Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

29.07.2015

Различают три вида производительности рабочих машин: технологическую, цикловую и фактическую.
Технологическая (идеальная) производительность Qt представляет собой потенциал производительности машины, определяемый в идеальных условиях — при отсутствии холостых ходов, не совмещенных со временем машинной обработки хлыстов, бревен, брусьев или досок, и любых затрат времени по техническим, технологическим и организационным причинам. Иными словами, это штучная производительность машины при условии отсутствия как цикловых, так и внецикловых потерь времени. В этом случае рабочий цикл машины Tц равен времени непосредственной машинной обработки tм на ней предмета труда: Tц = tм. Тогда Qт (шт./мин) определяется по формуле
Qт = 1/tм.

В лесопилении имеется также такое понятие, как пропускная способность Qп машины, линии. Это объясняется тем, что, например, лесопильные рамы, имеющие кривошипно-шатунный механизм главного движения, осуществляют распиловку бревен и брусьев только за рабочий ход их пильных рамок. Поэтому их технологическая (идеальная) производительность равна удвоенной скорости подачи U. Ecлис на лесопильных рамах попытки использования для пиления холостого хода пильных рамок не дали результата, то, например, на однопильных станках позиционного типа для индивидуального раскроя бревен получило некоторое распространение нарезание зубьев не только на передней, но и на задней кромке ленточных пил, что позволило в 2 раза увеличить их технологическую производительность.
Значительного увеличения технологической производительности добились в Германии предприятия, осуществляющие контроль качества при сортировке обрезных досок, уложенных в сплошной «ковер» на поперечном цепном транспортере без упоров. Однако, как правило, конструктивные особенности рабочих машин для поперечного раскроя хлыстов и досок, сортировки последних и в целом ряде других случаев предусматривают наличие упоров (или крюков) на рабочих органах, перемещающих материал в поперечном направлении. Поэтому пропускная способность машин, линий (шт./мин) рассчитывается по формулам:
— при продольном движении Qп = U/l;
— при поперечном движении Qп = U/h,
где U — скорость подачи рабочих машин, м/мин; l — длина обрабатываемых бревен, брусьев или досок, м; h — расстояние между упорами (крюками), м.
Шаг упоров (крюков) определяется конструктивными соображениями. Однако понятие технологической производительности машин позволяет более правильно определить технологические и конструктивные параметры оборудования. Так, расположение обрезных досок на крюках сортировочных устройств не на пласти, а на кромке позволило значительно увеличить пропускную способность автоматизированных сортировочных линий, доведя ее до 90 шт./мин и более, оставив динамические нагрузки почти на том же уровне за счет уменьшения шага крюков, а следовательно, и скорости распределительных транспортеров.
Цикловая производительность (иногда ее называют конструктивной) рассчитывается с учетом всех цикловых потерь времени, которые, как правило, закладываются уже при проектировании станков, линий определенного назначения. К цикловым относятся потери времени на холостые ходы в рабочих циклах машин. Рабочий цикл станка Тц — это время, за которое он выдает один или партию предметов труда, одновременно на нем обрабатываемых. Рабочий цикл зависит от времени машинной обработки, его совмещения со вспомогательными операциями и совмещения вспомогательных операций между собой.
Цикловая производительность (шт./мин) обычно рассчитывается по формуле
Qп = 60/(tм + tв) = 60/Тц = QпKм,

где tм — время непосредственной машинной обработки хлыста, бревна, бруса, доски, с; tв — время вспомогательных операций, не совпадающих со временем машинной обработки, с; Tц — рабочий цикл, с; Qп — пропускная способность, шт./мин; Kм — коэффициент использования машинного времени.
Обратим внимание, что коэффициент использования машинного времени в инструкциях 1950-х и 1960-х годов по расчету производственной мощности лесопильных потоков, цехов и предприятий учитывал не только цикловые, но и внецикловые простои лесопильных рам, что приводило к отсутствию четкого определения (разделения) цикловых и внецикловых потерь рабочего времени. В настоящее время коэффициент использования машинного времени, который в отечественном станкостроении иногда называют коэффициентом производительности оборудования, определяется как отношение времени непосредственной машинной обработки в рабочем цикле машины к ее рабочему циклу:
Kм = tм/(tм + tв) = tм/Tц.

