Материальное нормирование

 

Одна из основополагающих процедур КТПП, выполняемая всегда - материальное нормирование, т.е. определение подетальных норм расхода материалов а, следовательно, и себестоимости изделия. Данная процедура, в ходе которой принимаются важнейшие проектные решения о выборе размеров исходного материала, оборудования, вида заготовки выполняется на предприятиях силами отдельной службы (бюро материальных норм), в которой инженеры-технологи выполняют материальное нормирование.

Точный расчет материальной нормы с определением всех технологических потерь - весьма трудоемкая задача, требующая привлечения большого количества нормативной документации. До появления современных средств автоматизации инженерного труда существовало мнение, что это "..настолько трудоемкая работа, что качественное ее выполнение...практически невозможно в сколько-нибудь разумные сроки" [11].

Существует несколько различных подходов к выполнению материального нормирования. При "экономическом" подходе, материальная норма рассматривается только с точки зрения материалоемкости изделия без учета того, что с каждой нормой неразрывно связано приводящее к ней проектное решение. Поэтому предлагаются нормативные методы материального нормирования, основанные на сборе статистических данных и выводе уравнений регрессии или коэффициентов. Например, норма рассматривается как функция трех аргументов (действующих факторов):

 

(6.1)

где x₁ - технические характеристики исходного материала;

х₂ - технические характеристики изделия;

х₃ - показатели работы технологического оборудования.

 

Основываясь на статических данных, автор выводит зависимости расхода металла от основных технических характеристик изделия. Например, для расчета расхода меди на электрогенератор выводится ее зависимость от мощности генератора:

(6.2)

где a₀, a₁ - эмпирические параметры.

 

Для расчета материалоемкости такой сложной машины, как экскаватор, получено уравнение:

 

(6.3)

где х₁ - емкость ковша, м³;

х₄ - масса экскаватора, т;

х₅ - радиус копания, м;

х₆ - скорость, км/ч;

х₇ - длительность рабочего цикла, с.

 

Однако при таком подходе фактически игнорируются составляющие x₁ и x₃ функции (6.1). Нестабильность коэффициентов и невысокая точность метода препятствуют его широкому использованию. На Рис. 6.4 отображена информационно-логическая схема проектной процедуры материального нормирования.

Проектная процедура материального нормирования предусматривает определение размеров заготовки исходя из заданных конструктором размеров детали, допусков на эти размеры и шероховатостей обрабатываемых поверхностей. При этом технолог назначает общий припуск на обработку, компенсирующий погрешности всех технологических переходов. Наиболее важной является задача нормирования металлического проката, составляющего от 70 до 90% всего исходного сырья в общем машиностроении.

При нормировании металлопроката общие припуски назначаются нормативным (табличным) методом, исходя из имеющихся стандартов. Широкое применение именно нормативного метода вызвано не только его относительной простотой, но и тем, что в большинстве случаев заказы на приобретение исходных материалов или заготовок подготавливаются заранее, еще до разработки операционного техпроцесса, когда расчетно-аналитический метод применить не удается. При этом нельзя забывать о том, что нормативный метод завышает припуски на 6...15% по сравнению с расчетно-аналитическим.

 

Рис. 7.4 - Информационно-логическая схема проектной процедуры материального нормирования.

 

Общий припуск T на механическую обработку сортового металлопроката является дискретной функцией вида

(6.4)

где S - обрабатываемый размер;

N_T - число технологических переходов при обработке размера S;

K - вид размера S (диаметр, длина, внутреннее отверстие и т.д.)

 

В свою очередь, число переходов есть функция

 

,

(6.5)

где K_v - квалитет точности обрабатываемого размера;

R_z - параметр шероховатости обрабатываемой поверхности.

 

Таким образом, что общий припуск зависит от четырех конструктивных параметров: величины и вида обрабатываемого размера, требований к точности обработки и шероховатости обрабатываемой поверхности. В Табл. 6.2 представлены данные стандарта для определения числа технологических переходов.

Табл. 6.2 - Отношение для определения числа технологических переходов.

min квалитет	max квалитет	min Rz, мкм	max Rz, мкм	Число переходов и вид обработки
0	9	0,0	10,0	3 (чистовая)
10	11	10,0	40,0	2 (получистовая)
12	13	40,0	80,0	1 (черновая)
14	17	80,0	320,0	0 (без обработки)

 

Вспомним о том, что норма включает в себя все технологические отходы и потери, возникающие при производстве. К ним относятся отходы на отрезку (часть материала неизбежно перемалывается в стружку), зажим  (например, при зажиме прутка в патроне токарного станка его часть длиной 20..25мм безнадежно деформируется) и некратность материала  (если нужно изготовить три детали длиной 1,5м из пятиметрового швеллера, останется малополезный кусок в полметра длиной). Штрих во всех обозначениях означает величину, приведенную к одному метру длины материала, то есть мы говорим, что отход составит, скажем, 25мм на метр длины.

Норма расхода материала M на одну деталь (в кг) находится как

(6.6)

где  - длина заготовки (с учетом припуска на обработку);

 - масса одного метра длины нормируемого материала.

 

 

Рис. 7.5 - Схема раскроя длинномерного проката.

 

Поскольку после выполнения структурно-иерархического анализа становится известной количественная применяемость N нормируемой детали, окончательная норма расхода материала на изделие М_ИЗД равна

 

МИЗД=М·N

(6.7)

 

 

Рис. 7.6 – Единичные и групповые заготовки.

