Комплексный научно-практический подход к повышению эффективности промышленных систем в массовом литейном производстве

EDN: FSSZOG

ВВОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ И АКТУАЛЬНОСТЬ

Литейное производство является одной из важнейших заготовительных баз машиностроения. Литьем можно получать заготовки из различных сплавов любой конфигурации и структуры. Около 70% деталей машиностроения изготовляют способом литья в разовые формы. Технологический процесс получения литья в разовые формы включает ряд технологических операций, связанных с расплавлением металла, приготовлением формовочных и стержневых смесей, изготовлением литейной формы, заполнением её жидким металлом и финишными операциями. В производстве литья непосредственно взаимодействуют плавильный цех, формовочный цех, стержневой цех, термообрубной цех, ремонтные цеха обслуживания, технологические и экономические отделы.

Проведенные исследования литейных производств [1] выявили, что больше половины производственного потенциала роста производительности может быть реализовано за счет организационных мер. Наиболее успешными литейными производствами являются те, которые постоянно внедряют новые технологии, проводят опытные работы, реализуя в практике их положительные результаты [2].

Литейные производства разделяют на три основных типа: массовое, серийное и единичное. Годовой выпуск отливок по типам литейных производств приведен в Таблице 1.

Массовое литейное производство в отличии от других типов литейных производств характеризуется выпуском отливок в больших объемах, имеет высокий уровень механизации, автоматизации производства и производительности, в том числе и с применением автоматических формовочных линий (АФЛ). Все это предъявляет повышенные требования к организации производственной системы. Массовый тип литейного производства характерен для изготовления литых заготовок в автомобилестроении и других отраслях.

Под системой понимается множество, конкретные элементы которого с присущими только им свойствами закономерно связаны между собой и составляют определенную целостность. Промышленная система массового литейного производства - это система, выполняющая производственную функцию, результатом деятельности которой является готовая отливка заданного качества. Поэтому промышленная система массового литейного производства представляет собой сложную систему, в которой непосредственно взаимодействуют производственные, ремонтные цеха и технологические отделы, математические модели которых описываются сложными математическими уравнениями.

Таблица 1 - Годовой выпуск отливок по типам литейных производств

Распределение отливок по массе, кг	Годовой выпуск отливок одного наименования, шт
	Единичное, не более	Серийное	Массовое
До 20	300	3000 - 35000	Более 200000
Свыше 20 до 100	150	2000 - 15000	Более 100000
Свыше 100 до 500	75	1000 - 6000	Более 40000
Свыше 500 до 1000	50	600 - 3000	Более 20000

Эффективность организации промышленной системы определяется эффективностью организации ее составляющих подсистем.

МЕТОДЫ

Сложность такой системы обусловливает целесообразность применения комплексного научно-практического подхода (КНПП) к организации производства, позволяющего осуществлять эффективное управление производством в целях повышения его эффективности. КНПП в массовом литейном производстве отливок - это практическое и теоретическое изучение функционирования производства, которое включает специальные формы в виде научных понятий, принципов, методов и теорий, с глубоким проникновением в суть происходящих явлений и их применение в действующем производстве. Практика без теории слепа, поэтому решения практических задач, связанные с повышением эффективности массового литейного производства должны выполняться совместно с теоретическими исследованиями, путем синтеза научных и практических методов. Основная задача КНПП в массовом литейном производстве - получение объективной информации о производственной деятельности для ориентации работ и исследований на повышение производительности и уменьшение дефектов отливок.

На начальном этапе КНПП необходимо сформировать межфункциональную команду из числа опытных технологов, управленцев, программистов, экономистов и специалистов службы качества, так как повышение эффективности невозможно без глубинных знаний. Межфункциональная команда в тесном творческом сотрудничестве должна будет анализировать и сопровождать:

• -    процесс приготовления металла;

• -    процесс изготовления форм,

контролировать качество ремонта, обслуживания оборудования и качества технологических операций.

Основные действия межфункциональной команды:

• 1.    Определение перечня задач, которые необходимо решить для повышения производительности АФЛ;

• 2.    Ранжирование этих задач по приоритету;

• 3.    Разработка планов мероприятий по решению поставленных задач.

Для выполнения поставленных задач, в первую очередь, возникает необходимость обеспечения прозрачности технологического процесса. Основными показателями для мониторинга и анализа технологических процессов изготовления отливок в массовом литейном производстве являются данные о параметрах уплотнения форм, свойствах формовочных и стержневых смесей, металла и т.д. Кроме того, используется информация, отражающая состав и характеристики исходных материалов, состав исполнителей, состояние технологического оборудования. Обычно вся такая информация отражается в технологических картах, актах, сводках, фиксируется в специальных журналах учета [3]. Количество информационных данных в массовом литейном производстве настолько велико, что превышает возможности человеческого восприятия и рациональной обработки на интуитивном уровне. Человек обладает конечной скоростью восприятия ограниченного объема информации: ему требуется некоторое время на ее обдумывание, принятие решения и выполнение соответствующих мероприятий. В условиях действующей сложной производственной системы тяжело управлять и контролировать процессами литья, которые в реальном производстве чаще всего имеют отклонения от нормативных требований.

Для обеспечения системы управления определенной информацией (учет форм, параметры формовочной и стержневой смесей, хим.состав металла и т.д.) обычно в массовом производстве используется автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП). Опыт показывает, что для повышения эффективности работы при управлении производством её недо- статочно, нужна кибер-технологическая система, интегрирующая технологическое (физическое) и информационное пространства в реальном времени.