Естественно, при Kм=1 получаем Tц=tм.
В линиях с поперечной подачей материала для раскроя хлыстов и торцовки и сортировки досок цикловая производительность (шт./мин) приравнивается к их пропускной способности, так как время их рабочего цикла четко определяется числом проходящих упоров (крюков) в единицу времени:
Qц = Qв = U/h = 60/Тц.

Все внецикловые простои машины могут быть в основном охарактеризованы коэффициентом ее технического использования Кти и коэффициентом загрузки машины Kз. В некоторых видах машин (линий) может быть выделен еще коэффициент их технологического использования.
Коэффициент технического использования машин (линий) учитывает планируемые простои на их техническое обслуживание и уровень надежности (безотказной работы) оборудования.
Планируемые простои включают в себя время на профилактический осмотр механизмов и приборов, подналадку устройств, очистку машин и т. д. Если на оборудовании планируется время на отдых и личные надобности рабочих (операторов), то оно, как правило, совмещается с техническим обслуживанием оборудования и входит во время его планируемых простоев (Σtпл.пр).
Под уровнем надежности оборудования подразумевается время, необходимое на обнаружение и устранение отказов машин (линий), т. е. так называемые случайные простои (Σtсл.пр) механизмов и элементов систем управления и измерения.
Коэффициент загрузки машины характеризует потери времени (Σt3) из-за отсутствия предметов труда (хлыстов, бревен, брусьев или досок, подаваемых к оборудованию), вызванные неритмичностью производственного процесса, в котором установлены и функционируют машина, линия, участок или цех. Это может быть следствием плохой технологической подготовки того или иного процесса или производства пиломатериалов в целом и низкого уровня технологической дисциплины на предприятии. К потерям времени, характеризуемым коэффициентом загрузки, относятся также неподача сырья на предприятие в плановые периоды времени, кратковременное отключение электроэнергии и целый ряд других причин.
Фактическая производительность машин и поточных линий рассчитывается с учетом цикловых, внецикловых потерь времени и потерь времени, характеризуемых коэффициентом их загрузки.
Следует иметь в виду, что границы между многопозиционными машинами и поточными линиями не существует.
Фактическая производительность машин и поточных линий (шт./мин) рассчитывается по формуле
Qф = QцКис

где Kис — коэффициент использования машин и поточных линий, учитывающий внеплановые потери времени и потери времени по их загрузке.
Одним из важнейших вопросов является четкое соблюдение баланса рабочего времени. Отклонение, кроме методических неточностей, приводит и к снижению достоверности расчетов.
Коэффициент использования машин и линий может быть представлен в следующем виде:
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Расчеты по вышеприведенной формуле исключают возможность учета одновременно возникающих случайных простоев (отказов) на участках комплексных линий (например, бревнопильного оборудования и линий сортировки сырых пиломатериалов) и могут применяться только при укрупненных расчетах и в случае высокого уровня безотказной работы оборудования. Кроме этого, при расчете и анализе производительности машин удобнее пользоваться отдельными коэффициентами, характеризующими технические и организационные потери времени. Поэтому, например, коэффициент использования лесопильного потока (комплексной линии в лесопильном цехе, состоящей из бревнопильной линии и линии сортировки сырых пиломатериалов) может быть представлен в следующем виде:
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Здесь Кти бл — коэффициент технического использования бревнопильных линий; Σtккл.пр лц — планируемые простои, как правило, лесопильного цеха, так как современная автоматизированная линия для сортировки сырых досок устанавливается одна за несколькими (практическими всеми бревно пильными линиями лесопильного цеха. Естественно, что если останавливается одна из вышеуказанных линий, то останавливается и другая, т. е. весь лесопильный цех; Σ tсл.пр бл — случайные простои бревнопильных линий; T — период работы лесопильного цеха, как правило, равный продолжительности смены; Σtсл.пр сл — случайные простои линий сортировки сырых досок; Δн — коэффициент наложенных потерь, характеризующий уменьшение времени случайных простоев из-за отказов оборудования линий сортировки сырых досок вследствие наличия между ней и бревнопильными линиями страхового задела; Σtз — простои по загрузке оборудования лесопильного цеха; Kз — коэффициент загрузки лесопильного цеха.
В системе формул (8.1)—(8.4) полностью сохраняется баланс расчетного времени работы лесопильного цеха. Так, коэффициент технического использования бревнопильной линии (формула (8.2)) может быть представлен в следующем виде:
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Отнимем от числителя и знаменателя правой части последней формулы ΔнΣtсл.пр сл и Σtз получим формулу (8.2):
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Формула (8.3) отражает влияние надежности линии сортировки сырых пиломатериалов на производительность цеха. Заметим, что в формуле (8.3) не учитываются планируемые простои лесопильного цеха Σtпл.пр лц, так как коэффициент использования сортировочной линии Кти сл отражает ее влияние на фактическую производительность лесопильного цеха во время работы бревнопильных линий, но не во время их планируемого простоя Σtпл.пр лц.
Формула (8.4) отражает влияние организационных потерь времени на производительность лесопильного цеха.
Обычно в лесопильном цехе располагается три вида основного технологического оборудования: бревнопильное оборудование, обрезные станки и линия сортировки сырых досок.
Как правило, в бревнопильные линии (и в сумму их случайных простоев Σtсл.пр бл) входят обрезные станки (и их случайные простои).
При необходимости коэффициент использования оборудования лесопильного цеха может быть определен с учетом случайных простоев (надежности) всех грех видов основного технологического оборудования:
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

