ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ЗНАЧЕНИЙ  ПАРАМЕТРОВ  И  ПОКАЗАТЕЛЕЙ  ЭФФЕКТИВНОСТИ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПРОЦЕССОВ  РАЗБОРКИ  И  СБОРКИ  ГЛАВНЫХ  ПЕРЕДАЧ  ВЕДУЩИХ  МОСТОВ  ТРАКТОРОВ  Т-150  С  ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ  ТЕОРИИ  РАСПИСАНИЙ

Кузьминский  Роман  Данилович

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  эксплуатации  и  технического  сервиса  машин  Львовского  национального  аграрного  университета,  г.  Дубляны,  Львовская  область,  Украина

E-mail:  rkuzminsky@gmail.com

DEFINITION  THE  VALUES  OF  THE  PARAMETERS  AND  EFFICIENCY  INDICATORS  OF  TECHNOLOGICAL  PROCESSES  OF  DISASSEMBLY  AND  ASSEMBLY  OF  MAIN  GEARS  OF  TRACTORS  T-150  DRIVING  AXLES  USING  THE  THEORY  OF  SCHEDULES

Roman  Kuzminsky

candidate  of  Science,  assistant  professor  of  Exploitation  and  Technical  Service  of  Machines  department  in  Lviv  National  Agrarian  University,  Dublyany,  Lviv  region,  Ukraine

АННОТАЦИЯ

С  целью  оптимального  проектирования  технологических  линий  и  участков  машиностроительных  и  ремонтных  предприятий  за  результатами  формирования  расписаний  выполнения  операций  установлены  зависимости  значений  параметров  и  показателей  эффективности  технологических  процессов  разборки  и  сборки  главных  передач  ведущих  мостов  тракторов  Т-150  от  такта,  что  дает  возможность  учитывать  многовариантность  последовательностей  выполнения  операций,  а  также  взаимозависимости  для  заданного  такта  между  всеми  параметрами  технологических  процессов  и  всеми  показателями  их  эффективности.

ABSTRACT

In  order  to  optimal  design  of  production  lines  and  units  of  engineering  and  repair  plants,  the  dependences  of  the  values  of  the  parameters  and  efficiency  indicators  of  technological  processes  of  disassembly  and  assembly  of  the  main  gear  axle  drive  tractors  T-150  from  tact  as  the  results  of  operations  scheduling  are  established,  making  it  possible  to  take  into  account  the  multi-variant  sequences  of  disassembly  and  assembly  operations  as  well  as  the  interdependence  of  a  given  tact  between  all  parameters  of  technological  processes  and  all  their  efficiency  indicators.

Ключевые  слова:  трактор  Т-150;  главная  передача  ведущего  моста;  разборка  и  сборка;  технологические  процессы;  параметры  и  показатели  эффективности;  теория  расписаний.

Keywords:  tractor  T-150,  main  gear  axle,  disassembly  and  assembly,  technological  processes,  parameters  and  efficiency  indicators;  scheduling  theory.

Постановка  проблемы.  Для  обеспечения  эффективности  машиностроительного  и  ремонтного  производства  очень  важно  принятие  оптимальных  решений  во  время  проектирования  технологических  линий  и  участков,  поскольку  ошибки,  допущенные  на  этом  этапе,  очень  сложно  исправить.  Предпосылкой  для  принятия  обоснованных  проектных  решений  являются  зависимости  параметров  и,  особенно,  показателей  эффективности  технологических  процессов  от  такта  (производительности  проектируемых  технологических  линий  и  участков).

Анализ  последних  исследований  и  публикаций.  Применяемые  инженерные  методики  проектирования  технологических  линий  и  участков,  как  машиностроительного  [4],  так  и  ремонтного  производств,  используют  для  расчёта  значение  трудоемкости  процессов  и  операций,  не  уделяя  достаточного  внимания  обоснованию  рациональной  последовательности  выполнения  опера­ций,  сравнительной  оценке  эффективности  предполагаемых  проектных  реше­ний  о  производственной  структуре  и  производительности  линий  и  участков. 

