Лекция 3.1. Оптимизация технологических процессов (стр. 1 )

Лекция 3.1.

Оптимизация технологических процессов

1. Общие знания в области методологии оптимизации

Основные положения методологии оптимизации. Формирование граничных условий и параметров оптимизации. Математический аппарат.

2. Оптимизация технологических процессов

Особенности оптимизации технологических процессов. Моделирование технологических процессов.

3. Компьютерное моделирование технологических процессов

Использование методов компьютерной обработки данных для формирования модели технологических процессов.

Литература

1. Черноиванов деталей машин М: ГОСНИТИ, 1995. 278с.

2. Черноиванов и технология восстановления деталей машин. M.: Агропромиздат, 1989 336с.

3. Третьяков A. M., Н и др. Методика ранжирования факторов целевой функции при обосновании оптимального способа восстановления изношенных деталей / Строительные и дорожные машины. № 7 2002 с. 27-30.

Фактический материал

Основные известные методики оптимизации процессов.

1. "Кайдзен" - практика, которая фокусируется на непрерывном совершенствовании процессов производства, разработки, вспомогательных бизнес-процессов и управления, а также всех аспектов жизни.

«Кайдзен» в бизнесе — постоянное улучшение, начиная производством и заканчивая высшим руководством, от директора до рядового рабочего. Улучшая стандартизованные действия и процессы, цель кайдзен — производство без потерь.

2. "Бережливое производство" (lean production, lean manufacturing — англ. lean — «тощий, стройный, без жира»; в России используется перевод «бережливое», также встречаются варианты «стройное», «щадящее», «рачительное», помимо этого встречается вариант с транслитерацией — «лин») — концепция менеджмента, созданная на Toyota и основанная на неуклонном стремлении к устранению всех видов потерь. Бережливое производство предполагает вовлечение в процесс оптимизации бизнеса каждого сотрудника и максимальную ориентацию на потребителя.

3. "Шесть сигм" - один из возможных способов процессного описания бизнеса и создания системы непрерывного совершенствования действий, составляющих бизнес-процесс.

Концепция "Шесть сигм" фокусируется на всех операциях процесса, который порождает или устраняет дефекты, а не на самих дефектах. Так называемая сигмовая воспроизводимость процесса, которую удобнее выражать в дефектах на миллион изделий (возможностей), измеряет способность процесса выполнять бездефектную работу. В рамках этого подхода, дефект - это что угодно, что тормозит процесс или услугу или мешает им.

Главным компонентом концепции "Шесть сигм" считается использование инструментов статистического управления процессами. По своей сути "Шесть сигм" - это динамичная методология, работающая в масштабах всей организации и охватывающая всю ее иерархическую структуру. В ходе применения методологии "Шесть сигм" для достижения так называемого качества шесть сигм выделяют восемь этапов: понимание, определение, измерение, анализ, совершенствование, контроль, стандартизация и интегрирование

Процесс оптимизации заключается в следующем:

1.  Сбор информации о веществах и их количествах, участвующих в превращениях в вашем процессе

2.  Расчет равновесного состава исследуемой системы с учетом всех протекающих реакций при различных (внутренних и внешних) параметрах состояния

3.  Изучение влияния всех необходимых параметров на равновесный состав

4.  Предоставление рекомендаций по оптимизации технологического процесса

Задачи оптимизации технологических процессов можно решать по-разному.

Один из наиболее часто встречающихся методов решения — метод математического планирования эксперимента. Он позволяет проводить оптимизацию технологических процессов по некоторому набору параметров и связан с проведением серии опытов, количество которых прямо пропорционально количеству параметров. Поэтому данный метод обладает рядом недостатков, связанных с большими временными и финансовыми затратами. Кроме того, он рассматривает процесс как черный ящик и не позволяет узнать о протекающих в нем явлениях.

Термодинамические методы оптимизации технологических процессов, напротив, учитывают движущие силы процессов и позволяют взглянуть на процесс как на ряд фазовых и химических превращений. Это позволяет глубже изучить процесс не только с целью оптимизации.

Термодинамический расчет равновесного состава широко применяются для простых систем, однако при их (систем) усложнении (многокомпонентность, многофазность) возникает ряд трудностей, заключающихся не только в увеличении количества и сложности расчетов, но и в составлении адекватной математической модели.

Проблема эффективности ТП была поставлена одновременно с появлением учения о резании металлов и научных основ технологии машиностроения. Задача оптимизации объекта (процесса) предусматривает наличие трех основных элементов: математической модели объекта, функции цели (критерия оптимальности)и метода решения. Математическая модель описывает функциональные связи параметров объекта с критерием оптимальности и системой ограничений.

Различаются три вида оптимизации – структурная, параметрическая, производственная.

Структурная оптимизация ТП механической обработки производится на уровнях маршрута обработки детали и технологических операций. Оптимизация на уровне маршрута связана с выбором структуры технологического процесса, т. е. с выбором оптимальных проектных решений при назначении вида заготовки, маршрутов обработки поверхностей детали и состава технологических операций с учетом установленных производственных ограничений – сменности работы, программы выпуска, состава оборудования и технологической оснастки. Именно при решении этих задач определяются та структура и организация производственной системы, которые обеспечивают эффективность ее функционирования в заданных производственных условиях.

Для оценки эффективности отдельных технологических операций чаще всего используются такие критерии:

- производительность

штук/час;

- трудоемкость, выражаемая штучно-калькуляционным временем

, мин;

- технологическая себестоимость.

Для оценки эффективности всего ТП в качестве критерия оптимальности принимается минимум суммарной технологической себестоимости по операциям механической обработки детали [25].

Параметрическая оптимизация связана с нахождением оптимальных режимов резания по технологическим переходам. В этой задаче в качестве параметров оптимизации обычно рассматриваются параметры режима резания, например, для токарной обработки — частота вращения шпинделя и продольная подача суппорта. В качестве критерия оптимальности обычно используют локальные критерии, например, стойкость режущего инструмента или минимум основного времени [9, 36].

Производственная оптимизация ТП механической обработки связана с решением задачи структурной оптимизации для заданной номенклатуры деталей

Другими словами, эту задачу можно сформулировать следующим образом: для заданной номенклатуры деталей определить состав оборудования и организацию производства, при использовании которых обеспечивается максимальная эффективность обработки.

В условиях мелкосерийного производства обычно применяется групповая организация технологических процессов. При этом организуются рабочие места, осуществляющие обработку деталей на предварительно настроенном оборудовании с адресным транспортированием партий деталей на рабочее место из промежуточных накопителей. Упрощенно идею производственной оптимизации технологических процессов для такой организации производства можно проиллюстрировать на следующем примере:

- номенклатура деталей, обрабатываемых в производственном подразделении предприятия, включает в свой состав детали

,

,…

…

, которые относятся к одному и тому же типу, но различаются габаритными размерами;

- для каждой детали заданы годовая программа —

и партия запуска

;

- для каждой из этих деталей разработан

структурно оптимальный технологический процесс

;

- все

характеризуются одинаковым составом технологических операций

,но на соответствующих операциях

применяются различные типоразмеры оборудования

;

- каждому технологическому процессу соответствует комплекс технологического оборудования (технологический комплекс), за которым закреплена соответствующая деталь:

;

- при изготовлении детали

посредством технологического комплекса

трудоемкость и цеховая себестоимость ее механической обработки