Организация строительства поточным методом. Учебное пособие. Циклограмма – инструмент повышения производительности Программа для построения циклограммы поточного строительства онлайн

Циклограмма – это график, отражающий последовательность движений всех элементов, механизмов и устройств, входящих в станочную систему. По горизонтальной оси откладывается время в определенном масштабе, а по вертикальной – дается перечень обозначений элементов, участвующих в работе, т. е. подвижных, затрачивающих какое-либо время. Цель построения заключается в получении значения длительности рабочего цикла (Т Ц) оборудования (в нашем случае всего АСМ) для последующего определения производительности модуля, а также возможностей оптимизации цикла путем сокращения затрат времени по переходам.

Она отражает последовательность срабатывания всех механизмов (элементов) модуля в пределах времени полного цикла обработки детали. Для построения циклограммы необходимо знать скорости угловых и линейных перемещений исполнительных органов промышленного робота, а также их величины в соответствии с разработанной компоновкой.

На рис. 2.74 представлена циклограмма работы АСМ с использованием ПР модели МП20.40.01, оснащенного механическим захватным устройством (схватом). Перед построением циклограммы составляется таблица, в которой указывается характер перемещений, номер цикла и время его выполнения по программе, заданной роботу. Время работы станка с ЧПУ допускается указать общим отрезком, без разбиения на отдельные технологические переходы, т. к. оно известно и рассчитывается в технологической части проекта. Время удобнее всего задавать в секундах (с.). Расчет и построение временных отрезков следует производить с достаточной точностью, равной 0,1 с.

Сами отрезки времени наносятся на горизонтальную ось графика и определяются для каждого перехода расчетом. При этом достаточно знать скорость перемещения (она известна из его технической характеристики) и величину перемещения (размер), которая задается конструктивно в пределах возможных перемещений для робота выбранной модели.

Время на «зажим-разжим» захватного устройства (схвата), трудно поддающееся расчету, можно принять ориентировочно в пределах до 1 с. Необходимо предусмотреть вспомогательное время для установки и закрепления детали рабочим-оператором в случае его использования в неавтоматизированных вариантах станочных модулей.

В табл. 2.13 приведено содержание технологических переходов, выполняемых элементами ГПМ и время, затрачиваемое на их выполнение.

Табл. 2.13. Содержание технологических переходов, выполняемых элементами АСМ

Номер цикла	Содержание выполняемых команд	Время цикла, с
t 1	Опускание руки робота вертикально вниз на 0,1 м	0,5
t 2
t 3	Поворот руки на 90º и одновременный поворот кисти на 90º против часовой стрелки	1,5
t 4		1,5
t 5	Движение контр-шпинделя станка влево и зажатие заготовки кулачками механизированного патрона	1,5
t 6	Срабатывание схвата ПР на «разжим»
t 7		1,5
t 8	Выдвижение руки в горизонтальном направлении вперед по оси ОХ на 0,79 м	1,5
t 9	Срабатывание схвата на «зажим»
t 10	Разжим кулачков механизированного патрона
t 11	Втягивание руки в горизонтальном направлении по оси ОХ назад на 0,79 м	1,5
t 12	Поворот руки на 135º и одновременный поворот кисти против часовой стрелке на 90º	2,25
t 13	Срабатывание схвата на «разжим»
t 14	Поворот руки ПР на 45º и одновременный подъем руки по вертикали на 0,1 м	0,75

Организация строительного потока, состоящего из n частных потоков или бригад, проходящего по N захваткам, основана на расчете его параметров, к которым относятся ритм бригад или модуль цикличности (t бр), шаг потока (t ш) и интенсивность или мощность потока (Y).

Ритмом бригады (модуль цикличности) называют продолжительность выполнения бригадой цикла работ на одной захватке.

Шагом потока называют отрезок времени, через который из потока получают готовую продукцию. Это может быть здание, сооружение, законченная его часть или секция и др.

