процессов входят процессы основного производства – это процессы изготовления заготовок, деталей, сборочных единиц (технологические процессы), а также процессы, обеспечивающие основное производство – вспомогательные и обслуживающие.

В зависимости от назначения выделяются производственные процессы:

- основные, предназначенные для изменения формы или состояния материала продукции, являющейся в соответствии со специализацией предприятия товарной (продукция предназначенная для продажи).

- вспомогательные, в результате которых получается продукция, как правило, используемая на самом предприятии, для обеспечения нормального функционирования основных производственных процессов. Например, изготовление средств технологического оснащения, средств механизации и автоматизации собственного производства, запасных частей для ремонта действующего оборудования, производства всех видов энергии (электроэнергия, пар, газ, сжатый воздух и др.);

- обслуживающие, обеспечивающие основные и вспомогательные производственные процессы услугами, необходимыми для их нормального функционирования, например, транспортные, складские и др.

В зависимости от характера технологических операций различают также производственные процессы:

- заготовительные, в результате которых могут быть получены литые, кованные, сварные заготовки;

- обрабатывающие – это обработка резанием, термическая обработка;

- сборочные, обеспечивающие сборку узлов и машин.

Производственный процесс разделяют на следующие этапы:

- подготовка средств производства и организация обслуживания рабочих мест;

- получение и хранение материалов и полуфабрикатов;

- изготовление заготовок деталей (литье, ковка, штамповка и др.);

- обработка заготовок на металлорежущих станках для получения деталей с окончательными формами и размерами;

- сборка узлов и агрегатов, т.е. соединение отдельных деталей в сборочные единицы;

- сборка машины;

- регулирование и испытания машины;

- транспортировка материалов, заготовок, деталей и готовых изделий;

- окраска и отделка машины;

- контроль на всех стадиях производства;

- упаковка готовой продукции и другие действия, связанные с изготовлением выпускаемых изделий.

Основой любого производства является технологический процесс.

Технологический процесс – часть производственного процесса, содержащий целенаправленные действия по изменению и по­следующему определению состояния предмета производства (труда). При изготовлении детали это последовательное изменение формы, размеров и свойств материала заготовки с целью получения готовой детали в соответствии с заданными чер­тежом техническими требованиями.

Предмет труда – то, на что направлена деятельность человека (в машиностроении – это заготовки, детали, сборочные единицы, изделия).

Средства труда – это технологическое оборудование, инструмент, приспособления, с помощью которых происходит изменение предметов труда.

Технологический процесс составляет главную часть производственного процесса. По технологическому процессу механической обработки заготовок можно судить о последовательности, способах времени обра­ботки и др.

Механическая обработка представляет собой процесс превращения заготовки в готовую деталь, т. е. непосредственно связана с изменением размеров, формы и свойств предмета труда.

В зависимости от условий производства и назначения проектируемого тех­нологического процесса применяются различные виды и формы технологиче­ских процессов.

По этапам применения технологические процессы могут быть: проектными, рабочими, временными и перспективными.

По подробности разработки и описания технологические процессы имеют три вида: маршрутный, маршрутно-операционный и операционный.

Маршрутный технологический процесс разрабатывается в единичном производстве. Представляет собой последовательность операции различных видов с указанием оборудования, оснастки, материальных и трудовых нормативов.

Маршрутно-операционный технологический процесс разрабатывается в мелкосерийном производстве. На простые операции процесс представляется в виде маршрутной технологии, а на сложные – в виде операционной технологии.

Операционный технологический процесс разрабатывается для среднесерийного, крупносерийного и массового типов производств. В операционном процессе каждая операция представляется отдельно с указанием переходов, позиций, установов, режимов резания и средств оснащения. Каждая операция сопровождается эскизом.

Для удобства проектирования технологические процессы разделяются на виды в зависимости от количества выпускаемых наименований изделий.

Единичный технологический процесс – процесс изготовления изделия одного наименования, типоразмера и исполнения. Характерен для оригинальных изделий (не имеющих общих конструктивных и технологических признаков с другими изделиями, выпускаемыми на предприятии).

Унифицированный технологический процесс – процесс, относящийся к группе изделий, характеризуемых общими признаками. Унификация выполняется, в основном, по двум направлениям:

- типовой технологический процесс – процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками;

- групповой технологический процесс – процесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками (разрабатываются на уровне предприятия).

Единичный процесс применяется для изготовления деталей одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства.

