Моделирование технологических операций ТПШИ

Технологическая операция процесса изготовления швейного изделия (ТО ТПШИ) является низшим уровнем декомпозиции внешней структуры технологического процесса. Необходимость в дальнейшем расчленении процесса связана с недостаточностью информации о параметрах технологических операций, что на практике приводит к определенным вольностям в нормировании труда исполнителей, некачественной организации труда на рабочем месте исполнителя и другим отрицательным явлениям [22-24].

Рассматривая ТО ТПШИ как функционально-законченную часть технологического процесса, содержащую ряд заранее предусмотренных воздействий на предмет труда с целью изменения его свойств и выполняемую специализированным исполнителем с помощью соответствующих средств труда, о технологической операции (У) можно судить как о самостоятельной системе:

У = <Ф, Т, Z, N >,

где:

Ф - функция операции;

Т - структура операции;

Z - набор характеристик;

N - связи операции с внешней средой.

Для проектирования технологической операции изготовления швейного изделия выделена такая элементарная часть ее структуры, которая, включая в себя всю необходимую информацию, позволяет оперативно производить синтез операций.

В настоящее время структуру технологических операций изготовления швейных изделий принято делить на приемы, трудовые действия и движения (рис. 8.12).

ТО={ТПО_j}, j=

; а ТПО:={ТД_j}, j=

; ТД={Д_к}>, к=

Рис. 8.12 – Иерархическая схема структуры ТО

Трудовое движение (Д) - представляет собой однократное перемещение рабочего органа человека (руки, взгляда и т.п.). Например, «протянуть руку», «перевести взгляд» и т.п.

Трудовое действие (ТД) - это логически завершенная совокупность трудовых движений, выполняемая без перерыва одним или несколькими рабочими органами исполнителя при неизменных предметах и средствах труда. Например, действие «взять деталь» состоит из движений: протянуть руку, перевести взгляд, взять пальцами.

Следующий уровень схемы представляет собой технологические приемы операций (ТПО). ТПО формируется из совокупности трудовых действий, составляющих технологически завершенную часть операции и объединенных одним целевым назначением и постоянством состава материальных факторов (средств и предметов труда). Например, «взять деталь и перенести в рабочую зону».

Множество взаимосвязанных между собой технологических приемов образует технологическую операцию (ТО), где структура технологической операции

ТО={ТПО_j}, j= ; а ТПО:={ТД_j}, j= ;

ТД={Д_к}>, к= ).

Предложенная декомпозиция технологических операций в виде набора элементов позволяет выполнить их анализ и синтез последовательным комплектованием до самого верхнего иерархического уровня. Ограничимся для проектирования уровнем дифференциации технологической операции до технологических приемов, сохраняющим в своей функции технологическую составляющую часть.

Следующим моментом, отражающим процесс моделирования структуры технологической операции, является выбор формы отображения взаимосвязей ее элементов. Ввиду последовательного чередования элементов в операции, применение для этого теории графов оказалось неприемлемым.

Невозможным оказалось и построение единой обобщенной модели для всех видов технологических операций вследствие многообразия используемых при этом средств труда. Одновременно представление каждой операции в виде отдельной структуры также неэффективно, т. к. влечет за собой разработку необоснованного количества моделей и алгоритмов проектирования.

Для моделирования структур технологических операций можно использовать два способа. Первый способ основан на предварительном выделении ряда типов ТО, отличающихся применяемыми средствами труда. Среди них: машинные операции, прессовые, утюжильные, ручные и выполняемые на полуавтоматах. Тем самым создается предпосылка для системно-структурного анализа, который позволил бы разработать их модели, пригодные для решения задач проектирования на ЭВМ [22].

Так, если абстрактно отобразить членение какого-либо типа технологических операций в виде схемы ТО: А - Б - В, (где А, Б, В - компоненты членения системы, например, технологические приемы), можно определить для каждого типа ТО количество частей структуры и их качественную специфику, можно также составить структурную схему элементного содержания операций.

