Технологічні системи

Министерство образования и науки Украины

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

Кафедра ТАПР

Контрольная работа

Дисциплина: “ВЕЗ”

Выполнил: Принял

ст. гр. ТЗТм-05-1 Григорьева О.В.

Коржеманов В.В.

2009

1.1 Анализ технологічної системи

З позиції системного підходу технологічний процес - це складна динамічна система, в якій у єдиний комплекс об'єднано устаткування, засоби контролю і керування, допоміжні і транспортні пристрої, обробляючий інструмент або середовища, що знаходяться в постійному руху та зміні, об'єкти виробництва (заготованки, напівфабрикати, складальні одиниці, готові вироби) і, нарешті, люди, що здійснюють процес і керують ним. Зазначену складну динамічну систему називають технологічною системою.

Технологічні системи (ТС) відносяться до складних систем. Під складною системою будемо розуміти об'єкт, призначений для виконання заданих функцій, що може бути розчленований на елементи, кожний з який також виконує визначені функції і знаходиться у взаємодії з іншими елементами системи. Більшу складність, як правило, мають автоматизовані ТС. Чим складніше система, тим більш різноманітні вимоги до її функціонування і тим на більшу кількість вихідних параметрів установлюються нормативи.

Як і будь-яка інша складна (велика) система, ТС характеризується наступними ознаками: можливістю розбивки системи на безліч підсистем, функціонування яких підпорядковується загальній меті функціонування всієї системи; наявність розгалуженої інформаційної мережі складних інформаційних зв'язків між елементами і підсистемами; наявністю взаємодії системи з зовнішнім середовищем; функціонуванням в умовах впливу випадкових факторів; наявністю ієрархічної структури.

Підсистемою називається частина системи, яка виділяється за визначеною ознакою, відповідаючи конкретним цілям і задачам функціонування системи, наприклад, підсистема керування якістю продукції. У рамках цих задач підсистема може розглядатися як самостійна система.

Ієрархічна структура ТС означає можливість розбивки системи на підсистеми різних рівнів, коли підсистеми нижчих рівнів входять складовими частинами в підсистеми вищих рівнів. Звичайно складна система входить як складена частина в ще більш складну систему, що стосовно до розгляданої системи є метасистемою (рис. 1.1). Так, ТС підприємств (об'єднань), що самі є складними системами, входять складовими частинами в ТС галузі народного господарства, яка стосовно до підприємства (об'єднання) є метасистемою.

Рисунок 1.1 - Організаційна ієрархічна структура технологічної системи

Аналіз працездатності складної системи пов'язаний з вивченням її структури і тих взаємозв'язків, що визначають її надійне функціонування. Важливу роль при цьому відіграє виділення елементів, що складають дану ТС. Під елементом будемо розуміти складову частину складної системи, що може характеризуватися самостійними вхідними і вихідними параметрами. Елемент має наступні особливості:

а) він виділяється в залежності від поставленої задачі, може бути досить складним і складатися з окремих деталей і складальних одиниць;

б) при дослідженні надійності системи елемент не розчленовується на складові частини, і показники безвідмовності і довговічності відносяться до елемента в цілому;

в) можливе відновлення працездатності елемента незалежне від інших частин і елементів системи.

Умовність розчленовування складної системи на елементи може бути продемонстрована на прикладі автоматичної лінії підготовки ЕРЕ до монтажу. При розгляді працездатності лінії елементами можуть служити окремі верстати-автомати для обрізки, формування і лудіння ЕРЕ, транспортні і завантажувальні пристрої та інші, досить складні об'єкти. Однак кожен верстат-автомат являє собою дуже складну систему і при необхідності оцінення, наприклад, його надійності, може бути розбитий на вузли, підвузли, деталі, складальні одиниці першого і другого рівнів і т.д.

З позиції надійності структури складних систем можуть бути наступними:

а) розчленовані, у яких надійність окремих елементів може бути заздалегідь визначена, тому що відмовлення елемента можна розглядати як незалежну подію;

б) зв'язані, у яких відмовлення елементів є залежною подією, пов'язаною зі зміною вихідних параметрів усієї системи;

в) комбіновані, що складаються з підсистем зі зв'язаною структурою і з незалежним формуванням показників надійності для кожної з підсистем.