В ряде случаев целесообразно применение групповых заготовок, когда в заготовительном производстве исходный материал разрезается на групповые заготовки длиной L_ГР.З, а затем в основном производстве из каждой групповой заготовки изготавливается несколько деталей, т.е. фактически происходит замена материала длиной L_МАТ на n материалов длиной L_ГР.З (Рис. 6.6).

Применение групповых заготовок обычно вызывается ограниченными возможностями оборудования основного производства по обработке исходных материалов большой длины, трудностями транспортировки и складирования таких материалов. Расход материала при этом возрастает, поскольку добавляются потери на отрезку групповых заготовок от исходного материала.

При нормировании групповых заготовок технолог назначает либо непосредственно длину групповой заготовки L_ГР.З, либо количество деталей N_ГР, получаемых из нее. Два этих параметра связаны между собой следующим образом:

 

LГР.З =NГР·LЗ+(NГР-1) ·WДЗ+WЗАЖ	(6.8)
NГР=int((LГР.З-WЗАЖ-LЗ)/(LЗ+WДЗ)+1)

Для групповой заготовки назначается группа оборудования для ее отрезки от исходного материала и находятся значения потерь на отрезку заготовок от материала W_ГР.З и на зажим материала W_ГР.ЗАЖ. соответственно Теперь можно определить приведенные отходы на некратность заготовки W’_НКЗ и некратность материала W’_ГР.НКМ:

 

W’НКЗ=(LГР.З-WЗАЖ-NЗМ·LЗ-(NЗМ-1) ·WДЗ).NЗМ	(6.9)
W’ГР.НКМ=(LМАТ-WГР.ЗАЖ-NГР·LГР.ЗАЖ-(NГР-1) ·WГР.З)/(NГР·NЗМ)

 

 Норма на деталь при использовании групповых заготовок с учетом дополнительных потерь равна:

 

М=(LЗ+W’ЗАЖ+W’НКМ+W’НКЗ+W’ГР.НКМ) ·МЗ

(6.10)

 

Переход к безбумажной технологии выполнения процедур КТПП позволяет автоматизировать трудоемкие расчеты норм расхода материалов, а также избавляет технолога от необходимости использования справочных таблиц, которые в системе автоматизации представлены в виде баз данных.

Наибольшие трудности представляет нормирование листового проката. К листовому следует отнести такие профили, при использовании которых заготовки на материале могут размещаться более чем в один ряд: лента и лист. В отличие от длинномерного проката глубокая оптимизация размещения заготовок на листовом материале на этапе технологической подготовки производства нецелесообразна ввиду высокой сложности и трудоемкости сбора и хранения информации о конфигурации заготовок и имеющихся деловых отходов. На этапе материального нормирования расчетная норма расхода должна обеспечивать гарантированное получение детали независимо от применяемых в дальнейшем методов оптимизации раскроя. Поэтому при нормировании листовых профилей следует выполнять минимальную оптимизацию: заготовка вписывается в прямоугольник со сторонами, равными ее габаритным размерам, и рассматриваются возможные способы размещения этих прямоугольников на исходном материале. При этом учитывается технологическое ограничение, накладываемое многими видами оборудования и заключающееся в возможности выполнения только сквозных, от края до края, резов.

Из конструкторской документации берутся габаритные размеры детали: длина L, ширина B и толщина S. Припуски на мехобработку по длине, ширине и толщине и отходы на отрезку W_ДЗ и зажим W_ЗАЖ определяются, как и в случае использования длинномерного проката. Далее технолог выбирает материал из заданного стандартом ряда или из ограничительной нормали предприятия с размерами L_МАТ, B_МАТ и S_МАТ, для которого выполняются условия: L_МАТ³ L_ЗАГ, B_МАТ³ B_ЗАГ, S_МАТ³ S_ЗАГ.

Как единичная, так и групповая заготовка может быть размещена на материале двумя способами (

Рис. 6.7).

 

 

 

Рис. 7.7 - Способы размещения заготовок на листовом материале.

 

Для этих двух случаев находится число получаемых из материала заготовок (подразумевается, что по толщине размещается одна заготовка):

(6.11)

и выбирается оптимальный вариант N=max(N₁,N₂).

Зная число заготовок, получаемых из материала, можно определить приведенные отходы на некратность W’_НКМ (отдельно по длине и по ширине) и зажим W’_ЗАЖ . При использовании ленты, поставляемой в бухтах, отход на некратность материала не определяется и принимается равным нулю (длина ленты считается бесконечной).

Применение групповых заготовок (полос) из листового материала вызывает необходимость рассмотрения не только двух возможных вариантов размещения групповых заготовок на материале, но и двух вариантов размещения деталей на групповой заготовке (Рис. 6.8).

 

 

Рис. 7.8 - Размещение групповых заготовок из листового материала.

 

После задания размеров полосы L_ГР.З и B_ГР.З, один из которых должен совпадать с соответствующим размером материала, и выбора оптимального способа ее размещения рассчитывается число деталей, получаемых из полосы:

 

(6.12)

и аналогично находится оптимальный вариант N_ГР=max(N_1ГР, N_2ГР). Тогда общее число деталей, изготавливаемых из материала выбранного размера, составит N_t=N ´N_ГР.

При плотности материала, равной r, определяется норма расхода для случаев единичной

 

М=(LЗАГ ´BЗАГ+(W’НКМ+ W’ЗАЖ)) ´ Nt ´ SЗАГ ´ r

(6.13)

 

и групповой заготовок:

 

М=(LЗАГ ´BЗАГ+(W’НКМ+ W’ЗАЖ)) ´(N+NГР ) ´ SЗАГ ´ r

(6.14)

 

8. Автоматизированная разработка
технологических процессов