Количество частей структуры технологических операций и их содержание в каждом типе ТО ТПШИ необходимо формировать по принципу технологически целевой завершённости. Вся совокупность ТПО данного типа ТО ТПШИ от начала до полного окончания воздействия средств труда на предметы труда, включая удаление готового полуфабриката из рабочей зоны. Такой принцип позволяет скомплектовать однородные технологические приемы в отдельные группы. Так как элементы каждой части структуры операции представляют собой множества объединенных единой целью технологических приемов, то каждый из этих приемов может альтернативно присутствовать в любой технологической операции. Условно назовем эти приемы основными.

К основным технологическим приемам согласно принятой в промышленности символике [5,6] можно отнести: прием А - взять деталь и перенести ее в рабочую зону (А = {А_i}, где i= ); С - подвести деталь под рабочий орган машины (иглу, лапку, спецприспособление (С={С_i}, где i= ); S - выполнить машинную строчку (S={S_m}, где m = ); G - освободить обработанную деталь из под рабочего органа и обрезать нитки (G={G_f}, где f= ); Н - отложить готовый полуфабрикат (Н = {Н_t}, где t= ); PТ - работа пресса при заданных режимах (РТ = У[Р(М),Q(М), W(М)], где Р, О, W, М - соответственно давление, температура, влагосодержание, обрабатываемый материал); Р - основная работа на утюжильном оборудовании, J - основная работа на ручной операции.

Помимо основных технологических приемов в практике проектирования ТО ТПШИ используется и ряд вспомогательных приемов, выполняемых исполнителем. К ним относятся: В - укладывание, перехват деталей; D - выравнивание деталей; Е - перегибание деталей; F - поворот деталей под иглой.

Установление элементного содержания каждого типа ТО ТПШИ позволяет перейти к формированию для них структурно-функциональных моделей процесса. Используя структурные схемы элементного содержания технологических операций (см. рис 8.13), можно выделить множества основных приемов, составляющих простейшую цепочку структуры технологических операций (например, для машинной специальности: А-С-S-G-Н), и сформировать функциональные блоки по символьному отображению, функции цели и своей однородности.

Рис. 8.13. Структурная схема элементного выполнения машинной операции

С учетом тех же принципов можно сформировать и блоки вспомогательных технологических приемов. Их отличительной особенностью является содержание в блоке нескольких символов приемов (см. рис. 8.14).

Рис. 8.14 – Структурно-функциональная модель машинной операции

Общность структурно-функциональных моделей всех типов ТО ТПШИ состоит в единой форме отображения структур операций, в наличии основных функциональных блоков и блоков вспомогательных приемов, функциональном назначении этих блоков. Вместе с тем, количество, содержание блоков и совокупность связей между ними определяется типом операции. Каждый блок структурно-функциональной модели содержит в общем случае весь перечень скомплектованных в нем приемов. Для каждого типа технологических операций символьное отображение приемов в блоках представляет собой некоторое упорядоченное

подмножество, входящее в состав общего множества приемов.

Из изложенного следует, что выбор конкретного элемента технологической операции зависит от множества факторов, таких, как количество рук и деталей, участвующих в операции, размера деталей, их местоположение, качество выполнения приема (с особой точностью или без) и др. Поиск соответствия между конкретными технологическими приемами одной символики и их исходными характеристиками (количеством деталей, пачек и т.п.) позволяет систематизировать все приемы технологических операций в каждом блоке модели (например, для приема А - взять деталь и перенести ее в рабочую зону - см. рис 8.15).

Рис.8.15 – «Дерево» решений выбора приема А – «взятия деталей и перенесения их в рабочую зону»

Выполненный анализ структурно-функциональных моделей технологических операций позволяет разработать обобщенный алгоритм проектирования содержания, последовательности (структуры) и времени выполнения технологических операций. В аналитической форме его можно представить следующим образом:

Действия, выполняемые операторами α и , формируются в зависимости от исходных данных. Множества технологических приемов в матрицах ||A_ij||, ||C_ij|| и др. соответствуют множеству технологических приемов в блоках структурно-функциональных моделей (ФБ-1, ФБ-2 и пр.).

