ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

МАШИН И ТРУДА. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ И ЦИКЛОВАЯ

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Исходное положение теории производительности можно сформулировать следующим образом: «основным фактором повышения производительности труда в любой отрасли производства является рост производительности машин, количества и качества выпускаемой продукции». С учетом этого можно сделать вывод, что важнейшей задачей теории производительности является анализ факторов, определяющих производительность машин, определение наиболее перспективных направлений повышения производительности машин и труда при создании новой техники.

Основные постулаты, которыми следует руководствоваться при исследовании производительности, в литературе обычно формулируются следующим образом:

1. Каждая работа для своего совершения требует затрат времени и труда.

2. Производительно затраченным считается только время, которое расходуется на основные процессы обработки (например, формообразование, сборку и т. д.). Все остальное время, включая время на вспомогательные (холостые) ходы рабочего цикла и внецикловые простои, является непроизводительно затраченным - потерями.

3. Машина считается идеальной, если при высоком потенциале производительности, качестве продукции отсутствуют потери времени на холостые ходы и простои (машина непрерывного действия, бесконечной долговечности и абсолютной надежности).

4. Для производства любых изделий необходимы затраты прошлого (овеществленного) труда на создание средств производства и поддержание их работоспособности и живого труда на непосредственное обслуживание технологического оборудования.

5. Закономерность развития техники заключается в том, что удельный вес прошлого (овеществленного) труда непрерывно повышается, а затрат живого труда снижается при общем уменьшении затрат, приходящихся на единицу продукции.

6. При разработке технологических процессов любой процесс производства, взятый сам по себе, безотносительно к труду человека, следует разлагать на составные элементы.

7. При окончательной оценке прогрессивности новой техники учитывается фактор времени - темпы роста производительности труда.

8. Автоматы и автоматические линии различного технологического назначения имеют единую основу автоматизации, которая выражается в общности целевых механизмов и систем управления, в общих закономерностях производительности, надежности, экономической эффективности, в единых методах агрегатирования, определения режимов обработки, оценки прогрессивности и т.д.

Учитывая приведенные выше исходные положения, время T, необходимое для выполнения какой-либо операции, можно представить в виде:

T= t_p + t_x , (1)

где t_p - время, затрачиваемое на рабочие ходы, т.е. непосредственно на обработку данной детали (время резания и деформации металла при штамповке, время, расходуемое на загибку проволоки, нагрев и штамповку линзы и т.д.), t_x - время, затрачиваемое на холостые ходы при выполнении всего цикла обработки (подвод и отвод инструмента, подача материала, включение отдельных механизмов и т.д.), то есть цикловые потери времени. Особо здесь надо обратить внимание на то, что учитываются лишь холостые ходы или их часть, не совмещенные с выполнением технологических операций. Поскольку за время Т производится обработка определенного количества материала, то для обработки последующей «порции» при установившемся режиме работы оборудования потребуется столько же времени (Т).

Производительностью рабочей машины называется количество выпущенной продукции, выпускаемой за единицу времени. В случае выпуска штучной продукции производительность является средней величиной за время осреднения, кратное Т. Если за один рабочий цикл машины Т выпускается одно изделие или порция изделий, то ее цикловая производительность Q_ц при условии бесперебойной работы может быть рассчитана по формуле:

Q_ц = 1/Т, (2)

или, если учесть (1), то по формуле :

Q_ц = 1/ (t_p + t_x). (3)

Если за период рабочего цикла Т машина производит не одно, а p изделий, то цикловая производительность определяется выражением:

Q_ц = p/Т. (4)

В зависимости от вида выпускаемой продукции ее количество измеряется в штуках, метрах, километрах, квадратных метрах, кубометрах, килограммах, тоннах, ваттах и т.д. Единицы времени также могут выбираться разными (секунда, минута, час, смена, месяц, год и т.д.). В соответствии с этим единицы измерения производительности тоже бывают разными. В машиностроении и приборостроении в подавляющем большинстве производится штучная продукция, поэтому производительность в этих отраслях обычно измеряется в шт./мин, шт./с или шт./смену.

В том случае, когда в машине отсутствуют холостые ходы: t_x = 0 ; T = t_p и технологический процесс осуществляется непрерывно, цикловая производительность рассчитывается по формуле:

Q_ц = 1/ t_p = К. (5)

Величину К обычно называют технологической производительностью, поскольку она определяется исключительно технологическим процессом и режимом обработки.