где Kти бо — коэффициент технического использования бревнопильного оборудования; Ки обр — коэффициент использования обрезного станка; Ки сл — коэффициент использования линий сортировки сырых пиломатериалов и Kз — коэффициент загрузки.
Примем продолжительность случайных простоев tсл.пр каждого из этих видов оборудования равной 24 мин в течение 8-часовой смены, что соответствует уровню их безотказной работы Убр = 0,95; планируемые простои всего оборудования лесопильного цеха Σtпл.пр лц = 20 мин; коэффициент загрузки оборудования лесопильного цеха Кз = 0,95 (т. е. Σtз = 24 мин) и коэффициент наложенных потерь времени из-за отказов всех указанных выше видов оборудования Δн = 0,5.
При этих условиях
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Находим коэффициент использования оборудования лесопильного цеха (см. формулу (8.5)):
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Когда частота возникновения неполадок и среднее время простоя для их устранения одинаковы и одинаков также рабочий цикл смежных участков, коэффициент наложения потерь времени без учета возможного одновременного возникновения простоев оборудования на смежных участках комплексной линии может быть определен по формуле
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

где θср — среднее время простоя для устранения неполадок, с; Tц — рабочий цикл, с; Emax — максимальное количество предметов труда, вмещаемых накопителем, шт.
Среднее время простоя (с) для устранения неполадок зависит от уровня безотказной работы оборудования участков комплексной линии Убр и при укрупненных расчетах может быть определено по формуле
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Лесопильные рамы выпиливают из одного бревна несколько необрезных досок, которые потом поштучно обрезаются на обрезных станках, расположенных за ними. Естественно в этих условиях рабочий цикл обрезных станков должен быть меньше рабочего цикла лесопильных рам на число выпиливаемых из бревна необрезных досок. Для локализации влияния на производительность линий различных рабочих циклов машин и механизмов и служат так называемые пульсирующие заделы (запасы) материала.
Страховые запасы служат для частичной локализации потерь производительности линий вследствие отказов впереди располагаемого оборудования.
При этом как пульсирующие, так и страховые запасы располагаются и внутри линий (внутрилинейные заделы), и между линиями (межлинейные заделы). Их функции часто смешивают, хотя они не имеют между собой ничего общего. Поэтому расчеты этих запасов следует выполнять раздельно и числа полученных штук материала или величины емкости, необходимой для их размещения, складывать. Это объясняется тем, что, например, к моменту начала простоя какой-либо машины вся емкость расположенного между ними пульсирующего задела заполнена материалом (хлыстами, бревнами или досками). Естественно, что если останавливается обработка на первой машине, то пропорционально этому простою уменьшается производительность линии. Если же останавливается вторая машина из-за заполнения емкости пульсирующего задела, то приходится останавливать и первую машину.
Если пульсирующие запасы локализуют возможные цикловые потери вследствие переменного цикла обработки материала, на основных технологических операциях, то страховые запасы частично локализуют внецикловые потери времени из-за простоев оборудования вследствие потери его работоспособности.