Реализация алгоритма проектирования содержания и структуры технологических операций оказалась возможной на основе установления порядка переходов между блоками моделей и правил выбора из них приемов. Связи блоков в моделях и их содержание зависят от следующих факторов:

· размеров деталей и их геометрических параметров;

· организации рабочего места (положения и способа удаления предмета труда из рабочей зоны);

· 129

· технической характеристики оборудования;

· качества выполнения технологических приемов (с особо точностью и без особой точности);

· количества участвующих в выполнении приема деталей и рук исполнителя;

· количества действий в технологическом приеме (1,2,..., n).

Анализ влияния перечисленных факторов позволил разработать иерархические схемы для поиска технологических приемов, содержащихся в блоках моделей технологических операций. Так, схема, представленная на рис. 2.15, демонстрируют закономерности, отражающие взаимосвязь исходных условий на проектирование технологического процесса с выбором конкретного технологического приема А операции. Такой подход значительно сокращает время проектирования по сравнению с методом ненаправленного перебора всех возможных вариантов.

В общем виде выбор конкретного технологического приема из блока структурно-функциональной модели имеет вид «дерева» логического соответствия приема заданным условиям («дерево решений»). «Дерево решений» представляет собой ориентированный граф, каждая конечная вершина которого однозначно определена одним из технологических приемов. Последовательность прохождения путей графа находится в прямой зависимости от исходных условий проектирования. Задача выбора технологического приема для моделируемой операции состоит в сопоставлении исходных условий с факторами, указанными в «дереве» решений на каждом уровне вплоть до конечной его вершины.

Анализ «деревьев» решений и исходных условий проектирования технологических операций показывает, что для ряда приемов часть информации по их выбору не задается, а синтезируется в процессе проектирования [23]. Для формирования этой информации были проведены исследования процесса ее образования и разработаны соответствующие формы ее получения.

Установив содержание и порядок выполнения технологических приемов в операции (структуру ТО), производят нормирование времени технологических операций и формирование их организационно-технологического решения (см. далее).

Оценивая данный способ моделирования технологических операций и его реализацию в рамках учебного процесса, следует отметить ряд встречающихся сложностей. Наиболее существенной из них является отсутствие четкой связи процесса моделирования ТО с возможными вариантами организации рабочего места исполнителя. Другими словами недостаточно проработан вопрос реализации оператора поиска необходимого блока приемов «».

Учитывая производственные ситуации, целесообразно дополнительно вводить такую характеристику процесса, как способ питания его полуфабрикатом (комплектом деталей, либо пачкой). Определенную сложность при использовании указанного способа представляет необходимость составления большого количества «деревьев» решений по выбору технологических приемов операций. Результатом этого явилась модернизация указанного способа.

Применение основ логического анализа и синтеза позволяет построить процесс моделирования структуры ТО по принципу “от общего - к частному”. С этой целью на первом этапе моделируется грубая структура ТО, включающая в себя элементы, обладающие системными признаками и не зависящие от типа ТО. Такими элементами могут стать этапы выполнения ТО.

Этапом выполнения ТО будем называть структурную часть ТО, обладающую относительным постоянством ее элементарных частей, имеющую функциональную завершенность и не зависящую от типа ТО.

В любой ТО, независимо от ее типа, можно выделить 3 этап;

- подготовительный этап (Э₁), описывающий взаимодействие предмета труда (ПТ) и исполнителя (И) в процессе подготовки предмета труда к видоизменению;

- этап основной работы (Э₂) - взаимодействие предмета труда, исполнителя и средств труда (СТ), в результате которого предмет труда меняет свое состояние;

- заключительный этап (Э₃) - окончание работы исполнителя над предметом труда.

Каждый этап разбивается на более мелкие структурные единицы - стадии (см. рис. 8.16). Первый этап включает в себя пять стадий: «получение предмета труда из зоны транспортирования» (С11), «подготовка детали (СЕ, изделия) к взятию» (С12), «взятие детали (СЕ, изделия)» (С13), «перенесение детали (СЕ изделия) в рабочую зону» (С14) и «размещение КЭ под рабочим инструментом оборудования» (С15).

