Технологический процесс изготовления изделия

Цель работы - научиться выбирать наиболее ресурсосберегающий технологический процесс путем анализа и сравнения по экономическим показателям всех возможных вариантов технологии

Технологический процесс изготовления изделия (детали, узла) представляет собой строго определенную совокупность выполняемых в заданной последовательности технологических операций. Эти операции меняют форму, размер и другие свойства детали, а также ее состояние или взаимное расположение отдельных элементов. Одна и та же операция может производиться многими способами, на различном оборудовании. Поэтому выбор ресурсосберегающего технологического процесса заключается в оптимизации каждой операции по минимуму потребления материальных, трудовых, энергетических ресурсов.

Расчет полной себестоимости изделия по каждому из вариантов технологии сложен и требует большого количества исходных данных и времени.

Для упрощения расчета представляется возможным без ущерба точности определять и сопоставлять не полную, а так называемую технологическую себестоимость, которая включает только те элементы затрат на изготовление изделия, величина которых различна для сравниваемых вариантов.

Таким образом, технологическая себестоимость - это условная себестоимость, состав ее статей непостоянен и устанавливается в каждом конкретном случае отдельно.

Величина технологической себестоимости изготовления изделия в значительной мере зависит от объема производства.

Следовательно, все затраты на изготовление изделий по степени их зависимости от объема производства целесообразно подразделить на переменные (Рр), годовой размер которых изменяется прямо пропорционально годовому объему выпуска продукции (N), и условно-постоянные (Pv), годовой размер которых не зависит от изменения величины объема производства.

Введем обозначение Сji - технологическая себестоимость операции, переводящей изделие из состояния i в состояние j.

Общая формула определения технологической себестоимости выполнения (операции) имеет вид:

Сij = Pp Ч N + Pv (1.1)

К переменным затратам (Рр) относятся:

затраты на основные материалы за вычетом реализуемых отходов (Рm), руб.;

затраты на топливо, предназначенное для технологических целей (Ртт), руб.;

затраты на различные виды энергии, предназначенные для технологических целей (Ртэ), руб.;

затраты на основную и дополнительную заработную плату основных производственных рабочим с отчислениями в фонд социального страхования (Рз), ру6.;

затраты, связанные с эксплуатацией универсального оборудования (Роб), руб.;

затраты, связанные с эксплуатацией инструмента и универсальной оснастки (Ри), руб.

К условно-постоянным затратам (Pv) относятся:

затраты, связанные с эксплуатацией оборудования, оснастки и инструмента, специально сконструированных для осуществления технологического процесса по данному варианту (Рс. об), руб.;

затраты на оплату подготовительно-заключительного времени (Рп. з), руб.

Подставив эти значения в формулу (1.1), получим:

Cij = (Рм + Ртт + Ртэ + Рз + Роб + Ри) N + (Рс. об + Рп. з). (1.2)

Обозначим операцию, переводящую деталь из одного состояния в другое, через Xij. Тогда множество Xij X будет представлять собой набор возможных операций, используемых для изготовления рассматриваемых деталей.

Пусть совокупность переменных, характеризующих состояние детали, qj. Тогда множество qi Q представляет собой совокупность всех ее состояний. Структура взаимосвязи множества X с. множеством Q определяется ориентированным графом G (Q,X). При этом qi принадлежит Q есть вершина графа, технологические операции xij X - его дуги. Любой вершине qi соответствует множество дуг xqj, входящих в вершину qj, и множество дуг xqj, исходящих оттуда. Пусть граф G (Q,X) - это один из вариантов технологического процесса, с помощью которого деталь из состояния q переходит в конечное состояние qK. Для оценки использования ресурсов при возможных вариантах изготовления детали введем целевую функцию Sт, То есть сумму технологических себестоимостей Cij пo каждой из запроектированных операций, с тем чтобы

. (1.3)

Таким образом, выбор оптимального варианта технологического процесса можно свести к выбору маршрута в заданном графе, имеющего минимальную суммарную технологическую себестоимость.

Пусть 3ip - затраты, связанные с использованием маршрута, имеющего минимальную себестоимость от узла j до узла р, где j = 1,2,3..., р-1, р, a 3ij - от узла 1 до j. Значение 3ij можно найти, подсчитав сумму затрат предшествующего маршрута от узла 1 до узла j (j>1). Математически это можно выразить так:

З₁j = min [Зi + Cij], (1.4)

где j = 1, 2, 3,... ., p-l, p;

i - номер вершины, связанной с j дугами.

Построение графа в данной работе осуществим на примере выбора оптимального варианта технологического процесса (таблица 1.1).