Для сучасних ТС найбільш характерною є комбінована структура. Тому що більшість ТС складаються з ряду підпроцесів зі своїми локальними системами керування, більшість з них є ієрархічними або системами з багаторівневою структурою. Поділ складної системи на відповідні рівні ієрархії залежить від ознак, покладених в основу цього поділу. Найчастіше використовується організаційна ознака, що дозволяє відображати фактично існуючу субординацію між елементами ТС (окремі технологічні агрегати, автоматичні лінії, ділянки виробництва і т. ін.). Ознакою при побудові ієрархічної структури є обраний метод керування: регулювання, навчання, адаптація, самоорганізація. Технологічну систему можна розбити на ієрархічно пов'язані між собою рівні також за тимчасовою ознакою. У цьому випадку при віднесенні елементів до того чи іншого рівня за основу береться інтервал часу, через який необхідне втручання елементів попереднього рівня в процес функціонування елементів наступного рівня для забезпечення нормального функціонування всієї системи в цілому.

Показниками якості функціонування ТС є: ефективність (здатність до виконання поставленої мети); надійність (здатність до функціонування при відмовленні окремих елементів); завадозахищеність (здатність слабко реагувати на небажані зовнішні випадкові впливи); стійкість (здатність зберігати необхідні властивості в умовах впливу різних збурень).

Технологічні системи мають властивості, що полегшують забезпечення встановлених показників якості її функціонування. Це, по-перше, можливість змінювати структуру системи і її елементів: уводити додатковий контроль, розбивати операції на ряд переходів, посилювати вимоги до окремих операцій, змінювати режими роботи, що, наприклад, безпосередньо відбивається на надійності ТП; по-друге, ТС можуть мати властивість саморегулювання (адаптації) і при зміненні умов, у яких протікає ТП, автоматично або за рахунок цілеспрямованих дій людей змінювати свої параметри, забезпечуючи необхідний рівень показника функціонування.

Спеціалізація виробництва приводить до того, що частини ТС відокремлюються у вигляді окремих ділянок, цехів, підприємств, галузей. При цьому структура ТС ускладнюється, тому що виникають додаткові операції, наприклад, пов'язані з транспортуванням напівфабрикатів і продукції. Однак, це ускладнення, як і додаткові витрати на керування, повинні компенсуватися підвищенням продуктивності праці, пов'язаним зі спеціалізацією виробництва.

У ТС підприємства виділяють наступні функціональні підсистеми: техніко-економічного планування; технічної підготовки виробництва; нормативного господарства; матеріально-технічного забезпечення; оперативного планування і керування основним виробництвом; допоміжного виробництва; збуту готової продукції; кадрів; фінансів; бухгалтерського обліку і статистичної звітності.

Під ефективністю технологічної системи будемо розуміти здатність системи функціонувати у всьому діапазоні можливих умов, режимів і встановлених граничних значень змін її вихідних параметрів. Ефективність функціонування ТС оцінюють за чотирма групами показників ефективності: технологічні (які описують, наприклад, кількість випущеної продукції за одиницю календарного часу); організаційні (які виражають трудові витрати персоналу на виробництво продукції); економічні (які відбивають економічні результати функціонування системи); комплексні (які одночасно оцінюють різні сторони функціонування, наприклад технологічну й економічну).

Якщо ТП розглядати як процес функціонування ТС, то усі компоненти ТП - метод обробки, застосовуване устаткування, послідовність операцій, режими обробки, методи контролю - визначають вихідні параметри й у першу чергу показники якості виробу.

Технологічний процес виготовлення, складання і контролю виробу ЕА повинний з найменшими витратами часу і засобів забезпечувати необхідний рівень якості продукції, включаючи і надійність. Однак зв'язок параметрів ТП із надійністю готового виробу дуже складний і, крім того, вимоги надійності, як правило, вступають у протиріччя з такими основними вимогами до ТП, як його продуктивність і економічність. При здійсненні ТП прагнуть його оптимізувати і тим самим забезпечити необхідний рівень якості і високу продуктивність. Тому надійність ТП повинна бути забезпечена як за якісними, так і за кількісними показниками. З урахуванням вищевикладеного, надійність ТП - це його властивість забезпечити виготовлення продукції в заданому обсязі, зберігаючи в часі установлені вимоги до її якості. Таким чином, ТС повинна бути працездатною як за показниками якості, так і за продуктивністю.