Рис. 8.16 – Элементы членения технологической операции

При выполнении второго этапа реализуются 3-и стадии «закрепление КЭ под рабочим инструментом оборудования» (С21), «видоизменение КЭ» (С22) и «высвобождение обработанного КЭ» (С23).

Последний, третий, этап включает в себя также пять стадий: «выведение детали (СЕ, изделия) из зоны воздействия средств труда на предмет труда» (С31), «проверка качества обработки КЭ» (С32), «подготовка детали (СЕ, изделия) к перемещению на следующую операцию» (СЗЗ), «откладывание детали (СЕ, изделия) в зону накопления» (С34) и «перемещение накопленных деталей (СЕ, изделий) в зону транспортирования» (С35).

Каждая стадия технологического процесса операции предназначена для выполнения определенного вида функций, сгруппированных в функциональные блоки. Функциональные блоки представляют собой структурные элементы ТО, отражающие: состояние предмета труда (пачка, изделие, СЕ, деталь, КЭ), признак ПТ (соединены предметы труда в процессе обработки КЭ цепочкой или нет, наложен проутюжильник на предмет труда или нет и т.п.) и признаки проектной ситуации. Каждой стадии первого и третьего этапов ставится в соответствие один функциональный блок. На стадиях второго этапа возникают цепочки из альтернативных вариантов связи функциональных блоков между собой. Критериями выбора цепочки служат вид технологической операции (М, С, А, Р, Р_и, У, П) и использование оснастки.

Упорядоченная цепочка из функциональных блоков по всем этапам технологического процесса операции отражает структуру ТО. Однако, для ее выделения из общей модели ТО (рис. 8.17) необходимо учитывать, что при прохождение предмета труда через ту или иную стадию технологической операции для исполнения активизируются строго определенные зоны рабочего места, которые зависят от его пространственной организации (рис. 8.18), состояния и характеристик предмета труда и других производственных условий.

Рис. 8.17 – Структурно–функциональная модель ТО

Следовательно, первым шагом в моделировании структуры ТО будет являться организация рабочего места (ОРМ) исполнителя. Это позволит уточнить количество и взаимное расположение трудовых зон рабочего места, необходимых для формирования структуры ТО на уровне функциональных блоков.

Рис. 8.18. Схема пространственного отображения трудовых зон на рабочем месте исполнителя для операции «Стачать боковые срезы и срезы рукавов сорочки»

1. - зона получения ПТ с предыдущего рабочего места;

2. - зона предварительного размещения ПТ;

3. - зона подготовки ПТ к обработке;

4. - зона воздействия на КЭ;

5. - зона выполнения заключительных приемов;

6. - зона проверки качества;

7. - зона накопления ПТ;

8. - зона передачи ПТ на следующую операцию.

Моделирование организации рабочего места начинается с выбора типа оборудования и дополнительных рабочих поверхностей. Осуществляется оно на основании признака проектной ситуации - «габариты обрабатываемых ПТ» (признак Е), а также исходя из того факта, что:

· в «рабочей» зоне задействованы поверхности: машинного стола (ТО вида М, С, А); утюжильного стола (ТО вида У); поверхность пресса (ТО вида П); поверхность стола для ручных работ (ТО вида Р), а также дополнительные плоскости, обеспечивающие исполнителю более комфортные условия труда с точки зрения эргономических показателей;

· зоны «подготовки», «контроля качества» и «выполнения завершающих приемов операции» входят в состав «рабочей» зоны и отображаются теми же поверхностями, что и «рабочая» зона;

· зона «предварительного размещения ПТ», в зависимости от значения признака проектной ситуации «Е», активизирует левую или переднюю дополнительные плоскости;

· зона «накопления» реализуется в виде бункеров-скатов или в других видах организационной оснастки (например, кронштейны для накопления пачки крупных СЕ);

· зоны «получения ПТ» и «передачи ПТ на следующую операцию» зависят от вида используемых в потоке транспортных средств и представляют собой тележки, междустолья, конвейеры и т.п.