Следует иметь в виду, что в лесопильном производстве потери работоспособности головных ставков линий полностью локализовать располагаемыми за ними страховыми заделами практически невозможно. Это можно было бы сделать за счет увеличения производительности головных станков в течение определенного времени только для создания и восстановления страховых запасов. На некоторых: линиях металлообрабатывающих производств такое кратковременно увеличение производительности предыдущих станков для восстановления страховых заделов возможно и специально планируется. С этой же целью иногда располагают станки на линиях по мере увеличения возрастающей вероятности потерь их работоспособности, что также решает вопрос восстановления страховых заделов.
Однако в лесопилении это практически невозможно, гак как, например, число отказов механизмов и узлов головных станков — лесопильных рам — примерно на порядок больше, чем у других станков бревнопильной линии. Поэтому основным методом регулирования страховых запасов материала в лесопилении является установление большей цикловой производительности последующего оборудования. При этом происходит освобождение места в заделе — рассасывание страхового запаса после очередной остановки расположенного за ним оборудования.
Исследования и практика показывают, что ввиду специфики лесопиления (больших скоростей обработки и массы предметов труда — хлыстов, бревен и досок) экономически эффективное время локализации единичного простоя из-за потерь работоспособности оборудования линий в основном составляет несколько минут и с ростом его надежности имеет тенденцию к уменьшению.
Уровень безотказной работы оборудования лесопильного производства оказывает влияние на всю структуру производственных процессов лесопильного предприятия. Так, наиболее перспективны комплексные линии для окорки и сортировки бревен. Однако при уровне безотказной работы окорочного и сортировочного оборудования, равном 70 % времени его работы, они становятся экономически неэффективными.
Еще более драматическое положение складывается при низком уровне надежности оборудования для сортировки, формирования сушильных штабелей и окончательной обработки пиломатериалов после сушки. Если это оборудование устанавливается автономно, то резко уменьшается непрерывность производственного потока. Если оно компонуется в комплексные линии с низким уровнем надежности, то на десятки процентов уменьшается его потенциальная (планируемая) производительность.
В условиях недостаточной надежности оборудования практически становится малоэффективным, а иногда и просто неэффективным увеличение его цикловой производительности Qц и пропускной способности, Иными словами, увеличение скорости обработки (подачи U) без решения вопросов надежности оборудования, так же как и без уменьшения цикловых потерь, практически нерационально. Поэтому к современному оборудованию предъявляются требования высокой безотказности его работы P(t) ≥ 0,9. Вероятность безотказной работы определяется по формуле
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Здесь е = 2,718228 — основание натурального логарифма; λ — интенсивность отказов; t — время работы, для которого определяется надежность.
Среднее время безотказной работы (средний срок службы, или наработка на отказ) Tср = 1/λ, откуда
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Для значения P(t) ≥ 0,9 вероятность безотказной работы с достаточной для практики точностью
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Различают следующие диапазоны P(t), позволяющие оценивать степень надежности оборудования при создании и эксплуатации: 0,99 — высокий уровень; 0,9 — повышенный; 0,8 — средний; 0,7 — пониженный; 0,6— низкий; 0,5 — очень низкий.
Например, при годовом фонде времени t = 4000 ч, в течение которого требуется, чтобы оборудование работало с вероятностью безотказной работы P(t) = 0,9 (повышенный уровень), наработка на отказ (ч) должна быть равна (си. формулу (8.8))
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