Оцінка надійності за параметрами продуктивності розроблювальних (на етапі технологічної підготовки виробництва) і діючих ТС проводиться з метою:

а) установлення вимог до надійності і продуктивності окремих елементів і підсистем ТС;

б) вибору оптимальних рішень, що забезпечують виконання планових завдань з обсягу і номенклатури продукції, що виготовляється;

в) виявлення резервів виробництва і підвищення ефективності ТС;

г) складання обґрунтованих прогнозів з росту обсягів виробництва і підвищення продуктивності праці.

Оцінка надійності ТС за параметрами продуктивності містить:

а) вибір номенклатури показників надійності;

б) визначення фактичних значень показників;

в) порівняння отриманих значень з необхідними чи базовими значеннями.

Показники надійності за параметрами продуктивності характеризують властивості ТС забезпечувати необхідну продуктивність і ефективність її експлуатації. При цьому, в залежності від виду ТП і розв'язуваної задачі, параметром продуктивності може бути:

а) виробнича програма;

б) ритм випуску продукції;

в) номінальна продуктивність (кількість продукції, виготовленої ТС за одиницю часу без урахування простоїв устаткування) чи штучний час;

г) циклова продуктивність (кількість продукції, виготовленої за один цикл технологічної операції) чи оперативний час.

Примітка. Номінальна і циклова продуктивності пов'язані зі штучним і оперативним часом співвідношеннями

(1.1)

Показники, що характеризують надійність ТС за параметрами продуктивності, у залежності від виду ТС і розв'язуваної задачі, визначають:

а) для одного циклу функціонування системи;

б) на період виготовлення однієї партії виробів;

в) на час виконання встановленого обсягу робіт;

г) на визначений календарний період часу (зміна, доба, місяць, квартал, рік і т.д.).

Оцінку надійності ТС за параметрами продуктивності варто використовувати при проведенні робіт:

а) розробка технологічних процесів на етапі технологічної підготовки виробництва:

розробка технологічних маршрутів;

вибір засобів технологічного оснащення;

вибір режимів обробки; розрахунок необхідної кількості засобів технологічного оснащення;

розрахунок трудомісткості обробки, нормування технологічного процесу за параметрами продуктивності.

б) формування виробничої програми в частині:

розробки планів виробництва продукції;

розрахунку потреби в матеріальних і трудових ресурсах;

розрахунку основних і резервних виробничих потужностей;

розрахунку трудомісткості виробничої програми.

в) оперативне керування виробництвом у частині:

розробки календарних планів (графіків) виробництва продукції;

контролю, обліку й аналізу виконання календарних планів (графіків);

оцінки значимості відхилень від заданого ритму випуску продукції.

г) удосконалювання ТС у частині підвищення їхньої надійності:

уточнення номенклатури й обсягу запасного інструмента і пристосувань (ЗІП) для засобів технологічного оснащення;

визначення оптимальних обсягів міжопераційних заділів і запасів предметів виробництва;

вибір оптимальних способів резервування засобів технологічного оснащення;

атестація технологічних процесів, устаткування, інструмента й оснащення;

складання алгоритмів керування ТС і перерозподілу ресурсів на випадок виходу з ладу її окремих елементів;

оптимізація стратегій технічного обслуговування і ремонту засобів технологічного оснащення.

У залежності від цілей і задач оцінки надійності ТС за параметрами продуктивності використовують основні вихідні дані:

а) необхідні чи базові значення показників надійності ТС;

б) структуру і склад ТС;

в) обсяг завдання з виготовлення продукції (у натуральному вираженні, по нормативно-чистій продукції (НЧП) чи по трудомісткості);

г) фактичну продуктивність і ритм випуску;

д) дійсний фонд робочого часу;

е) характеристики продуктивності ТС і її елементів, включаючи циклову і номінальну продуктивність;

е) значення показників надійності засобів технологічного оснащення, встановлені в нормативно-технічній документації;

ж) статистичні дані про фактичну продуктивність ТС і її елементів, включаючи дані хронометражу роботи ТС, циклограми роботи устаткування, дані фотографій роботи ТС, а також дані про ремонти устаткування;

з) статистичні дані про величину браку (у натуральному і вартісному вираженні);

и) статистичні дані про розподіл режимів функціонування, видів ремонту і тривалості відновлення працездатності елементів і підсистем ТС;

й) результати попередніх оцінок надійності ТС;

к) обсяги міжопераційних заділів і запасів предметів виробництва, які реєструються в підсистемі оперативного керування виробництвом.

Критерієм відмовлення ТС за параметрами продуктивності є:

а) для ТС технологічних операцій і процесів:

припинення функціонування на час, що перевищує припустимий;

зниження продуктивності (номінальної чи циклової) чи ритму випуску продукції (у системі чи окремих її підсистемах) нижче рівня, встановленого в нормативно-технічній і (чи) конструкторсько-технологічної документації;

невиконання завдання з обсягу випуску продукції;

б) для ТС виробничих підрозділів і підприємства в цілому:

невиконання завдання з обсягу випуску продукції, що виготовляється, (у натуральному вираженні, по НЧП чи по трудомісткості) за розглянутий календарний проміжок часу.

При оціненні надійності ТС за параметрами продуктивності варто використовувати дві групи показників: одиничні і комплексні.

Застосування груп показників надійності для розроблюваних і діючих ТС наведено в табл. 1.1.

Таблиця 1.1 - Застосування показників надійності ТС

Вид ТС	Групи показників надійності ТС
	розроблюваних	існуючих
	Одиничні	Комплексні	Одиничні	Комплексні
ТС технологічної операції	+	+	+	+
ТС технологічного процесу	+	+	+	+
ТС вироробничого підрозділу	-	+	-	+
ТС підприємства	-	+	-	+

Тривалість і періодичність оцінення показників надійності ТС варто вибирати в залежності від мети оцінення і виду ТС.

1.2 Технічні вимоги до методів оцінки одиничних і комплексних показників надійності

Оцінення одиничних показників надійності варто проводити для наступних ТС:

а) відмовлення яких пов'язані з безпекою людей або можуть заподіювати значний матеріальний збиток;

б) операцій, що лімітують рівень виконання завдання за продуктивністю;

в) типових технологічних операцій і процесів з потоковою і груповою організацією виробництва.

Номенклатуру основних одиничних показників надійності ТС і методи їхньої оцінки наведено в табл. 1.2.

Таблиця 1.2 - Номенклатура одиничних показників надійності

Найменування показника	Методи оцінки
	Розрахунковий	Дослідно-статистичний	Реєстраційний
Ймовірність безвідмовної роботи	+	+	-
Середній напрацьовання на відмову	+	+	+
Гама-процентне напрацьовання до відмови	+	+	+
Назначене напрацьовання до підналагодження	+	+	-
Середній час відновлення працездатного стану	+	+	+

Визначення показників наведено нижче:

а) ймовірність безвідмовність роботи - ймовірність того, що в межах заданого напрацьовання відмовлення ТС за продуктивністю не відбудеться;

б) середнє напрацьовання на відмову - відношення напрацьовання ТС до математичного сподівання кількості її відмов протягом цього напрацьовання;

в) гамма-процентне напрацьовання до відмови - напрацьовання ТС, протягом якого відмова виникає з імовірністю , вираженою у відсотках. При вона називається встановленим безвідмовним напрацьованням;

г) установлене безвідмовне напрацьовання використовується при визначенні періодичності контролю стану засобів технологічного оснащення;

д) середній час відновлення працездатного стану. У даному визначенні під об'єктом варто розуміти засоби технологічного оснащення;

е) ймовірність виконання завдання з виготовлення продукції -го найменування обчислюють за виразом:

де відповідно, фактичний і заданий обсяг випуску продукції

-го найменування необхідної якості за розглянутий проміжок часу . Цей показник характеризує надійність ТС технологічних операцій і процесів у масовому виробництві.

Якщо задано час виконання завдання обсягом то шукану ймовірність обчислюють за формулою

,

де - відповідно заданий і фактичний час виконання завдання.

ж) у загальному випадку імовірність виконання завдань з виготовлення найменувань продукції обчислюють за виразом

.

Цей показник характеризує надійність ТС технологічних процесів і виробничих підрозділів у серійному виробництві.

Якщо продукція різних найменувань виготовляється в рамках розглянутої ТС послідовно, з використанням загальних засобів технологічного оснащення, то шукану імовірність обчислюють за виразом

де - час, який затрачується на налагодження і виготовлення -го найменування продукції;

- заданий час виготовлення найменувань продукції.

Якщо продукція різних найменувань виготовляється в рамках розглянутої ТС паралельно (одночасно), з використанням різних засобів технологічного оснащення, то шукану імовірність обчислюють за формулою

з) коефіцієнт готовності ТС обчислюють за співвідношенням

,

де - середній сумарний час перебування ТС у працездатному стані за розглянутий календарний проміжок часу ;

- час простоїв з організаційних причин, що не враховується в нормі штучного часу, за розглянутий календарний проміжок часу ;

- дійсний фонд часу за розглянутий календарний проміжок часу .

Величину дійсного фонду часу обчислюють за виразом:

,

де - сумарна тривалість планового технічного обслуговування і ремонту за розглянутий календарний проміжок часу. Розглянутий проміжок часу повинен містити кілька циклів технічного обслуговування (ремонтних циклів).

- номінальний фонд часу.

Величину номінального фонду часу обчислюють за співвідношенням

,

де - кількість днів у розглянутому календарному проміжку часу;

- кількість вихідних і святкових днів у розглянутому календарному проміжку часу;

- кількість днів зі скороченою робочою зміною в розглянутому календарному проміжку часу;

- тривалість робочої зміни, год.;

- тривалість скороченої робочої зміни, год.;

- кількість змін на добу ().

Коефіцієнт готовності характеризує відносну частку часу перебування ТС у працездатному стані протягом розглянутого проміжку за винятком простоїв з організаційних причин, що не враховуються в нормі штучного часу, і простоїв, пов'язаних із проведенням планового технічного обслуговування і ремонту.

и) коефіцієнт технічного використання обчислюють за виразом

 .

Коефіцієнт технічного використання характеризує відносну частку часу перебування ТС у працездатному стані протягом розглянутого проміжку часу за винятком простоїв з організаційних причин, не врахованих у нормах штучного часу.

к) коефіцієнт використання - відношення математичного сподівання сумарного часу перебування ТС у працездатному стані за розглянутий календарний проміжок часу до величини номінального фонду часу за цей проміжок:

.

Коефіцієнт використання характеризує відношення сумарного часу перебування ТС у працездатному стані за розглянутий проміжок часу до величини цього проміжку з урахуванням усіх видів простоїв.

л) коефіцієнт ритмічності виготовлення продукції -го найменування обчислюють за виразом:

,

де - кількість інтервалів часу (зміна, декада, місяць і т.п.) з реєстрацією обсягу випуску продукції -го найменування за розглянутий календарний проміжок часу ;

- обсяг продукції -го найменування, виготовленої на -му інтервалі часу;

- вибірковий середній обсяг продукції:

.

Математичний вираз , складений таким чином, що при рівномірному (ритмічному) виготовленні продукції величина дорівнює одиниці:

при ,

а при порушенні ритмічності виготовлення продукції величина у ліміті наближається до нуля:

,

де

- кількість інтервалів часу, на яких

м) коефіцієнт виконання завдання з виготовлення продукції -го найменування - відношення середнього обсягу продукції -го найменування, що виготовляється за розглянутий календарний проміжок часу до заданого (за планом):

де - відповідно середній і заданий обсяг продукції, що виготовляється, -го найменування за розглянутий календарний проміжок часу .

Середній обсяг продукції визначають як середнє арифметичне значення обсягів продукції, виготовленої за однакові проміжки часу .

н) коефіцієнт виконання завдання по НЧП обчислюють за допомогою формули

де - заданий обсяг НЧП по -му найменуванню продукції за календарний проміжок часу ;

- кількість найменувань виготовленої продукції.

о) коефіцієнт ритмічності по НЧП обчислюють за формулою

,

де - кількість інтервалів часу з реєстрацією обсягу НЧП на розглянутому проміжку часу ;

- обсяг НЧП, що виготовляється в рамках даної ТС на -му інтервалі часу .

,

де - кількість найменувань продукції, що виготовляється;

- обсяг НЧП -го найменування продукції, що виготовляється, на -му інтервалі часу;

- вибірковий середній обсяг НЧП:

.

Математичний вираз для аналогічний виразу для, використовуваному при визначенні коефіцієнта ритмічності виготовлення продукції -го найменування.

Одиничні показники допускається диференціювати по причинам відмовлення або видам елементів, що відмовили.

При виборі одиничних показників надійності ТС варто враховувати показники надійності використовуваних засобів технологічного оснащення, встановлені у відповідній нормативно-технічній документації.

Оцінку комплексних показників надійності варто здійснювати при проведенні робіт для наступних ТС:

а) технологічних операцій, що лімітують виконання завдань за продуктивністю;

б) технологічних процесів з потоковою і груповою організацією виробництва;

в) продуктивних підрозділів основного виробництва;

г) підприємства в цілому.

Номенклатуру комплексних показників надійності ТС і методи їхньої оцінки наведено в табл. 1.3.

Таблиця 1.3 - Номенклатура комплексних показників надійності ТС

Найменування показника	Методи оцінки
	Розра-хунко-вий	Дослідно-статистичний	Реєстра-ційний	Екс-перт-ний
Ймовірність виконання завдання з виготовлення продукції -го найменування	+	+	-	-
Ймовірність виконання завдань з виготовлення найменувань продукції	+	+	-	-
Коефіцієнт готовності	+	+	+	+
Коефіцієнт технічного використання	+	+	+	+
Коефіцієнт використання	-	-	+	+
Коефіцієнт ритмічності виготовлення продукції -го найменування	-	-	+	-
Коефіцієнт виконання завдання з виготовлення продукції -го найменування	+	-	+	+
Коефіцієнт виконання по НЧП	+	-	+	-
Коефіцієнт ритмічності по НЧП	-	-	+	-

При виборі методів оцінки комплексних показників варто віддавати перевагу реєстраційному методу.

Розрахункові методи варто застосовувати, головним чином, для ТС технологічних операцій і процесів.

1.3 Методи оцінки надійності ТС за параметрами продуктивності

Для оцінки показників надійності ТС за параметрами продуктивності в залежності від виду ТС, мети оцінення і наявності вихідної інформації варто використовувати розрахункові, дослідно-статистичні, реєстраційні й експертні методи або їхні сполучення.

Розрахункові методи основані на використанні математичних моделей зміни продуктивності ТС і її елементів, побудованих з урахуванням структури ТС, моделей надійності засобів технологічного оснащення і підсистем ТС, функцій розподілу факторів (подій), що впливають на продуктивність ТС і алгоритмів керування продуктивністю в різних виробничих ситуаціях.

Розрахункові методи і залежності від використовуваних обчислювальних засобів підрозділяються на аналітичні, чисельні, методи статистичного моделювання і комбіновані.

При застосуванні розрахункових методів необхідно, щоб параметри використовуваних математичних моделей могли бути визначені:

а) за допомогою довідкової, нормативно-технічної і конструкторсько-технологічної документації;

б) за даними, які регіструються у процесі керування підприємством;

в) шляхом обробки ретроспективної статистичної інформації, отриманої при проведенні перевірок або іспитів елементів і підсистем ТС.

Застосовувані математичні моделі надійності повинні підтверджуватися шляхом аналізу дослідних даних, наприклад, отриманих при виготовленні дослідної (установлювальної) чи головної партії виробів.

Дослідно-статистичні (вимірювальні) методи основані на використанні даних, отриманих у результаті спеціального вибіркового обстеження ТС і (чи) спеціальних іспитів ТС.

Дослідно-статистичні методи використовують, головним чином, для оцінки надійності діючих ТС, а також при проведенні визначальних іспитів розроблювальних ТС.

Реєстраційні методи не вимагають проведення спеціального обстеження і основані на аналізі інформації, яка реєструється у процесі керування підприємством, у тому числі даних обліку:

а) виконання календарних планів-графіків виробництва продукції підприємства і підрозділу;

б) виконання календарних планів-графіків технічного обслуговування і ремонту засобів технологічного оснащення;

в) руху предметів виробництва.

Експертні методи основані на використанні результатів опитування експертної групи, яка розташовує інформацією про надійність даної технологічної системи і фактори, що впливають на її продуктивність.

Експертні методи варто застосовувати у випадку оцінки надійності ТС при неможливості або недоцільності використання розрахункових, дослідно-статистичних чи реєстраційних методів (недостатня кількість інформації, необхідність розробки спеціальних технічних засобів і т. ін.).