К преимуществам единичного технологического процесса относится, с одной стороны, возможность учета всех особенностей изделия, а с другой стороны, наиболее эффективного изготовления изделия за счет учета конкретных производственных условий (имеющегося технологического оборудования, приспособлений, инструментальной оснастки, квалификации рабочих и т.д.).

Существенный недостаток единичного технологического процесса – большие затраты времени и труда на его разработку. Затраты времени на разработку технологического процесса могут во много раз превышать затраты времени на его осуществление.

Единичный технологический процесс эффективнее применять в массовом производстве, так как он позволяет создать оптимальный технологический процесс, дающий в итоге высокий суммарный экономический эффект.

Типовой процесс – процесс, характеризуемый единством содержания и последовательности большинства технологических операций при изготовлении группы деталей с общими конструктивными признаками.

В основе типовой технологии лежит подразделение изделий на классы – подклассы – группы – подгруппы – типы. Тип представляет собой группу схожих изделий, среди которых выбирается типовой представитель, обладающий наибольшей совокупностью свойств изделий, входящих в эту группу. На типовой представитель разрабатывается типовой технологический процесс, по которому осуществляется изготовление всех изделий этого типа.

Типовая технология способствует:

- сокращению разнообразия технологических процессов и внесения однообразия в изготовление сходных изделий;

- внедрению и распространению передового опыта и достижений науки и техники;

- упрощению разработки рабочих технологических процессов и сокращению затрат времени на их разработку;

- сокращению разнообразия средств технологического оснащения;

- разработке новых высокоэффективных технологических процессов.

Применение типового технологического процесса снижает объем и сроки технологической подготовки производства, но не обеспечивает оптимального процесса для каждой детали одного типа.

Групповой процесс – это процесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками (общность оборудования и технологической оснастки).

Групповой процесс применяется в мелкосерийном и серийном производствах. Принципиальная сущность групповой технологии заключается в группировании изделий в технологические группы по технологическому подобию.

Групповой технологический процесс разрабатывается на комплексное изделие. В отличие от типового изделия комплексное изделие является «собирательным», часто не существующим в действительности, объединяющим в себе черты большинства изделий, вошедших в группу. Для комплексного изделия разрабатывается технологический процесс и все изделия этой группы, будучи, как правило, проще комплексного изделия, изготавливают по данному технологическому процессу, пропуская отдельные технологические переходы.

Применение групповой технологии тем эффективнее, чем больше технологическая группа.

Для изделий единичного производства разрабатываются маршрутные технологические процессы. На изделия серийного и крупносерийного типов производства разрабатываются маршрутно-операционные и операционные технологические процессы. Для массового производства применяют операционные технологические процессы, в которых указаны все переходы, режимы обработки, эскизы наладок, способы крепления и измерения деталей, планировки рабочих мест.

Технологический процесс делится на три стадии, каждая которых имеет свою специфику работ, определенную квалификацию рабочих и оборудование (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1. Структура технологического процесса

 

Все стадии технологического процесса могут выполняться на одном предприятии или каждая стадия, или по две стадии на отдельном предприятии.

Необходимо стремиться к построению оптимального (наилучшего, наи­более соответствующего определенным условиям и задачам) технологиче­ского процесса.

Весь технологический процесс механической обработки заготовок делят на составные элементы: технологические операции, технологические переходы, позиции и др.

 

Рис. 1.1. Схема элементов технологического процесса

 

Технологическая операция – законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабо­чем месте и охватывающая все последовательные действия рабочего (или группы рабочих), станка по обработке заготовки (одной или нескольких, одновременно обрабатываемых) или сборки.

Содержание операции определяется многими факторами и, прежде всего, факторами организационного и экономического характера. Диапазон работ, входящих в состав операции, может быть очень широким. Например, операцию может составлять обработка всего лишь одного шпоночного паза в валике на вертикально-фрезерном станке. И в то же время изготовление сложной корпусной детали на автоматической линии, состоящей из нескольких десятков станков, будет являться также операцией.

Операция:

– является основным элементом процесса, для которого разрабатывается технологическая документация, ведется планирование и учет работ;

– выполняется над одной заготовкой, на одном рабочем месте, с помощью размещенного на этом месте оборудования, обслуживаемого закрепленным персоналом.