А.И.  Бабушкин  показал,  что  эффективность  процессов  сборки,  которые  вы­полняются  на  стационарных  постах,  существенно  зависит  от  последовательности  выполнения  операций  [1].  В.М.  Давыгора  и  В.А.  Пасечник  предложили  метод  синтеза  вариантов  последовательностей  сборки  на  основании  информации  об  ограничении  подвижности  сборочных  единиц  и  деталей  собираемого  изделия  [3].  В.Н.  Кореньковым  усовершенствован  метод  обратного  синтеза  возможных  последовательностей  сборки,  использование  которого  позволяет  уменьшить  количество  изменений  схем  базирования  базовых  элементов  собираемых  изделий  и,  соответственно,  сократить  продолжительность  переналадок  [8].

Метод  синтеза  технологической  схемы  сборки  изделий  на  основе  имитационного  моделирования  с  использованием  сетей  Петри  предложил  И.П.  Гамаюн  [2].  Значительный  вклад  в  разработку  научных  основ  синтеза  технологических  систем  сборки  за  результатами  имитационного  моделирования  внесли  Н.В.  Захаров  [6]  и  В.Я.  Копп  [7].  Однако  использование  метода  имитационного  моделирования  предполагает  наличие  априорной  информации  о  производственной  структуре  технологической  лини  (участка),  а  рассматриваемые  в  процессе  моделирования  варианты  производственных  структур  в  общем  случае  могут  оказаться  нерациональными.

Известна  методика  обоснования  схем  разборки  и  сборки  ремонтируемых  изделий,  параметров  и  структуры  технологических  линий  (участков)  на  основании  анализа  конструктивно-технологического  базиса  технологических  процессов  и  принципа  соответствия  их  структуры  производственной  структуре  технологических  линий  (участков)  [9;  12]. 

Постановка  задачи.  Установить  зависимости  параметров  и  показателей  эффективности  технологических  процессов  разборки-сборки  главных  передач  ведущих  мостов  тракторов  Т-150  от  такта  за  результатами  формирования  оптимальных  расписаний  выполнения  операций. 

Изложение  основного  материала.  Поскольку  возможная  последовательность  выполнения  операций  разборки-сборки  в  первую  очередь  определяется  особенностями  конструкции  объекта  ремонта,  то  на  первом  этапе  исследований  построена  модель  конструкции  главной  передачи  в  виде  взвешенного  ориентированного  графа  G_k  (X_k,  Y_k),  множество  вершин  которого  X_k  символизирует  сборочные  единицы  или  детали,  а  множество  ребер  Y_k  указывает  на  характер  конструктивной  связи  между  ними  [12]. 

Технология  разборочно-сборочных  работ  и  средства  механизации  работ  приняты  с  учётом  рекомендаций  завода-производителя  [11;  13;  14].  Нормирование  операций  произведено  расчетно-аналитическим,  опытно-статистичес­ким  методами,  а  также  методом  сравнения  [5].

С  целью  определения  всего  множества  операций  разборки  и  сборки  глав­ных  передач,  а  также  возможной  последовательности  их  выполнения  построе­ны  неупорядоченные  модели  соответствующих  процессов  в  виде  взвешенных  ориентированных  графов  G_ТП  (X_ТП,  Y_ТП),  множество  вершин  которых  X_ТП  символизирует  операции,  а  множество  ребер  Y_ТП  указывает  на  характер  связей  между  ними  (рис.  1).  Каждой  вершине  орграфа  присвоены  следующие  характеристики  (веса):  продолжительность  выполнения  операции,  тип  используемого  оборудования  (инструмента);  номер  рабочей  зоны.

Рисунок  1.  Неупорядоченная  модель  процесса  разборки  главной  передачи  ведущего  моста  трактора  Т-150

Формализованное  описание  возможных  последовательностей  выполнения  операций  определялось  матрицей  инцидентности  ребер  орграфа  G_ТП  (X_ТП,  Y_ТП).

Следует  заметить,  что  неупорядоченная  модель  процесса  сборки  главных  передач  существенно  отличалась  от  модели  процесса  их  разборки  поскольку,  во-первых,  в  технологический  процесс  сборки  дополнительно  включены  контрольно-регулировочные  операции;  во-вторых,  продолжительности  одно­имённых  операций  разборки  и  сборки  в  общем  случае  не  совпадают. 