Таким образом, средний срок службы (наработка на отказ) должен быть на порядок больше, чем годовой фонд времени.
Достижение уровня безотказной работы определенного станка, линии с P(t) ≥ 0,9 представляет собой сложную задачу. При этом следует иметь в виду, что в комплексных линиях уровень безотказной работы отдельных станков и линий желательно иметь еще выше P(t) = 0,95.
Как показывает опыт жирового машиностроения и организации процессов производства пиломатериалов, создание оборудования с вероятностью безотказной работы P(f) = 0,9...0,95 не только возможно, но и наиболее экономически эффективно. Заметим, что наработка на отказ, например, современная элементов систем управления (интегральные схемы и др.) составляет многие сотни тысяч часов.
Показатели случайных простоев — потерь рабочего времени из-за ненадежности бревнопильного оборудования Σtсл.пр об обрезных станков Σtсл.пр обр, делительного оборудования Σtсл.пр до и линий сортировки сырых пиломатериалов Σtсл.пр сл, а также характеризующих загрузку станков и линий Σtз могут учитываться при их работе в течение распиловки бревен каждой из определенных размерных сортировочных групп (разные диаметры бревен, различные процентные соотношения их объемов и др.) или комплексно при работе оборудования в течение, например, года.
От числа учитываемых станков и линий и принятых значений их случайных простоев зависят степень (уровень) точности расчета производственной мощности предприятия.
Жесткие требования рыночной экономики к конкурентной способности пилопродукции предопределяют необходимость проведения технологических расчетов с учетом состава оборудования, связей между ним и системы управления производством. Это необходимо при выборе оборудования, проектировании и функционировании предприятия или осуществлении его реконструкции.
При; выборе оборудования необходим достоверный расчет его производительности при определении производственной мощности предприятия.
В паспортных данных, проспектах и рекламных материалах, как правило, дается только один пример расчета производительности оборудования на одном диаметре бревна, одной скорости подачи, одной длине бревна и для станков позиционнопроходного и позиционного типа — одном числе резов в бревне. Однако на каждом предприятии различны размеры и проценты объемов диаметров бревен, поступающих в распиловку. Распиловка бревен разных диаметров производится на разных скоростях подачи и с разным числом резов. Различны уровни надежности оборудования, устанавливаемого индивидуального или в составе комплексных линий, а также факторы, определяющие уровень, загрузки лесопильных цехов и другие.
Данные о процентном соотношении диаметров поступающих бревен как в течение года, так и за оперативный период времени (кривая сырья) необходимы для достоверного расчета производственной мощности потока, цеха и предприятия, а также для планирования раскроя бревен. Без этого практически невозможно увеличить объемный выход пиломатериалов и свести к минимуму их перепилы и недопилы.
Возможная производительность круглопильных и ленточно-пильных станков индивидуального раскроя позиционнопроходного и позиционного типов может быть выражена количеством резов на них в минуту:
Основы теории производительности рабочих машин и поточных линий

где nбр — число резов в бревне; Tц — рабочий цикл станка, с; Qц — цикловая производительность станка, бревен в минуту.
Иными словами, если станок может осуществлять 1 рез в минуту, то бревно с nбр = 10 резов может быть на нем распилено за 10 мин.
Количество резов в минуту зависит от числа резов в бревне. Так, Tц = 600 с; nбр = 10 резов; nбр = 60*10/ 600 = 1 рез в минуту. Qц = 60/Tц = 60/600 = 0,1 бревна в минуту и nм = 0,1*10 = 1 рез в минуту.
На круглопильных станках индивидуального раскроя позиционно-проходного типа («Ката»; «Лаймет») производится порядка 1 реза в минуту.
Количество резов в минуту зависит от уровня механизации и автоматизации вспомогательных операций, места, установки станка автономно или в составе линии, числа резов в бревне, квалификации оператора и других факторов. Так, если станок установлен автономно и на нем вместе с оператором работают двое помощников по раскладке выпиленных досок и выполнению других вспомогательных операций, то это повышает производительность станка на десятки процентов. С уменьшением числа резов в бревне количество резов в минуту уменьшается. Однако если на головном станке линии выпиливается, например, трехкантные брусья и сегменты (крупные горбыли), распиливаемые на других станках, то производительность линии увеличивается, так как делительные станки берут на себя определенное число резов при их раскрое.
Горизонтальные ленточнопильные станки индивидуального раскроя позиционного типа («Wood-Mizer») имеют порядка 1 реза в 2 мин. Это зависит практически от тех же факторов, как и у круглопильных станков индивидуального раскроя.
Вертикальные ленточнопильные станки с диаметрами пильных шкивов порядка 1500 мм и больше и комплексной механизацией и автоматизацией вспомогательных операций могут иметь в минуту от 2—3 до 6 резов и более. Это было характерно для лесопиления в США, где в начале и середине XX в. преобладали комплексно-механизированные и автоматизированные вертикальные ленточнопильные станки индивидуального раскроя с диаметрами шкивов более 2 м и количеством резов в минуту от 6 до 10 для распиловки крупномерных бревен (при значительной стоимости рабочей силы).
В соответствии с типом распиловки расчет производственной мощности лесопильных предприятий подразделяется на расчет процессов с головным оборудованием проходного, позиционнопроходного и позиционного типов и проходного гит с гибкими поставами и рециркуляцией брусьев.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: