УДК 658.512

Верба І.І., Даниленко О.В.

Національний технічний університет України

„Київський політехнічний інститут“

КРИТЕРІЇ ВИЗНАЧЕННЯ СКЛАДУ ВЕРСТАТНОГО ПАРКУ

Фізичне й моральне старіння основних фондів промислових підприємств потребує суттєвого поновлення парку технологічного обладнання. Справа не лише в тому, що обладнання є застарілим. Аналіз показує, що відбуваються серйозні зміни у структурі верстатного парка. Змінюється погляд на шляхи й задачі технічного переоснащення промислових підприємств.

Суттєвим є те, що скорочується об’єм діючого верстатного парка і до того ж саме в тих группах обладнання, які свого часу постачалися у надлишковій кількості. Поставки обладнання були надлишковими переважно у тих випадках, коли не приділяли необхідної уваги вдосконаленню заготівельного виробництва в умовах масового, великосерійного й серійного виробництва. Через це мало місце значне знімання стружки при металообробці на основних формоутворюючих операціях – чорнових і напівчистових токарних та фрезерних. Зараз, коли питома вага великосерійного виробництва значно зменшилась, зайвим виявилась значна частина парку токарних і фрезерних верстатів, спецобладнання, оснащення потокових ліній. В першу чергу це стосується підприємств галузей, в яких значно зменшилися обсяги виробництва. Наприклад, в Україні це сільськогосподарське машинобудування та ін. Але одночасно лишається потреба у новому сучасному високоефективному токарному й фрезерному обладнанні з ЧПК, яке, зокрема, придатне і до використання у дрібносерійному виробництві.

На підприємствах дрібносерійного й одиничного виробництва (зокрема, це стосується підприємств ВПК) склалась інша ситуація. І засоби виробництва, і сама продукція значною мірою ґрунтуються на досягненнях науково-технічного прогресу. Доцільність впровадження технологічних комплексів на основі верстатів з ЧПК зумовлена відсутністю кваліфікованих верстатників-універсалів при збільшенні вимог до якості та необхідності за мінімальний час виготовити складні й навіть унікальні деталі. У ряді випадків це можливо лише з використанням верстатів з ЧПК хоч би скільки вони не коштували.

Зміни складу верстатного парку зумовлюються змінюванням вимог споживача, який вимагає забезпечення максимальної функціональності: зменшення об’єму операцій формоутворення при механічній обробці; перенесення функцій формоутворення на заготівельні операції; збільшення об’єму операцій контролю; збільшення об’єму викінчувальних точних операцій; максимальне суміщення операцій у часі обробки; інтеграція кількох способів обробки на одному верстаті; мінімальний час переналагодження та мінімальні витрати на логістику. Не слід забувати також про нові технологічні процеси (наприклад, фрезоточіння, технологія БУФО по заміні круглого шліфування чистовим точінням, зуботочіння, яке є комбінацією зубофрезерування й зубодовбання як універсальний спосіб зубообробки для коліс зовнішнього й внутрішнього зачеплення тощо), які вимагають іноді значних витрат, але при цьому надають додаткові властивості (міцність, зносостійкість, якість обробки), зменшують час різання та переналагодження.

Отож маємо проблему: необхідність оновлення верстатного парку за одночасних структурних змін в ньому.

Сучасний стан названої проблеми потребує розробки формалізованого підходу до вибору верстатів. Застосовувані методи порівняльної оцінки техніко-економічних показників і достовірності отриманих результатів, критерії вибору верстатів, рекурсивний процес прийняття рішень можуть не дати очікуваного ефекту через наближення їх до методів експертних оцінок.

Концептуально вибір обладнання, що є необхідним для оновлення сучасного верстатного парку, здійснюється у два етапи:

· загальна оцінка потреби у заміні верстатного парку і в якій саме його частині та з якої причини (які технічні показники треба покращити);

· визначення альтернативних варіантів та вибір конкретної моделі верстата.

За другим етапом необхідно виконати наступне:

− проаналізувати вихідні дані й сформулювати обмежувальні умови;

− з множини верстатів виділити групу потенційно придатних альтернатив;

− обирати найпривабливішу модель верстата.

При оцінці обраного варіанту обов’язково враховують різні аспекти фактора часу (зокрема, зміни показників працездатності у часі, наприклад, як наслідок зношення, та економічних умов експлуатації). Необхідно також дотримуватись однакових умов порівняння. Однією з умов грамотного оцінювання розглянутих варіантів є забезпечення субоптимізації: оцінка обраних варіантів виконується при оптимальних значеннях показників щоб виключити помилку через те, що обрано «хороші» показники для одного з варіантів та «погані» для іншого.

Є алгоритм вибору вертикальних обробних центрів, вказано, які саме фактори обов’язково враховують [5]. Існують методики технологічного планування й складання програм, що дозволяють оцінити, які деталі можна обробити на тому чи іншому центрі [6]. Але ці методики переслідують іншу мету, не є узагальненими і можуть бути використані для визначення складу верстатного парку лише в розрізі розробки технологічних процесів. Є розробки визначення необхідної кількості верстатів з ЧПК в процесі технологічного проектування на основі тривалості циклу виготовлення партії деталей [1, 3]. Методики розрахунку необхідної кількості верстатів з ЧПК з врахуванням специфіки їх функціонування в складі технологічних комплексів і структури затрат часу функціонування відсутні.