Используя сведения о количестве деталей кроя (полуфабриката) на операции и их габаритах, которые были определены на стадии формирования исходной информации в таблице параметрической информации о КЭ (см.табл. 2.5) в закодированном виде, формируется код сочетания площадей ДК, представленный ниже:

ЕХ. ЕХ₂ ЕХ₃,

где:

X,- код площади первой детали;

X, - код площади второй детали;

Х₃ - код площади третьей детали.

Число позиций кода сочетания ДК соответствует параметру «количество деталей кроя». Каждая позиция определяется параметром "габариты деталей кроя".

Каждому коду соответствует набор необходимых дополнительных плоскостей (графы 2 - 4) и набор рекомендуемых плоскостей (графы 5 - 7) таблицы 8.25.

Таблица 8.25 – Справочник элементов организации рабочего места (фрагмент)

продолжение таблицы 2.25

Эскизами выбранных плоскостей дополняют эскиз рабочей поверхности оборудования. Одновременно решается вопрос с оборудованием для накопления и передачи полуфабриката на другие рабочие места. В этом случае исходят из предварительно заданной информации о транспортной партии изделий (передача полуфабриката пачкой или поштучно), а также из прогнозируемых для организации производства транспортных средств (тележек, междустолий, конвейеров и т.п.).

Таким образом, схема взаимного расположения элементов ОРМ сформирована. Заключительным этапом формирования ОРМ является проектирование рационального размещения обрабатываемых деталей изделия на рабочем месте, которое осуществляется в соответствии со следующими рекомендациями:

· ДК исполнитель берет и откладывает левой рукой (подача слева). Допускается подача справа при обработке мелких деталей на полуавтомате, на прессовых и утюжильных операциях, в монтажной секции при поштучном запуске ПФ;

· ДК большего веса и габаритов следует размещать на уровне стола и перемещать по плоскости стола, не поднимая;

· мелкие ДК следует размещать под вылетом рукава машины (если это не мешает выполнению технологического воздействия) или на передней дополнительной плоскости;

· при соединении мелких и средних ДК с ДК больших размеров первые целесообразно размещать на плоскостях выше уровня стола (стеллажи-надстройки);

· несколько ДК необходимо размещать таким образом, чтобы имелась возможность взять их двумя руками одновременно;

· ДК следует располагать обрабатываемым элементом к зоне технологического воздействия.

Завершающим моментом процесса моделирования ОРМ является уточнение зон технологического воздействия на полуфабрикат и окончательное формирование структуры технологической операции. При этом отдельные стадии технологического процесса операции могут быть исключены под воздействием принятых ограничений производства, в результате чего из общей модели ТО будет выделена локальная модель под заданные условия. Полученная модель ТО на данном этапе представляется в виде цепочки из функциональных блоков, например:

ФБ11 - ФБ12 - ФБ14 - ФБ26 - ФБ27 - ФБ28 - и т.д.

Используя полученную модель ТО, моделируют ее структуру на уровне технологических приемов операции. Для этого каждому функциональному блоку следует присовокупить набор технологических приемов операции, разработанных в НИИтруда [5, 6] и отражающих функциональную направленность блока (см. табл. 2.26).

Таблица 8.26 - Структура этапов выполнения технологической операции

Выбранную группу приемов уточняют по значениям влияющих количественных факторов (расстоянию перемещения руки, детали, инструмента; массы предмета и т.д.) и рассчитывают затраты времени на прием, исходя из их суммарного ранга (см. табл. 8.27). Для большей компактности цифр и удобства пользования системой нормативов размерность времени приведена в тысячных долях минуты (0,001 мин). В дальнейшем для расчета затрат времени на операцию необходимо выполнить перевод суммарного значения времени на вспомогательные приемы в секунды, умножив полученное значение на 0,06.

Таблица 8.27

По результатам моделирования ТО для каждого исполнителя технологической операции составляются два официальных документа: «Карта организационно-технологического обеспечения операции» и «Карта инженерного обеспечения операции» (рис. 8.17, 8.18). Первый документ предназначается для инженерно- технического персонала, обеспечивающего организацию рабочего места исполнителя (технолога, мастера потока, механика), второй - непосредственно для исполнителя операции.