Упорядочение  моделей  процессов  состояло  в  приведении  их  в  соответст­вие  с  продолжительностью  такта  t  путем  распределения  множества  всех  опера­ций  по  рабочим  местам  с  учетом  возможной  последовательности  их  выполне­ния,  заданной  неупорядоченной  моделью,  и  соблюдением  следующих  условий:  1)  суммарная  продолжительность  операций,  выполняемых  на  каждом  рабочем  месте,  каждым  исполнителем  и  каждой  единицей  оборудования  любого  типа  не  должна  превышать  продолжительности  такта  t;  2)  в  одной  рабочей  зоне  в  один  момент  времени  может  находиться  только  один  исполнитель. 

В  зависимости  от  последовательности  распределения  операций  рассматри­вали  три  варианта  схем  упорядоченных  процессов:  1)  прямоточную,  когда  все  операции  выполняются  исключительно  последовательно,  а  продолжительность  технологического  процесса  Т_т.п  максимальная  (рис.  2,  а);  2)  разветвленную,  когда  используются  возможности  одновременного  выполнения  операций  с  целью  минимизации  для  заданного  такта  t  продолжительности  технологическо­го  процесса  (рис.  2,  в);  3)  частично  разветвлённую,  когда  также  используются  возможности  одновременного  выполнения  операций,  а  продолжительность  технологического  процесса  Т_т.п  больше,  чем  для  разветвлённой,  но  меньше,  чем  для  прямоточной  схем  процесса  (рис.  2,  б)  [9;  12].

Для  упорядочения  использовали  эвристические  алгоритмы  теории  расписаний. 

Результатом  упорядочения  для  каждого  значения  такта  и  варианта  схемы  процесса  были  взаимозависимые  расписания  выполнения  операций  над  объектом  ремонта  S_f  (рис.  2),  работы  исполнителей  S_U  и  работы  оборудования  каждого  r–го  типа  S_R.,  которые  определяли  для  каждой  операции  моменты  начала  и  завершения,  а  также  место  выполнения.

а                                                                 б                                                                    в

Рисунок  2.  Расписания  выполнения  операций  над  объектом  ремонта  S_f,  полученные  для  заданного  такта  t  на  первом  этапе  упорядочения  модели  процесса  разборки  главных  передач  ведущих  мостов  тракторов  Т-150:  а  —  прямоточная;  б  —  частично  разветвленная;  в  —  разветвленная  схемы  процесса

По  результатам  построения  для  каждого  значения  такта  t  оптимальных  взаимозависимых  расписаний  выполнения  операций  над  объектом  ремонта  S_f  (рис.  2),  работы  исполнителей  S_U,  работы  оборудования  каждого  r-го  типа  S_R  [10]  определялись  параметры  технологических  процессов:  фронт  ремонта  f  —  количество  объектов  ремонта,  находящихся  одновременно  в  технологическом  процессе;  количество  рабочих  U;  количество  оборудования  K_r  каждого  r-го  типа.  На  основании  значений  параметров  f,  U  и  K_r  для  каждого  значения  такта  t  рассчитывались  также  показатели  эффективности  технологических  процессов:

1)  продолжительность  —  интервал  времени  от  начала  и  до  завершения  всех  технологических  действий

2)  коэффициент  использования  фонда  рабочего  времени  исполнителей

3)  коэффициент  использования  фонда  рабочего  времени  оборудо­ва­ния  каждого  r-го  типа 

где:    —  сумма  продолжительностей  операций,  выполняемых  рабочими,  с; 

  —  сумма  продолжительностей  операций,  выполняемых  на  оборудовании  r-го  типа,  с.

Таким  образом,  получены  зависимости  параметров  и  показателей  эффективности  технологических  процессов  разборки  и  сборки  главных  передач  ведущих  мостов  тракторов  Т-150  от  такта  (рис.  3—5).

С  возрастанием  такта  t  значения  фронта  ремонта  f  для  всех  техноло­гических  схем  процессов  разборки  и  сборки  главных  передач  (прямоточной,  разветвлённой  и  частично  разветвлённых)  дискретно  уменьшаются  (рис.  3).  Уменьшается  также  и  количество  возможных  вариантов  технологических  схем.