Интенсивностью потока называют объем продукции, выпускаемый одной или несколькими бригадами в единицу времени.

Весь строительный поток, как правило, состоит по времени из трех периодов: развитие потока (t разв), времени функционирования установившегося потока (t уст) и времени свертывания потока (t св). Рис. 2.2. При этом необходимо отметить, что наиболее эффективными являются длительно функционирующие потоки. В этом случае периоды развития потока и время его свертывания бесконечно малы, по сравнению с установившемся временем производства работ. В этих условиях действующие бригады постоянно выпускают однородную продукцию определенного объема. Большое значение при этом имеет такой расчетный параметр как средняя численность рабочих или средняя величина ресурсов (R) в отличие от их максимального числа (R max).

Рис. 2.2. Основные параметры потока

Степень колебания численности рабочих или ресурсов вообще, участвовавших в производстве в процессе строительства, измеряется коэффициентом неравномерности а. Он может быть определен следующим образом:

где V i - объем соответствующего вида работ; Н вр – норма времени; Т – общая продолжительность работ.

Продолжительность работы на одной захватке составляет:

В тоже время n i =

где n i - число рабочих, которые по условию работ должны быть заняты на захватке, F-общий фронт работ на захватке, f - фронт работ на одного рабочего или звена.

Рис. 2.3. График и циклограмма ритмичного потока.

При этих условиях, когда может быть определен ритм бригады или шаг потока, общая продолжительность возведения объекта может быть определена следующим образом:

Т = n t ш + (N - l)t ш = (n + N - l)t ш (2.1.)

или. Т = T 1 + (N - l)t ш. (2.2.)

(2.3)

В этом случае Т 1 есть продолжительность выполнения всех работ на захватке; n -количество бригад в потоке; N - число захваток в потоке, которое может быть определено как

где å t бр = T 1, åt z - продолжительность технологических и организационных перерывов.

Общая схема потока с постоянным ритмом приведена на рис. 2.3.

При строительстве многоэтажного здания, в случае организации в пределах этажа нескольких ярусов, общая продолжительность строительства может определяться следующим образом:

Т = T 1 + (N Э - l)t ш (2.4.)

где Э - число ярусов.

Как видно из этого, продолжительность выполнения работ зависит от числа захваток, числа бригад в потоке и шага потока. При этом число захваток может быть уменьшено при концентрации на одной захватке большего числа процессов.

При заданной, общей продолжительности строительства для предварительных расчетов шаг потока может быть определен как

Снижение величины шага потока приводит к наиболее полному совмещению работы бригады во времени и сокращению срока работ. Таким образом, при заданной продолжительности строительства и принятом шаге потока, число захваток может быть определено как

УДК 621.01

О.В. Максимчук ОПТИМИЗАЦИЯ ЦИКЛОГРАММ МАШИН В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ ИНЖЕНЕРОВ-МЕХАНИКОВ

Совершенствование существующего и создание нового высокопроизводительного оборудования является основной тенденцией развития современного машиностроения.

Одним из путей повышения производительности и надежности технологических машин-автоматов с распределительными валами является уплотнение цикла работы, оптимизация параметров исполнительных механизмов, оптимальное распределение между ними времени кинематического цикла.

В системах управления с распределительными валами (централизованных системах) программоносителями являются сами исполнительные механизмы. В связи с этим проектирование таких систем управления и синтез исполнительных механизмов должны осуществляться взаимосвязано.

В современной технической литературе встречается представление циклограмм сложных технологических машин в виде математических моделей взаимодействия механизмов с использованием связных ориентированных графов , сетевых графиков , векторных многоугольников , которые позволяют отразить все взаимосвязи между движениями исполнительных органов машины, использовать оптимизационные методы теории графов при синтезе циклограммы, сократить сроки проектирования технологических машин.