Технологическая операция – основная часть технологического процесса. По ее продолжительности определяют станкоемкость и трудоемкость, количество рабочих, оборудования, инструмента и др. Технологическая операция является основной расчетной единицей при проектировании, планировании и калькуляции технологического процесса изготовления или восстановления детали.

Групповой технологической опе­рацией называют технологическую операцию совместного изготовления группы изделий с разными конструктивными признаками.

Технологический процесс можно по­строить по принципу концентрирован­ных или же дифференцированных технологических операций.

Концентрированной технологической операцией называют такую операцию, которая включает в себя боль­шое количество технологических пере­ходов, Как правило, данная операция имеет многоинструментальную налад­ку. Пределом концентрации операций является полная обработка детали на одной операции.

Критерием оценки степени концентрации операций является количе­ство переходов, осуществляемых в од­ной операции. Различают три основных вида концентрации операций: последо­вательную (рис. 1.5, а), параллельную (рис. 1.5, 6) и параллельно-последова­тельную (рис. 1.5, в). Если переходы в операции выполняются один за другим, то концентрацию называют последовательной (универсальные станки), если же они совмещены в один сложный технологический переход, т.е. выполняются одновременно, то концентрацию операций называют параллельной (многоинструментальные станки). Концентрацию называют параллельно-последовательной, если последовательно одновременно обрабатывается не­сколько поверхностей (многоинструментальные станки).

 

 

Достоинство параллельной концентрации операций состоят в следую­щем: сокращается длительность технологического цикла, уменьшается чис­ло уставов заготовок, уменьшается количество рабочих приспособлений, применяются высокопроизводительные станки, упрощаются учет и планирование производства, уменьшается количество рабочих станочников и потребная производственная площадь.

Недостатками параллельной концентрации операций является необходимость в сложном н дорогостоящем оборудовании; сложная и трудоемкая наладка.

Дифференцированной операцией называют операцию, состоящую из минимального количества переходов. Пределом дифференциации является выполнение технологической операции, состоящей из одного технологиче­ского перехода.

Достоинства дифференциации операций состоят в следующем: приме­няется сравнительно простое и дешевое оборудование, простота и незначи­тельная сложность их наладки, создается возможность применения более высоких режимов обработки.

Недостатки принципа дифференциации операций: удлиняется технологи­ческая линия, увеличивается количество потребного оборудования и производ­ственной площади, увеличивается число рабочих, большое число установок.

Кроме основных операций в технологическом процессе имеют место вспомогательные операции (без снятия стружки): транспортировка, контроль, маркировка и др.

Каждую операцию можно разделить на несколько элементов, выполняемых в определенной последовательности.

Перед обработкой заготовку необходимо расположить относительно рабочих органов станка и закрепить (зафиксировать). Процесс придания заготовке требуемого положения и ее закрепление называется установом.

Установ – часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или собираемой сборочной единицы. Так при обработке резанием изменение положения заготовки относительно поверхности стола (станины) или приспособления означает новый установ. Для полной обработки заготовки необходимо, как правило, несколько установов.

 

 

Технологический переход – законченная часть операции, выполняемая одними средствами технологического оснащения (режущий инструмент) при постоянных (или автоматически изменяющихся) режимах и неизменной установке заготовки.

При изменении одного из этих элементов появляется новый технологический переход. Например, обработку точного отверстия в заготовке на токарном станке производят последовательно сверлом, зенкером, разверткой, что составляет три перехода; после каждого инструмента образуется поверхность, характеризующаяся определенными параметрами шероховатости. Технологический переход связан с получением каждой поверхности.

Вспомогательный переход – законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки, но необходимы для выполнения технологического перехода (установка заготовки, замена инструмента, измерение детали и т. д.) для рабочего хода.

Если при обработке детали сменяли инструмент, то обработка этим инстру­ментом той же поверхности заготовки будет являться новым технологиче­ским переходом. Но сама смена инструмента является вспомогательным переходом.

Технологический переход при механической обработке может выполняться за один или несколько рабочих ходов.

Рабочий ход (проход) – законченная часть технологиче­ского перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относи­тельно заготовки, сопровождаемое изменением формы, размеров, качества по­верхности или свойств заготовки. Рабочий ход обычно сопровождает непрерывную обработку одного слоя заготовки, например, на токарном станке — обработка вала на проход, на строгальном станке — одно перемещение резца при резании.

Для обеспечения рабочего хода необходимо выполнить вспомогательный ход – законченную часть технологического перехода, состоящую из однократного относительного перемещения режущего инструмента и заготовки, не связанную со снятием слоя металла и необходимую для подготовки рабочего хода.

Элементы операции могут выполняться разными способами, для характеристики которых используется термин – прием.

Прием – законченная совокупность действий, направленных на выполнение перехода или его части и объединенных одним целевым назначением. Например, переход – «установить заготовку» включает в себя ряд действий: взять заготовку из тары – переместить к приспособлению – забазировать – закрепить. Обычно приемом является вспомогательное действие оператора при управлении станком (вручную), измерение заготовки. Элемент приема — нажатие кнопки, пе­ремещение рукоятки и т. д.

При выполнении отдельных частей операции иногда необходимо перемещение заготовки в пространстве (часто вместе с приспособлением).

Позиция – фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемым изделием совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования для выполнения определенной части операции.

На многошпиндельных автоматах и полуавтоматах заготовка при одном ее закреплении зани­мает различные позиции относительно станка. Заготовка перемещается в новое положение вместе с зажимным устройством. Установленная и закрепленная на поворотном столе заготовка, подвергаемая сверлению, рассверлива­нию и зенкерованию, имеет один установ, но с поворотом стола она будет занимать новую позицию.

 

 

При разработке технологического процесса обработки заготовок, пред­почтительно заменять установы позициями, так как каждый дополнитель­ный установ вносит свои погрешности обработки.

Изделие — любой предмет или набор предметов производства, подле­жащих изготовлению на предприятии. Различают изделия основного и вспомогательного производства. Изделия основного производства предна­значены для реализации.

Изделии вспомогательного производства служат исключительно для собственных нужд предприятия-изготовителя. Когда одни и те же изделия одновременно реализуют и используют для собствен­ных нужд, то их считают изделиями основного производства. В зависимости от наличия составных частей различают специфицированные и неспецифицированные изделия.

Специфицированными называют изделия, состоящие из двух и более составных частей (сборочные единицы, комплексы и комплекты). Неспецифицироеанными называют изделия, которые не имеют составных частей (детали и заготовки). Изделием является единица промышленной продукции, количество которой может исчисляться в штуках (экземпляpax). К изделиям относятся завершенные и незавершенные предметы произ­водства, в том числе заготовки.

 

Рис. 1.3. Классификация изделий

 

Заготовка – предмет труда из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь. Заготовка перед первой технологической операцией называется исходной заготовкой.

Деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций.

Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, пайкой, запрессовкой, укладкой и т.п.). Сборочная единица в зависимости от конструкции может состоять из отдельных деталей либо включать сборочные единицы более высоких порядков и детали. Сборочная единица первого порядка входит непосредственно в машину. Она состоит либо из отдельных деталей, либо из одной или нескольких сборочных единиц второго порядка и деталей. Сборочную единицу второго порядка составляют сборочные единицы третьего порядка и детали и т.д. Сборочная единица наивысшего порядка включает в себя только отдельные детали.

Агрегат – сборочная единица, отличающаяся автономностью, т.е. возможностью работы вне данного изделия, а также возможностью их сборки независимо от других составных частей изделия и полной взаимозаменяемости.

Узел – сборочная единица на отдельных законченных этапах процесса сборки. Узлы, как правило, могут выполнять определенную функцию в изделиях одного назначения и только совместно с другими составными частями. Термин широко применяют в производстве специальной техники.

Комплекс – два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (поточная линия станка, станок с ПУ и т.п.).

Комплект – два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющие собой набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (комплект запасных частей, инструментов, измерительной аппаратуры и т.п.).

Изделия, в зависимости от потребностей, производят в разных количествах, определяемых объемом и программой выпуска.

Объем выпуска характеризует примерное количество машин, деталей, заготовок, изделий, подлежащих выпуску в течение планируемого периода времени (год, месяц). Это понятие используется на стадии проектирования завода, цеха, технологического процесса.

Программа выпуска – перечень изделий с указанием объема выпуска по каждому наименованию на планируемый период (год, месяц). Программу выпуска изделий устанавливают в соответствии с планом предприятия.

Выпуск изделий организуется единичными экземплярами, сериями или партиями.

Серия – общее число изделий, подлежащих изготовлению по неизменным чертежам. Размер серии зависит от совершенства конструкции и степени спроса у потребителей.

Партия – количество изделий одного наименования и типоразмера, одновременно (или непрерывно) поступающих для обработки на одно рабочее место в течение определенного времени.