Рисунок  3.  Зависимость  фронта  ремонта  f  и  продолжительности  технологического  процесса  Т_т.п  разборки  и  сборки  главных  передач  ведущих  мостов  тракторов  Т-150  от  такта  t

Например,  если  для  такта  t  =  360  с,  используя  различные  возможности  одновременного  выполнения  операций,  можно  получить  три  технологические  схемы  процессов  разборки  главных  передач  (одну  прямоточную  f  =  5  ед.,  одну  частично  разветвлённую  f  =  4  ед.,  одну  разветвлённую  f  =  3  ед.),  то  для  такта  t  =  =  720  с  можно  получить  лишь  две  схемы  процесса  разборки  (одну  прямоточную  f  =  2  ед.  и  одну  разветвлённую  f  =  1  ед.).

Для  заданного  такта  t  реализация  прямоточной  схемы  процессов,  как  раз­борки,  так  и  сборки  главных  передач,  возможна  при  максимальном  значении  фронта  ремонта  (f_ПР  ®  max),  а  реализация  разветвлённой  схемы  обеспечивает  мини­маль­ные  значения  фронта  ремонта  (f_Р  ®  min).  Например,  для  такта  t  =  =  1080  с  в  случае  прямоточной  схемы  разборки  главных  передач  имеем  f  =  2  ед.,  а  использование  разветвлённой  схемы  обеспечивает  уменьшение  фронта  ремонта  –  f  =  1  ед.  (рис.  3).

Зависимости  продолжительности  технологических  процессов  Т_Т.П  разборки  и  сборки  главных  передач  ведущих  мостов  тракторов  Т-150  от  такта  t  для  различных  технологических  схем  —  это  линейные  функции  различного  наклона  с  разрывами  первого  рода  (рис.  3).  Точки  разрывов  этих  зависимостей  соответствуют  дискретному  изменению  значений  фронта  ремонта  f.  Для  заданного  такта  t  прямоточная  схема,  как  разборки,  так  и  сборки  главных  передач  ведущих  мостов,  дает  максимальную  продолжительность  соответствующих  технологических  процессов,  а  разветвленная  —  обеспечивает  минимальную.  Например,  для  t  =  720  с  в  случае  использования  прямоточной  схемы  разборки  главных  передач  имеем  Т_Т.П  =  1440  с,  а  в  случае  использования  разветвлённой  схемы  разборки  можно  сократить  её  продолжительность  до  Т_Т.П  =  720  с.

С  увеличением  продолжительности  такта  t  количество  рабочих  U  для  всех  схем  процессов,  как  разборки,  так  и  сборки  главных  передач  (прямоточной,  разветвлённой  и  частично  разветвлённых),  дискретно  уменьшаются  (рис.  4).  Выбор  для  заданного  такта  t  прямоточной  схемы,  как  разборки,  так  и  сборки  главных  передач,  требует  минимального  количества  рабочих  (U_ПР  ®  min).

Рисунок  4.  Зависимость  количества  рабочих  U  и  коэффициента  использования  фонда  их  рабочего  времени  h_u  от  такта  t  технологических  процессов  разборки  и  сборки  главных  передач  ведущих  мостов  тракторов  Т-150

Например,  для  такта  t  =  540  с  применение  прямоточной  схемы  разборки  главных  передач  предполагает  использование  трёх  рабочих  (U  =  3  чел.),  а  применение  разветвлённой  схемы  —  четырёх  (U  =  4  чел.);  для  t  =  1500  с  применение  прямоточной  схемы  сборки  главных  передач  предполагает  использование  двух  рабочих  (U  =  2  чел.),  а  применение  разветвлённой  схемы  сборки  —  четырёх  (U  =  4  чел.).  В  тоже  время  для  такта  t  =  900  с  разборки  и  такта  t  =  1250  с  сборки  главных  передач  применение  прямоточной  и  разветвлённой  схем  соответствующих  процессов  возможно  для  одинакового  количества  рабочих  (для  разборки  U  =  2  чел.  и  для  сборки  U  =  3  чел.).