В качестве такого программного продукта предлагается система МES (Manufacturing Execution System). МES - это система управления производством, которая включает в себя комплекс программных и аппаратных средств. Для успешного использования систему МЕS необходимо адаптировать к условиям массового литейного производства. Система MES в интеграции с существующими информационными системами проводит сбор информации о производственных операциях, оборудовании, материалах, трудозатратах.

Основные функции MES-системы в массовом литейном производстве представлены на Рисунке 1, к ним относятся:

• -    Планирование производства. Планирует работы автоматических формовочных линий с учетом наличия материалов и литейных стержней.

• -    Диспетчеризация производственных процессов. Управляет производственными процессами плавильных, стержневых, формовочных цехов, согласовывая их взаимодействие. Отслеживает выполнение суточного задания на уровне производственных цехов.

• -    Контроль и распределение ресурсов. Контролирует наличия всех необходимых на заводе материалов и распределяет их по заказам, при необходимости вводит корректировки.

• -    Организация техобслуживания. Отслеживает состояние оборудования и механизмов. Планирует техническое обслуживание и ремонт литейного оборудования на основании накопленных за период статистических данных аварийных остановок.

• -    Анализ производственной деятельности. Предоставляет информацию о производительности и других показателях, что позволяет выявлять проблемы и принимать меры по их устранению.

• -    Управление качеством. Обеспечивает контроль качества на всех этапах производства от поступления материалов до отгрузки литья. Контролирует технологические параметры.

• -    Управление персоналом. Обеспечивает получение информации о состоянии персонала и управление им в требуемом масштабе времени. Ведет отчётность по рабочему времени.

Применяя систему MES в интеграции с АСУТП, межфункциональная команда получает информацию об изготовлении стержней, моделей, форм и полностью следит за технологическим процессом производства в реальном времени. В результате технологический процесс становится прозрачным. За счёт обеспечения прозрачности межфункциональная команда может тщательно и глубоко анализировать технологический процесс, принципы взаимосвязей между подсистемами для выявления положительных и отрицательных сторон деятельности, что позволяет оперативно разработать и внедрить корректирующие мероприятия. При разработке и внедрений корректирующих мероприятий целесообразны научные подходы с использованием следующих методов и концепций:

• -    Статистическое управление процессами (SPC) [4]. Метод мониторинга технологического процесса изготовления отливок с применением статистических инструментов, адаптированных к условиям массового литейного производства [5];

• -    Теория ограничений (ТОС) [6]. Выявление «узких мест» в технологическом процессе изготовления литья, которые препятствуют выполнения производственных задач. Позволяет эффективно работать с качественными знаниями.

• -    Бережливое производство. Непрерывное совершенствование технологического процесса через устранение потерь. В описаниях бережливого производства сказано: «предприятие, независимо от финансовых показателей, должно постоянно совершенствовать свои процессы» [7]. Процесс непрерывного постоянного совершенствования массового литейного производства заложен в концепции бережливого производства [8].

• -    Быстрореагирующее производство (QRM). Сокращение времени выполнения заказа в масштабе всего предприятия за счет сокращения времени всех операций, как внутренних, так и внешних [9]. При внедрении конструкторско-технологических решений в условиях массового производства целесообразно использовать принципы быстрореагирующего производства (QRM).

Для внедрения системы MES и ее качественного применения необходимо подготовить персонал, чтобы он мог максимально эффективно использовать возможности системы и быстро адаптировался к новой программе. Команда должна постоянно работать с персоналом и объяснять, что система MES помогает работать как партнер, а не как конкурент. Поэтому обучение должно разрабатываться с учетом специфики массового литейного производства и уровня подготовки сотрудников.

Также немаловажным фактом для повышения эффективности производства и качества отливок выступает система заработной платы, то есть повышение эффективности производственной системы за счет повышения эффективности ее человеческих ресурсов. Межфункциональная команда должна провести поиск реального решения по системе заработной платы, подготовить практическую модель научной мотивации труда и привязать ее к системе MES. Так как MES автоматизирует производственные процессы, расчеты зарплаты работника также должны быть запрограммированы в системе MES с учетом выполняемых операций и трудоемкости. Требуется подход на основе научной мотивации труда [10], включающий эффективные методы стимулирования труда с учетом местных обстоятельств и факторов. Задача - выбрать такую систему оплаты труда, при которой рабочие могли получать зарплату соразмерно своим усилиям и эффективности труда на рабочем месте. Главное, чтобы система оплаты труда была справедливой по отношению к рабочему, соответствовала возможностям производства, одновременно удовлетворяла администрацию и отвечала требованиям рынка.

ВЫВОДЫ

Таким образом, применение КНПП направлено на совершенствование и оптимизацию тради- ционных устоявшихся производственных процессов.

Сущность КНПП при повышении эффективности массового литейного производства состоит в следующем:

• -    получение информации с применением современных информационных технологии;

• -    проведение анализа технологических процессов изготовления литья с использованием принципов, методов и концепций, адаптированных к условиям массового литейного производства. Обеспечение персонала системой принципов и правил необходимых для достижения наиболее рациональных результатов;

• -    проведение корректирующих мероприятий, сочетая теории с практическими действиями на реальных операциях.

Рисунок 1 – Основные функции MES-системы