Таблица 1. Изготовление элементов волноводных трактов

--------------------------------------------------------------------------------------------

Технологическая операция и варианты ее : Рр, руб/шт. :Pv, руб/год

выполнения

--------------------------------------------------------------------------------------------

1. Нарезка заготовок:

а) с помощью дисковой пилы 0,2 4

б) с помощью ленточной пилы 0,3 2

в) с помощью фрезерного станка 0,4 4

2. Изгибание заготовок:

а) с заполнением легкоплавким сплавом 0,9 15

б) с заполнением стальными пластинами 0,9 8

в) без заполнения внутреннего пространства 0,2 11

3. Покрытие серебром внутренней поверхности:

а) методом химического осаждения 4,0 10

б) электрохимическим методом 3,8 4

4. Полировка внутренних поверхностей:

а) пневматическим полированием 1,5 6

б) абразивным порошком 1,5 3

и) пастой ГОИ 1,5 7

N = 10 шт.

Для каждой дуги (операции) определяется технологическая себестоимость Сij по формуле (1.1), где N = 10 шт. (исх. данные).

Тогда:

С₁₂ = 0.2 Ч 10 + 4 = 6 руб.

С₁₃ = 0.3 Ч 10 + 2 = 5 руб.

С₁₄ = 0.4 Ч 10 + 4 = 8 руб.

С₂₅ = C₃₅ = C₄₅ = 0.9 Ч 10 + 15 = 24 руб.

С₂₆ = C₃₆ = C₄₆ = 0.9 Ч 10 + 8 = 17 руб.

С₂₇ = C₃₇ = C₄₇ = 0.2 Ч 10 + 11 = 13 руб.

С₅₈ = C₆₈ = C₇₈ = 4 Ч 10 + 10 = 50 руб.

С₅₉ = C₆₉ = C₇₉ = 3.8 Ч 10 + 4 = 42 руб.

С_{8 10} = C_{9 10} = 1.5 Ч 10 + 6 = 21 руб.

С_{8 11} = C_{9 11} = 1.5 Ч 10 + 3 = 18 руб.

С_{8 12} = C_{9 12} = 1.5 Ч 10 + 7 = 22 руб.

В результате расчетов получаем граф, приведенный на рисунке 1.1

Вершины его пронумерованы и C_ij записаны у каждой дуги. В результате использования описанного алгоритма имеем:

З₁₁ = 0;

З₁₂ = min (З₁₁ + C₁₂) = 0 + 6 = 6;

З₁₃ = min (З₁₁ + С₁₃) = 0 + 5 = 5;

З₁₄ = min (З₁₁ + С₁₄) = 0 + 8 = 8;

З₁₅ = min (З₁₂ + С₂₅; З₁₃ + С₃₅; З₁₄ + С₄₅) = min (6 + 24; 5 + 24; 8 + 24) = 29;

З₁₆ = min (З₁₂ + С₂₆; З₁₃ + С₃₆; З₁₄ + С₄₆) = min (6 + 17; 5 + 17; 8 + 17) = 22;

З₁₇ = min (З₁₂ + С₂₇; З₁₃ + С₃₇; З₁₄ + С₄₇) = min (6 + 13; 5 + 13; 8 + 13) = 18;

З₁₈ = min (З₁₅ + С₅₈; З₁₆ + С₆₈; З₁₇ + С₇₈) = min (29 + 50; 22 + 50; 18 + 50) = 68;

З₁₉ = min (З₁₅ + С₅₉; З₁₆ + С₆₉; З₁₇ + С₇₉) = min (29 + 42; 22 + 42; 18 + 42) = 60;

З_{1 10} = min (З₁₈ + С_{8 10}; З₁₉ + С_{9 10}) = min (68 + 21; 60 + 21) = 81;

З_{1 11} = min (З₁₈ + С_{8 11}; З₁₉ + С_{9 11}) = min (68 + 18; 60 + 18) = 78;

З_{1 12} = min (З₁₈ + С_{8 12}; З₁₉ + С_{9 12}) = min (68 + 22; 60 + 22) = 82.

Полученные значения З_1i записываем в нижней половине кружков (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 Граф выбора оптимального варианта технологического процесса

Высокий уровень фондовооруженности предприятий, универсальность оборудования, сложность изготовления деталей, большое количество операций в реальных условиях производства затрудняют выбор оптимального технологического процесса непосредственно по сети. Поэтому расчет эффективнее при использовании математической формы записи, которая удобна для использования ЭВМ в подобных расчетах, и для ручного счета. Для этой цели составим и заполним матрицу связей между состояниями деталей (вершинами). В первой строке и второй колонке матрицы (рисунок 1.2) фиксируем номера всех состояний (вершин графа) по порядку. На пересечении строчек начальных i-х состояний и колонок конечных j-х состояний записываем себестоимости операций С_ij. При упорядоченной нумерации i>j все заполненные клеточки разместятся выше диагонали. Для нашего графа каждому последующему состоянию в итоге может предшествовать только одно состояние или каждая последующая операция может быть связана только с одной предшествующей операцией. Это обусловлено тем, что над одним предметом труда в конкретный момент можно выполнить только одну из возможных операций. В матрице З_1i, З_1i - наименьшие затраты, приводящие в данное состояние соответственно при прямом и обратном счете.