Зависимости  коэффициентов  использование  фонда  рабочего  времени  исполнителей  h_U  от  такта  t  для  различных  схем  процессов,  как  разборки,  так  и  сборки  главных  передач,  описываются  гиперболами  с  разрывами  первого  рода  (рис.  4).  Точки  разрывов  этих  зависимостей  соответствуют  дискретному  изме­нению  значений  количества  рабочих  U.  Для  заданного  такта  t  прямоточная  схема,  как  разборки,  так  и  сборки  главных  передач  ведущих  мостов,  обеспечивает  максимальные  значения  h_U,  а  разветвленная  —  минимальные.

Например,  для  такта  t  =  540  с  в  случае  использования  прямоточной  схемы  разборки  главных  передач  имеем  h_U  =  0,784;  а  в  случае  использования  разветв­лённой  схемы  —  h_U  =  0,588.

С  увеличением  продолжительности  такта  t  количество  оборудования  различных  типов  K_R  для  всех  схем  процессов,  как  разборки,  так  и  сборки  главных  передач  (прямоточной,  разветвлённой  и  частично  разветвлённых),  дискретно  уменьшается  (рис.  5).  Выбор  для  заданного  такта  t  прямоточной  схемы,  как  разборки,  так  и  сборки  главных  передач,  обеспечивает  минимиза­цию  количества  оборудования  различных  типов  (K_{R  ПР}  ®  min).

Например,  для  такта  t  =  600  с  применение  прямоточной  схемы  разборки  главных  передач  (f  =  4  ед.)  предполагает  использование  одного  пресса  (K_r3  =  1  ед.),  применение  частично  разветвлённой  схемы  (f  =  3  ед.)  —  двух  (K_r3  =  2  ед.),  а  применение  разветвлённой  схемы  (f  =  2  ед.)  —  трёх  прессов  (K_r3  =  3  ед.). 

Рисунок  5.  Зависимость  количества  прессов  K_r3  u  и  коэффициента  использования  фонда  их  рабочего  времени  h_r3  от  такта  t  технологических  процессов  разборки  и  сборки  главных  передач  ведущих  мостов  тракторов  Т-150

В  тоже  время  для  такта  t  =  400  с  применение  любой  схемы  разборки  главных  передач  требует  одинакового  количества  прессов  K_r3  =  2  ед. 

Зависимости  коэффициентов  использование  фонда  рабочего  времени  оборудования  различных  типов  h_R  от  такта  t  для  различных  схем  процессов,  как  разборки,  так  и  сборки  главных  передач,  описываются  гиперболами  с  разрывами  первого  рода  (рис.  5).  Точки  разрывов  этих  зависимостей  соответствуют  дискретному  изме­нению  значений  количества  оборудования  K_R.  Для  заданного  такта  t  прямоточная  схема,  как  разборки,  так  и  сборки  главных  передач,  обеспечивает  максимальные  значения  h_R  для  всех  типов  оборудования,  а  разветвленная  —  минимальные.

Например,  для  такта  t  =  540  с  разборки  главных  передач  с  использованием  прямоточной  схемы  (f  =  4  ед.)  коэффициент  использования  фондов  рабочего  времени  прессов  составит  h_r3  =  0,544,  в  случае  применения  частично  разветв­лённой  схемы  (f  =  3  ед.)  —  h_r3  =  0,272,  а  в  случае  применения  разветвлённой  схемы  (f  =  2  ед.)  —  h_r3  =  0,1815.

Выводы.  Проведенный  с  использованием  теории  расписаний  анализ  показывает,  что  одно  и  то  же  значение  такта,  как  разборки,  так  и  сборки  главных  передач  ведущих  мостов  тракторов  Т-150,  можно  обеспечить  для  различных  соотношений  главных  параметров  соответствующих  процессов  (фронта  ремонта  f,  количества  рабочих  U  и  оборудования  K_R),  среди  которых  можно  выбрать  оптимальное  соотношение.  Применение  разветвлённых  схем  дает  возможность  существенно  сократить  продолжительность,  как  разборки,  так  и  сборки,  что  особенно  важно  для  ремонта  машин,  но,  с  другой  стороны,  в  широком  диапазоне  значений  такта  дает  низкие  значения  коэффициентов  использования  фондов  рабочего  времени  исполнителей  и  оборудования.  Применение  же  прямоточных  схем  исследованных  процессов,  наоборот,  позволяет  достичь  максимальных  значений  коэффициентов  использования  фондов  рабочего  времени  исполнителей  и  оборудования,  но  в  таком  случае  следует  считаться  со  значительным  увеличением  продолжительности. 