Составляющие элементы и технологический процесс в целом традиционно характеризуются комплексом показателей экономической эффективности (производительность, полная себестоимость, технологическая себестоимость, приведенные затраты и др.).

Для количественной оценки иногда удобно пользоваться следующими параметрами.

Цикл – отрезок календарного времени, определяющий длительность периодически повторяющейся технологической операции от начала до ее окончания.

Под тактомвыпуска изделий понимается промежуток времени между выпуском двух следующих одна за другой машин, деталей или заготовок. То есть такт выпуска – это отрезок времени, необходимый для изготовления одного изделии (детали) при 100 %-ом выполнении программы выпуска. При проектировании технологических процессов значение такта выпуска определяется по формуле:

 

Т = 60 F_g η/ N, мин,

 

где F_g – действительный фонд времени в планируемом периоде, ч;

η – коэффициент, учитывающий потери по организационно-техническим причинам, потери по переналадке оборудования и др.;

N – производственная программа на планируемый период.

 

Если говорят, что машину изготовляют с тактом 4 мин, это значит, что через каждые четыре минуты завод выпускает машину.

Величину, обратную такту выпуска, называют ритмом выпуска.

Ритм выпуска – число изделий, деталей и заготовок определенных наименований, типоразмеров и исполнений, выпускаемых в единицу времени.

Технологический процесс выполняют рабочие с помощью технологического оборудования, инструментов и различной технологической оснастки.

Рабочее место – часть производственной площади цеха, оборудованной применительно к выполняемой операции. На рабочем месте размещены один или несколько исполнителей работы и обслуживаемая ими технологическая единица оборудования или часть конвейера, а также осна­стка и (на ограниченное время) предметы производства. Все действия, связанные с обработкой этой заготовки на данном рабочем месте, относятся к одной операции.

Средства технологического оснащения (СТО) – совокупность орудий производства, необходимых для осуществления технологического процесса.

Технологическое оборудование – это средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическую оснастку (примерами технологического оборудования являются литейные машины, прессы, металлорежущие станки, печи, гальванические ванны, испытательные стенды и т.п.).

Технологическая оснастка – средства технологического оснащения, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса (режущий инструмент, штампы, приспособления, калибры, прессформы, модели, литейные формы и т.д.).

Приспособление– технологическая оснастка, предназначенная для закрепления объекта ремонта или инструмента при выполнении технологической операции. К приспособлениям относят патроны, зажимы, и т. п.

Инструмент– технологическая оснастка, предназначенная для воздействия на объект ремонта с целью изменения его состояния. Различают режущие (резцы, сверла и т. д.) и измерительные (штангенциркули, микрометры, скобы, пробки и т. п.) инструменты.

Технологичность конструкции – совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении установленных значений показателя качества и принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта. К условиям изготовления и ремонта изделия относят тип, специализацию и организацию производства, годовую программу выпуска, а так же применяемые техпроцессы, количественную характеристику технологичности конструкции изделия.

Технологичная конструкция – конструкция изделия, значение показателей технологичности которой соответствуют базовым показателям технологичности, определяемых отраслевыми нормативами.

При выполнении каждого перехода, операции или технологического процесса в целом затрачивается то или иное количество труда рабочего соответствующей квалификации. Затраты труда при нормальной интенсивности измеряют его продолжительностью, т.е. временем, в течение которого он расходуется.

Трудоемкость – количество времени, затрачиваемое рабочим при нормальной интенсивности труда на выполнение технологического процесса или его части. Единицей измерения трудоемкости служит человеко-час.

Станкоемкость – время работы оборудования в станко-часах, затрачиваемое на выполнение технологического процесса изготовления одной детали.

По трудоемкости рассчитывают количество рабочих, по станкоемкости – количество станков.

Норма времени – установленное (нормированное) количество труда надлежащей квалификации и нормальной интенсивности, необходимое для выполнения операции или техпроцесса в нормальных производственных условиях. Измеряется в часах, минутах с указанием квалификации (разряда) рабочего.

Технологический процесс сборки – часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства. Технологический процесс сборки определяет последовательность соединения взаимно ориентируемых составных частей изделия, осуществляя ее заданными методами.

Сборка – процесс взаимного ориентирования, установки и закрепления сборочных элементов в одно целое согласно сборочному чертежу и ТТ в целях получения определенной сборочной единицы.