Рисунок 1.2 Матрица связей между состояниями деталей

График отражает возможные технологические процессы. Выбор той или иной операции (в конечном счете технологического процесса) отрицает все другие операции (технологические процессы). Поэтому, окончание любой из них дает возможность непосредственно начинать следующую.

Технологический процесс с минимальной себестоимостью проходит только через те события, для которых выполняется условие:

З_ij+ З^`_ij=S_T, где S_T=.

Для нашего примера такой путь проходит через состояние 1-3-7-9-11.

Выбор оптимального технологического процесса связан с большим объемом вычислительных операций. Для решения этой задачи применяют вычислительную технику. Это позволяет исследовать больше вариантов технологического процесса и вести оптимизацию его по нескольким критериям, тем самым, повышая эффективность производства и качество продукции.

В случае, когда число вариантов по каждой технологической операции равно не более чем двум, а выбор наиболее экономичного техпроцесса надо осуществить для различных объектов выпуска продукции, целесообразно использовать графический метод выбора ресурсосберегающей технологии. Методические указания выбора технологии в этом случае заключаются в следующем.

После определения величины переменных расходов на единицу изделия по сравниваемым вариантам (Рр1 и Рр2) и годового размера уровня постоянных расходов (Рv1 Рv2) необходимо определить, при каком годовом объеме производства No сравниваемые варианты будут экономически равноценны. Для этого решается система уравнений относительно No:

Стех1 = Рр Ч No + Рv1

Стех2 = Рр Ч No + Рv2 (1.5)

При Стех1 = Стех2 получим

 (1.6)

Эту величину годового объема производства продукции принято называть критической. Если это сопоставление вариантов технологического процесса осуществить графически, то будет очевидно, что критическая программа является абсциссой точки пересечения двух прямых с начальными координатами Рv1 и Рv2, выраженных для каждого варианта управления его технологической себестоимости.

Определение абсциссы этой "критической точки" служит, таким образом, завершающим этапом технико-экономических расчетов, устанавливающих области наиболее целесообразного применения каждого из сопоставляемых вариантов, ограничиваемые определенными размерами программы (N).

Составляем системы уравнений по заданным значениям:

1. Стех11= 0,20 No +6

Стех12 = 0,3 No +5

Стех13 = 0,4 No +8

17 шт.

Следовательно:

Стех11 = 0,2 Ч 17 + 6 = 9 руб/год;

Стех12 = 0,3 Ч 17 + 5 = 10,1 руб/год;

Стех13 = 0,4 Ч 17 + 8 = 14,8 руб/год.

На основании полученных данных, задаваясь значением N < No и N > No, строиться график в осях координат, одной из которых (ордината) является значением технологической себестоимости (Стех), а другой (абсцисса) - значение годового объема производства (N) (см. рисунки 1.3 - 1.5).

Из рис. видно, что, если Pv>Pv1, a Pp2<Pp1, то при любом объеме производства N < No будет выгоден первый вариант (зона 1), т.к Стех1 < Стех2. За величиной No любое значение объема производства N > No говорит о предпочтительности второго варианта (зона 2), т.к Стех1 > Стех2.

2. Стех21 = 0,9 No + 15

Стех22 = 0,9 No + 8

Стех23 = 0,9 No + 11

12шт

Следовательно:

Стех21 = 0,9 Ч 12 + 15 = 25,8 руб/год;

Стех22 = 0,9 Ч 12 + 8 = 18,8 руб/год.

Стех23 = 0,9 Ч 12 + 11 = 21,8 руб/год.

3. Стех31 = 4,0 No + 10

Стех32 = 3,8 No + 4

=30шт

Следовательно:

Стех31 = 4,0 Ч 30 + 10 = 130 руб/год;

Стех32 = 3,8 Ч 30 + 4 = 118 руб/год

4. Стех41= 1.5 No + 6

Стех42 = 1.5 No + 3

Стех43 = 1.5 No + 7

3шт

Следовательно:

Стех41 = 1.5 Ч 3 + 6 = 10.5 руб/год;

Стех42 = 1.5 Ч 3 + 3 = 7.5 руб/год.

Стех43 = 1.5 Ч 3 + 7 = 11.5 руб/год.

Рисунок 1.3 - 1.5

Задача 2. Расчет календарно-плановых нормативов и построение стандарт-плана однопредметной непрерывно-поточной линии