Проектирование любой производственной машины для механообработки начинают с разработки технологического процесса: выбора метода и последовательности обработки, технологических баз, режущего инструмента, режимов обработки и т.д. Например, при обработке резаньем цилиндрической поверхности время рабочего хода рассчитывается по формуле:

t_p = l / (ns) = pdl / (1000vs), (6)

где n - частота вращения шпинделя (об/мин), s - подача (мм /об), d - диаметр заготовки (мм), l - длина хода инструмента (мм), v - скорость резания (м / мин).

Подставляя (6) в (5), получим выражение для технологической производительности:

К = (1000vs) / (pdl). (7)

Таким образом, из (7) следует, что для цилиндрического точения технологическая производительность пропорциональна скорости резания и подаче и обратно пропорциональна диаметру и длине обрабатываемой поверхности. Очевидно, что последние два параметра изменять нельзя, а вот режим резания можно менять путем применения более стойких резцов и тем самым увеличить потенциал производительности машины.

Рассмотрим машину, у которой отсутствуют холостые хода. На рис.1 представлена упрощенная схема машины для производства полихлорвиниловой трубки.

Рис. 1. Упрощённая схема машины для производства полихлорвиниловой трубки

Машина состоит из загрузочного бункера 1 для засыпки гранул, корпуса 2, в котором установлен шнек 3 и вокруг которого расположены нагревательные элементы 4. На правом фланце корпуса 2 установлена фильера 5, задающая форму трубки, далее расположен модуль охлаждения 6, механизм протяжки 7 и устройство намотки 8.

По мере необходимости гранулированная пластмасса подается в бункер 1 без остановки машины. Находясь в цилиндрическом корпусе 2, гранулы размягчаются и выдавливаются шнеком 3 через фильеру 5. В модуле 6 трубка охлаждается и после этого сматывается на катушку. В принципе можно организовать смену шпули без остановки машины. Пренебрегая надежностью и показателями долговечности, такую машину можно назвать «идеальной».

К сожалению, далеко не большую часть современной промышленной продукции нельзя производить на машинах непрерывного действия. Поэтому, в дальнейшем рассматриваются машины для производства штучной продукции циклического действия. В таких машинах цикловая производительность всегда меньше технологической. Выражение (3) с учетом (5) можно преобразовать следующим образом:

, (8)

где - коэффициент производительности. С учетом (5) коэффициент производительности не трудно преобразовать к виду:

. (9)

Из последнего выражения следует, что физический смысл коэффициента производительности заключается в том, что он показывает, какую часть времени цикла машина выполняет полезную работу. На рис. 2 представлены зависимости коэффициента производительности при различных значениях параметра t_x ( t_x = 0.5 c, t_x = 1.0 c , t_x = 2.0 c и для технологической производительности, выраженной в шт./ с ).

В конечном итоге коэффициент производительности характеризует конструктивное совершенство автомата или автоматической линии, степень их приближения к системам непрерывного действия.

Таким образом, два вида производительности - технологическая и цикловая - характеризуют оборудование как с точки зрения прогрессивности технологического процесса, положенного в основу автомата или линии, так и конструктивного совершенства механизмов и устройств, системы управления и т.д.

Рис.2. Зависимость коэффициента производительности

от технологической производительности.

Из графиков, представленных на рис.2, следует, что при малых значениях технологической производительности она существенным образом сказывается на коэффициенте производительности, причем это влияние увеличивается с ростом времени холостых ходов.

Исследуем зависимость цикловой производительности машины от технологической производительности. Из (8) очевидно, что цикловая производительность имеет предел при неограниченном росте К:

. (10)

Из (8) также следует, что цикловая производительность имеет предел и при времени холостого хода. стремящемся к нулю:

, (11)

Таким образом, совершенствование технологического процесса в машине дискретного действия не позволяет достичь производительности большей, чем определяемой выражением (10), а совершенствование машины путем снижения времени холостых ходов не позволяет достичь производительности, определяемой выражением (11).

На рис. 3 представлена зависимость цикловой производительности от технологической производительности для времени холостого хода, равного двум секундам. Из графика следует, что с ростом технологической производительности эффективность ее влияния на цикловую производительность снижается. Совместный анализ графиков, представленных на рис.2 и 3 показывает, что наибольшей производительности машины можно достичь только путем одновременного совершенствования ее конструкции и технологического процесса. В этом случае цикловая производительность теоретически не имеет предела.

Рис.3. Зависимость цикловой производительности от
технологической производительности

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое технологическая производительность?

2. Что такое цикловая производительность?

3. Что такое коэффициент производительности?

4. Каким образом можно достичь максимальной производительности машины?

5. Какие машины называют идеальными?

6. Какие ходы машины называют холостыми и рабочими?

7. Что такое несовмещенный холостой ход машины?

8. Перечислите основные постулаты теории производительности.