Вибір, уточнення типу й моделі обладнання часто відбувається шляхом співставлення технічних та вартісних характеристик, без врахування перспектив подальшого використання. Те саме відбувається з технологічним оснащенням. Машинобудівні підприємства, які мають обмежені фінансові ресурси, змушені з обережністю приймати рішення щодо купівлі обладнання, обґрунтовувати потребу саме у ньому.

До найбільш бажаних характеристик верстатів належать можливість комплексної автоматизації, наявність мотор-шпинделя та лінійного привода. В інформаційних джерелах фахівці відзначають, що найчастіше у верстатів, виходять з ладу системи ЧПК, програмне забезпечення й пристрої заміни інструментів, що також треба обов’язково враховувати.

Відзначено, які саме фактори обов’язково треба враховувати при виборі верстатів для технічного переоснащення виробництва. За різними джерелами це наступне:

· Розміри робочої зони, зокрема – розміри стола;

· Типи технологічних операцій, типи і кількість інструментів за всіма технологічними переходами;

· Діапазон діаметрів та довжин оброблюваних деталей;

· Оптимальні режими різання, зокрема, частота обертання шпинделя і швидкість подач(не менш за 25 м/хв.);

· Якість обробки;

· Ємність інструментального магазина;

· Система ЧПК;

· Можливість забезпечити відповідне технічне обслуговування верстата за період експлуатації.

Як вихідні дані застосовують виробничу програму технологічного комплексу, яка раніш вважалась відомою на весь строк експлуатації як за кількісними, так і за якісними критеріями. Зараз має суттєве значення ринкова невизначеність, що зумовлює в свою чергу невизначеність виробничу і не дає прогнозувати й враховувати змінювання характеристик продукції за час експлуатації обладнання. До невизначеності можуть призвести змінювання ринкової кон’юнктури, обсягів випуску, номенклатури, вимог до параметрів виробів, часткове або повне змінювання виробничої програми. За даними [2] кількість необхідного обладнання за однакової виробничої програми може відрізнятися до 4-х разів при різних рівнях невизначеності. Проблема врахування невизначеності виробничої програми є актуальною при виборі необхідного обладнання та розрахунку його кількості. Кризисні явища в економіці можуть до деякої міри прогнозуватися сучасними математичними методами. Внутрішні невизначеності можна враховувати коефіцієнтами використання обладнання, але їх можна отримати лише дослідним шляхом, а адекватні умови передбачити складно. Задача оцінювання складних технічних систем може бути вирішена методами дослідження операцій в умовах обмежень, частина яких належить до невизначеностей. Шляхом скорочення невизначеності є покращення планування промислової програми, уніфікація й спадковість(наступність) конструкції виробів. Перехід на випуск продукції, яка суттєво відрізняється від традиційної, може зумовити реконструкцію виробництва із відповідною заміною обладнання. Іноді з метою уникнути такої ситуації заздалегідь обирають обладнання з технологічними можливостями, які завідомо перевищують необхідні або резервують зайві верстати чи виробничі площі під майбутнє нове обладнання (економічно доцільніше).

Є нагальна потреба у розробці й впровадженні єдиного комплексного критерію оцінки верстатів з метою вибору раціонального для придбання варіанта з ряду альтернативних пропозицій в умовах невизначеності й заданих обмежень. Основними обмеженнями є технологічні й технічні характеристики, ресурс верстата та придатність з економічних позицій. Обов’язкова вимога до критерію – загальний характер, щоб мати можливість здійснити незалежний аналіз верстатів аналогічного призначення на одній основі та об’єктивно їх оцінити. Комплексний характер критерію передбачає застосування узагальнених показників.

Література

1. Волчкевич И.Л. Рациональное использование станков с ЧПУ в условиях многономенклатурного производства // Наука и образование [электронное научно-техническое издание] / Эл №ФС77-30569 (77-30569/362086), # 02, февраль 2012. Режим доступу:
http://technomag.edu.ru/doc/362086.html

2. Волчкевич И.Л. Основы расчета необходимого количества оборудования с учетом факторов производственной неопределенности // Наука и образование [электронное научно-техническое издание] / Эл №ФС77-30569 (77-30569/362086), # 02, февраль 2014 Режим доступу: http://technomag.bmstu.ru/doc/701227.html

3. .Лазаренко Г. П. Сравнительный анализ металлорежущих станков при технологическом проектировании производства // Наука и образование [электронное научно-техническое издание] / Эл №ФС77-30569 (77-30569/362086), # 03, март 2013 DOI: 10.7463/0313.0541242. Режим доступу: http://technomag.bmstu.ru/doc/541242.html

4. Феофанов Ю. А. Функциональный анализ технических объектов. Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение». – М.: МГТУ «МАМИ», 2005. – 37 с.

5. Andersen D. Как выбрать вертикальный обрабатывающий центр? // Manufacturing Engineering (N 6 (декабрь), Vol. 131, 2003, с. 53-56, 58, 59. (США).

6. Karpuschewski B. et al. Анализ технологических возможностей токарно-фрезерных центров, // Werkstatt und Betrieb. 2004. Nr. 9, с. 36-41.