В Новосибирском технологическом институте Московского государственного университета дизайна и технологии (филиале) в курсе «Математическое моделирование механизмов и машин», предназначенном для студентов, обучающихся по специальности «Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности», применяются модели циклограмм технологических машин с централизованной системой управления в виде ориентиро-

ванных графов .

Модель циклограммы машины-автомата представляют в виде ориентированного графа, в котором выделены N функциональных групп механизмов, связанных выполнением отдельных технологических операций (рис.1). Выделяют лимитирующую операцию (на рис.1 операция 19.119.2), от продолжительности которой главным образом зависит производительность машины. Намечают также взаимосвязи между группами механизмов (на рис.1 показаны штриховыми линиями).

Циклограммы для функциональных групп механизмов составляют в виде сетевых графиков (рис.2).

Номер каждой вершины состоит из двух цифр. Первая цифра в номере вершины - номер механизма, вторая - номер характерного положения механизма по циклограмме, которым может быть положение ведомого звена в начале и конце рабочего и холостого ходов, а также зависимое положение.

Метка у каждой вершины соответствует углу поворота главного вала станка в градусах.

Вершины сетевой циклограммы соответствуют событиям в циклограмме, то есть началу, концу рабочего хода или выстоя и характерным точкам по циклограмме.

В виде дуг представлены операции цикловых механизмов (рабочий, холостой ход, выстой) или взаимосвязи между характерными точками на циклограмме, которые могут быть технологическими или кинематическими. Каждая дуга имеет две весовые характеристики - продолжительность и стоимость.

Продолжительность операции определяется величиной соответствующего фазового угла цикловой диаграммы.

Рис. 1. Модель циклограммы станка ткацкого СТБ в виде ориентированного графа

Рис.2. Модель циклограммы функциональной группы станка ткацкого СТБ

О.В. Максимчук

В качестве стоимости операции принята величина максимальных контактных напряжений в высшей паре на соответствующем участке циклограммы.

В целях повышения производительности машины необходимо максимально расширить фазовый угол лимитирующей операции, что можно получить путем уплотнения циклограмм отдельных групп механизмов.

Задача оптимизации сетевой циклограммы (сетевого графика) формулируется в следующем виде :

целевая функция [р - P1 ] ^ min (1) при ограничениях

Рх < Ру - Тх,у для всех (х,у) (2)

Тх,у ^ Кх,у ] для всех (х,У) (3)

где (х,у) - операция, х, у - начало и конец операции соответственно, Рх, Ру - время наступления события х или у, Тху - продолжительность операции, [кх,у] - минимальный допускаемый фазовый угол для операции (х,у), N - номер последнего события сетевой циклограммы, Р(1,х) - суммарная продолжительность операций от 1 до х,

Рх = тах{Р(1, х)}, А - множество путей от

вершины 1 к вершине х, УО - множество вершин графа О.

Таблица 1. Пример оформления задачи оптимизации циклограммы в MS Excel

Обозначение операции Продолжительность операции, град. Обозначение события Время события, град. Обозначение стоимости операции Стоимость операции, МПа

Tl.2 42 P1 0 Kl,2 490

T2,3 0 P2 T1,2 K2,3 490

Tl,4 72 P3 T1,2+T2,3 Kl,4 -3.l-Tl,4+ +453.93

T4.5 23 P4 T1,4 K4,5 490

T5,9 21 P5 ,5 4, T4 + ,4 T1 K5,9 -6.2-T59+ +249.78

T9,10 4 P6 T1,2+T2,6 K9,10 -32.l-T9,l0+ +249.26

T10,11 20 P7 МАКС{Tl,2+T2,з+Tз,7; Tl,2+T2,6+T6,7} K10,11 -6.6-Tl0,ll+ +250.11

T2.6 55 P8 МАКС{Tl,2+T2,3+Tз,7+T7,8; T1,2+T2,6+T6,7+T7,8} K2,6 -l.6-T26+235

T6,9 19 P9 МАКС{Tl,2+T2,3+Tз,7+T7,8+T8,9; T1,2+T2,6+T6,7+T7,8+T8,9; Tl,4+T4,5+T5,9; Tl,2+T2,6+T6,9} K6,9 490

T3,7 55 P10 МАКС{Tl,2+T2,3+Tз,7+T7,8+T8,9+T9,lo; T1,2+T2,6+T6,7+T7,8+T8,9+T9,10; T1,4+T4,5+T5,9+T9,10; T1,2+T2,6+T6,9+T9,10 } K3,7 -4.42-T3,7+ +522.58

T7,8 15 P11 МАКС{Tl,2+T2,3+Tз,7+T7,8+T8,9+T9,10+Tl0,1l; T1,2+T2,6+T6,7+T7,8+T8,9+T9,10+T10,11; T1,4+T4,5+T5,9+T9,10+T10,11; T1,2+T2,6+T6,9+T9,10+T10,11 } K7,8 -20.78-T78+ +452.84 ’

T8,12 28 P12 ^^^АКС {T l,2+T 2,3+T3,7 +T 7,8+T 8,9+T 9,l0+T 10,11 +T ll,l2; T1,2+T2,6+T6,7+T7,8+T8,9+T9,10+T10,11+T11,12; T l,4+T 4,5+T5,9+T9,l0+T 10,11 +T ll,l2; Tl,2+T2,6+T6,9+T9,l0+T 10,11 +Tll,l2; T1,2+T2,6+T6,12; T1,2+T2,3+T3,7+T7,8+T8,12} K8,12 490

T6,12 43 K6,12 490

T11,12 0 K11,12 490

Следует остановиться на том, как было получено неравенство (3).

Ограничение контактных напряжений на каком-либо участке цикловой диаграммы

атах(Тх,у) < [&н ], где [он] - допускаемое напряжение смятия в высшей паре, может быть преобразовано в ограничение на величину соответствующего фазового угла снизу.

Действительно, решая уравнение

сттах (Тх,у) - [&н ] = 0 относительно Тх,у, получаем минимальное допускаемое значение фазового угла [фх,у] на участке (х,у). Неравенство (2) отражает последовательность выполнения операций.

Параметрами, определяемыми в процессе синтеза, являются фазовые углы.

При синтезе цикловой диаграммы группы механизмов с учетом динамических характеристик в оптимизационную задачу можно вводить дополнительные ограничения на амплитуду колебаний исполнительных органов механизмов.

Для проведения оптимизации циклограммы стоимость операций и амплитуды колебаний представляют в виде функциональных зависимостей от продолжительности операций (величин фазовых углов).

Стоимости операций Кху, в качестве которых приняты максимальные контактные напряжения в высших парах на различных участках циклограммы, аппроксимируют полиномами первой степени

Kx, у = а1 Tx, y + a0.

Задача (1)-(3) является задачей параметрического линейного программирования. Решение оптимизационной задачи (1)-(3) проводится методом сопряженных градиентов средствами MS Excel . Преимущества метода заключаются в том, что он отличается высокой надежностью и быстро сходится в окрестности точки минимума.

Данные для решения задачи (1)-(3) в MS Excel записываются в виде, представленном в табл. 1 (приведена запись данных для циклограммы на рис.1).

Затем в режиме поиска решения задается ячейка, содержащая целевую функцию, вводятся ограничения, и проводится оптимизация методом сопряженных градиентов .

Предлагаемая методика опробована при синтезе циклограммы ткацкого станка СТБ с углом боя 140°.

Проведен оптимизационный синтез цикловой диаграммы одной из четырех групп механизмов станка, где в качестве критерия оптимизации принята величина фазового угла операции пролета прокладчика.