Список  литературы:

1.Бабушкин  А.И.  Моделирование  и  оптимизация  сборки  летательных  аппаратов  /  А.И.  Бабушкин.  М.:  Машиностроение,  1990.  —  240  с.

2.Гамаюн  И.П.  Метод  синтеза  технологической  схемы  сборки  машиностроительной  конструкции  //  Проблемы  машиностроения  и  автоматизации.  М.,  1999.  —  №  2.  —  С.  45—50.

3.Давыгора  В.Н.  Теория  формализованного  синтеза  исходного  множества  альтернатив  доминирующих  порядков  последовательно-параллельной  сборки  /  В.Н.  Давыгора,  В.А.  Пасечник  //  Вестник  НТУУ  «Киевский  политехнический  институт».  Машиностроение.  Киев,  2000.  —  №  39.  —  C.  55—77.

4.Дащенко  А.И.  Проектирование  автоматических  линий  /  А.И.  Дащенко,  А.П.  Белоусов.  М.:  Машиностроение,  1984.  —  374  с.

5.Загальноремонтні  роботи.  Нормативи  часу  на  розбиральні,  складальні  та  ремонтні  роботи.  Кн.28.  К.:  Поліграфкнига,  1997.  —  286  с.

6.Захаров  Н.В.  Анализ  и  синтез  структур  автоматизированных  сбо­роч­ных  технологических  систем:  Дис.  ...  д-ра  техн.  наук:  05.13.07.  Х.,  1992.  —  332  с. 

7.Копп  В.Я.  Методы  анализа  и  синтеза  многопоточных  автоматизированных  сборочных  систем:  Дис.  ...  д-ра  техн.  наук:  05.13.07.  —  Б.м.,  1992.  —  626  с. 

8.Кореньков  В.М.  Автоматизований  синтез  маршрутних  технологічних  про­цесів  складання:  Дис.  ...  канд.  техн.  наук  :  05.02.08.  К.,  2005.  —  171  с.

9.Кузьминский  Р.Д.  Динамика  и  показатели  эффективности  процессов  разборки-сборки  ремонтируемой  коробки  передач  /  Р.Д.  Кузьминский  //  Совершенствование  ремонтно-восстановительных  процессов  в  отраслях  АПК:  Сб.  науч.  тр.  Львов:  Львов.  с.-х.  ин-т,  1988.  —  С.  35—40.

10.Кузьмінський  Р.  Структура,  параметри  та  ефективність  технологічних  процесів  ремонту  /  Р.  Кузьмінський  //  Вісник  ЛДАУ:  Агроінженерні  дослідження.  Львів,  2005.  —  №  9.  —  С.  50—60.

11.Малахов  В.С.  Ремонт  тракторов  Т-150  и  Т-150К  /  В.С.  Малахов,  А.С.  Мудрук,  П.М.  Крищенко.  М.:  Колос,  1982.  —  222  с.

12.Методика  розрахунку  виробничої  програми  ремонту  машин  і  відновлення  деталей  /  О.Д.  Семкович,  Р.Д.  Кузьмінський,  Ю.М.  Журавчак  і  ін.  Під  ред.  О.Д.  Семковича.  Дубляни,  1989.  —  136  с.

13.Техническое  обслуживание  и  ремонт  тракторов  Т-150,  Т-150К  различных  модификаций  с  двигателями  СМД,  ЯМЗ,  ДОЙТЦ  /  А.И.  Сидашенко,  А.А.  Науменко,  В.К.  Аветисян  и  др.;  Под  ред.  А.И.  Сидашенко,  А.А.  Науменко.  Харьков:  ООО  «Украгрозапчасть»,  2004.  —  380  с.

14.Эксплуатация  и  ремонт  трансмиссий  тракторов  серий  Т-150К,  ХТЗ-121,  ХТЗ-160,  ХТЗ-170  /  Н.Г.  Макаренко,  А.Т.  Лебедев,  В.Б.  Самородов  и  др.;  Под  ред.  В.Б.  Самородова,  А.Т.  Лебедева.  Харьков:  ООО  «Украгро­запчасть»,  2006.  —  341  с.