Рис. 2.17 - Карта организационно-технологического обеспечения технологической операции

Рис. 8.18. Карта инженерного обеспечения операции

т о о ъ: ф

Первая часть «Карты организационно-технологического обеспечения операции» (см. рис. 8.17) включает сведения о предприятии, изделии и характере самой операции. Следующий блок информации заполняется на основе спроектированных ранее КР и ТР модулей технологического процесса, а также на основе информации о деталях конструкции изделия. Далее следует характеристика оборудования и режимы работы на нем. В завершена первой части документа приводятся требования к качеству выполнения операции. Схема организации рабочего места исполнителя заносится во вторую часть «Карты организационно-технологического обеспечения операции».

Все полученные при моделировании структуры ТО приемы ТПО вместе с содержанием, кодом и затратами времени на и> выполнение заносятся в «Карту инженерного обеспечения операции» в раздел «Метод выполнения операции» (см. рис. 8.18) Суммарное значение времени заносится в графу «Время вспомогательной работы». Графа «Время на проверку качества» заполняется на основании специально составленной для этого таблицы 8.28, где приводятся зависимости значения норматива времении вида и длины строчки, специализации работ и сложности ТО.

Таблица 8.28 - Нормативы времени на проверку качества выполнения

технологических операций

Численное значение норматива времени на основную работу получают расчетным путем:

t_оп=t_ор+t_всп+t_кач,

где:

t_оп – оперативное время ТО, сек;

t_ор – оснавное машинно-ручное время на всю операйию, сек;

t_всп – суммарный норматив времени на выполнение вспомогательных приемов, сек;

t_кач – время на проверку качества, сек.

Основное время на выполнение машинных операций специальностей М, С, ПА можно подсчитать, как:

t_ор=60(m*L+L₃*m₃)/n*k+(a+1)(t_рт+t_нп),

где:

L - длина строчки без перехвата;

L_з- длина закрепки, см.;

k - коэффициент использования частоты вращения главного вала машины (0,5 - 0,9);

n - частота вращения главного вала машины на холостом ходу, об/мин;

а - количество перехватов деталей;

t_p - время на разгон и торможение машины, сек.;

t_H - время на нажатие педали, сек.

Для операций, выполняемых с помощью утюга, ножниц, мела или приспособлений (спец. У, Р), затраты времени на основную работу определяются по формуле:

t_ор = t_р см * L или t_ор = t_р ед * N

где:

t_о_p - основное временя на выполнение ручной или утюжильной работы, сек;

t_p_- норматив времени на выполнение единицы объема работы в см или на 1 ед., сек;

L - длина строчки, шва, линии и т.п., сек;

N - число нормируемых единиц объема работы или число приемов в операции.

Для операций, выполняемых на прессах:

t_о_p = t_п_p + t_тпо,

где:

t_п_p - основное время прессования, сек.

t_тпо - технологические приемы работы с оборудованием.

При расчете нормы времени прессовых операций необходимо учитывать число обслуживаемых прессов одним рабочим Полученное численное значение норматива времени заносят в графу “Время основной работы”.

Норма времени на ТО определяется по приведенной ниже формуле и заносится в "Карту инженерного обеспечения' в графу “Норма времени”:

Н_вр = t_оп* , сек

t_о_p - оперативное время ТО, сек;

t_пзо - процент времени к оперативному на подготовительно-заключительные работы;

t_олн - процент времени на отдых и личные надобности.

На основании произведенных расчетов окончательно формируется «Карта инженерного обеспечения операции». В совокупности с «Картой организационно-технологического обеспечения» и заполненной таблицей 8.24 они составят практическ полную информацию о технологическом процессе технологи ческой операции. Остается нерешенной задача преобразований графа внешней структуры ТПШИ в граф процесса на уровне технологических операций. Для этого необходимо в граф внешней структуры каждый КТМ заменить на последовательно выполняемые цепочки технологических операций, смоделированные выше. Ввиду возможной их многовариантности, следует предварительно выполнить оптимизацию полученных решений.

Лек 9. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШВЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