В результате удалось повысить производительность одноцветного ткацкого станка СТБ с углом боя 140° на 19,5%, в том числе за счет перестройки циклограммы на 3,5%, за счет повышения частоты вращения главного вала на 16% (на 50 об/мин).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Новгородцев В.А. Системный подход к оптимизации параметров механизмов технологических автоматов // Машиноведение. 1984. №2. С.59-64.

2. Цейтлин Г.Е. Проектирование систем управления машин-автоматов с распределительными валами. - М.: Машиностроение, 1983. 167 с.

3.Джомартов А.А., Ермолов А.А. Оптимизация циклограммы механизмов машины-автомата.// Машиноведение. 1987. №6. С.42-45.

4. Подгорный Ю.И., Афанасьев Ю.А., Максимчук О.В. К вопросу о циклограммировании технологических машин // Сборник научных трудов НГТУ. 1999. №3. С.145-148.

6. Курицкий Б. Поиск оптимальных решений средствами Excel 7.0 в примерах. - СПб.: BHV, 1997. 384 с.

Максимчук Ольга Владимировна - канд. техн. наук, доц. каф. автоматики и вычислительной техники Новосибирского технологического института Московского государственного университета дизайна и технологии (филиал)

Первоначально изобразим на циклограмме длительность первой операции 200 мин, т.к. первая операция является самой длительной. Также метками изобразим время изготовления каждой транспортной партии. (рис 3.6.) Всего транспортных партий в нашем примере n/p=10/2=5 партий

Далее изобразим на циклограмме обработку первой транспортной партии на 2, 3 и 4 операции. Начало обработки первой транспортной партии на второй операции совпадает с окончанием ее обработки на первой (рис 3.7.)

Рис. 3.7

Рис. 3.8

Рис. 3.9

Рис. 3.10

Рис. 3.11

Таким образом, циклограмма технологического цикла при параллельной обработке деталей будет иметь вид (рис.3.12)

Рис. 3.12. Циклограмма ТЦ при ппараллельной обработке деталей

Расчет ПЦ при параллельной обработке деталей:

Определение длительности производственного и технологического цикла при параллельно-последовательной форме движения.

Определение длительности циклов начнем с расчета технологического цикла.

Расчет ТЦ при параллельно-последовательной обработке деталей:

Рассчитаем - частичное перекрытие времени выполнения каждой пары смежных операций.

Длительность Тц(посл)=650мин.

Расчет длительности ТЦ при последовательно - параллельной обработке деталей:

Τц(nар-nосл) = 650 – (120 + 80 + 80) = 370мин.=6,17ч.

Построение циклограммы технологического цикла

Первоначально изобразим на циклограмме длительность первой операции 200 мин. (рис 3.13.)

Рис. 3.13.

Рис. 3.14.

Рис. 3.15.

Рис. 3.16.

Рис. 3.17.

Рис. 3.18.

Рис. 3.19.

Таким образом, циклограмма технологического цикла при параллельно-последовательной обработке деталей будет иметь вид (рис.3.20)

3.20. Циклограмма ТЦ при параллельно-последовательной обработке деталей

Расчет ПЦ при параллельно- последовательной обработке деталей:

Рассчитаем длительность производственного цикла, подставив данные в формулу (5):

Задание

В соответствии с вариантом задания произвести расчет технологических и производственных циклов, построить циклограммы технологических циклов, исследовать влияние длительности производственного цикла от параметров организации технологического процесса. Сделать выводы о наиболее целесообразной организации производственного процесса для заданных условий.

Порядок выполнения работы

Для выполнения работы необходимо:

а) повторить правила техники безопасности при работе с вычислительной техникой;

б) изучить раздел «Организация производственного процесса» лекционного курса, а также теоретическую часть настоящего методического указания;

в) выполнить расчеты согласно описанной в пункте 3 методике в соответствии с вариантом задания;

г) сделать выводы по полученным результатам

д) в соответствии с требованиями, приведенными в разделе 6 оформить отчет по лабораторной работе;

е) защитить лабораторную работу.

Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1) титульный лист;

2) название лабораторной работы, цель;

3) расчеты технологических и производственных циклов, циклограммы технологичнеских циклов с описаниями и комментариями

4) выводы по проделанной работе.

Варианты заданий

Варианты
Кол-во календарных дней
Кол-во рабочих дней
Продолжительность рабочей смены, ч	7,8	7,8	7,9	7,85	7,9	7,85	7,9	7,85
Коэффициент сменности
Среднее время межоперационное tmо	45мин	1ч	15мин	30мин	45мин	1ч	15мин	30мин
Длительность естественных процессов tе	30мин	12ч.	3ч.	30мин	6ч.	12ч	3ч	6ч
Размер партии деталей
Размер передаточной партии

Деталь А

Параметры технологического процесса изготовления детали А представлены в табл. А1, А2

Таблица А1

Технологический процесс изготовления детали А

N оп.

Наименование операции

Вариант

Нормы времени, мин

Фрезерная

токарная

Расточная

сверлильная

Шлифовальная

В соответствии с Приказ Мин. Образования и науки от 27 марта 2006 г № 69 «Об особенностях режима рабочего времени и времени отдыха педагогических и других работников образовательных учреждений» (см. Приложение 2 ) и документом о приблизительном распределении рабочего времени педагога-психолога (см. Приложение 5) нами разработана рекомендуемая циклограмма работы и выведены приблизительные нормы работы по различным направлениям в течение недели.

Приблизительное распределение рабочего времени

педагога – психолога ДОУ в течение недели (ставка).

За неделю ориентировочно:

работа с детьми - 11ч

работа с педагогами – 3,5 часа

работа с родителями – 3,5 часа

Примечания:

1. Циклограмму желательно поместить на 1 лист А4 и вывесить на стенд или дверь кабинета, чтобы было видно чем в данный момент психолог занят.

2. Циклограмма заверяется заведующей ДОУ и руководителем ГМО педагогов-психологов ДОУ города.

Вариант 1. Циклограмма работы педагога-психолога МДОУ №___.

Дни и часы	Работа с детьми	Работа с родителями и педагогами	Методическое время
Понедельник	7.30 -8.00			Подготовка к индивид. занятиям
8.00-11.30	Индивидуальные занятия
11.30-12.30		Диагностика по запросу и плану
12.30-14.30			Оформление документации
Вторник	7.30 – 8.00		Индивидуальные консультации
8.00-8.30	Эмоц.-вол. сфера	Группов коррекц-развив. занятия
8.30- 9.00	Интел. сфера
9.00-9.30	Агрес., тревож.
9.30-10.00	Текущие
10.00- 12.00	Диагностика по плану
12.00 -13.30
13.30-15.30		Просвещение и коррекционно-развивающая работа (групповые формы работы)
Среда	9.00-14.00 14.00-14.30 14.30-16.00	Составление инд. программ развития, подготовка материалов диагностики, составление групповых занятий с педагогами, родителями (тренинги, семинары, консультации, дискуссии) Составление листовок и плакатов для психопросвещения Посещения (библиотека, семинары, занятия), практическая работа по развитию учебно-методической базы кабинета.
Четверг	10.00-13.00			Обработка диагностики за неделю
13.00–15.00			Оформление текущей документации
15.00-16.00	ГКП (подготовка к школе) или индивидуальные занят.
16.00 -17.00		Индивидуальные консультации и групповые формы работы
Пятница	7.30-8.00			Подготовка к груп. и инд. занятиям
8.00-8.30	Младшая гр.	Группов профилак тические занятия
8.30-9.00	Средняя гр.
9.00-9.30	Старшая гр.
9.30-10.00	Подготовит. гр.
10.00-11.30	Индивидуальные занятия
11.30-13.00		Индивидуальные консультации
13.00-14.30			Оформление текущей документации