CC BY
25
УДК 658.783
ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПА ПОЛИОПТИМИЗАЦИИ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ПОРТФЕЛЯ ЗАКАЗОВ ПРЕДПРИЯТИЯ
Л.А. Васин, С.В. Городничев, А.Ю. Кочетков
Предложен метод обеспечения эффективности процесса реализации портфеля заказов путем решения задачи выбора оптимального сочетания безвибрационных режимов резания, производительности и экономичности при достижении необходимого уровня качества изготовления изделий на основе использования принципа полиоптимизации.
Ключевые слова: принцип полиоптимизации, затраты на проектирование технологии, структурная и параметрическая оптимизация, безвибрационный режим на основе использования явления блестящего кольца Уайтекера, серийное и мелкосерийное производство, себестоимость продукции, конкурентоспособность выпускаемой продукции.
В рыночной экономике предприятия, как в России, так и в других регионах работают, как правило, по заказам. В целях наиболее оперативного выполнения заказов следует решить вопрос по снижению затрат, связанных технологической подготовкой производственного процесса [3]. Важнейшим элементом технологической подготовки является разработка и внедрение виброустойчивых процессов резания. В частности, одной из проблемных задач, сопровождающих процессы точения и фрезерования, являются вибрации, приводящие к снижению качества изготовления продукции, производительности процесса обработки вследствие перехода на заниженные режимы резания для обеспечения виброустойчивости, а также к росту времени переналадки оборудования при переходе с выпуска одного вида продукции на другой и соответственно к повышению себестоимости. Решение вышеизложенной задачи рассмотрим на примере операции точения, наиболее распространенной при обработке деталей класса тел вращения. Трудоемкость токарной обработки для деталей данного класса составляет 40-60 % от общей трудоемкости ее изготовления.
Поэтому выполнения задачи обеспечения безвибрационного процесса точения в конкретных условиях осложняется действием таких факторов как: высокая технологическая неопределенность, связанная с наличием разного рода отклонений в динамических характеристиках оборудования и инструмента, назначением оптимальных режимов резания и механических характеристиках обрабатываемого материала. Все это приводит к тому, что оператор, наладчик и технолог при отладке токарной или фрезерной операции для достижения виброустойчивости процесса точения и требуемого качества обработки используют метод подбора при установлении режимов резания. Поэтому процесс корректировки режимов резания связан с большими материальными и временными затратами (например, зарплата технолога, наладчика, оператора, амортизация оборудования, затраты на электроэнер-
гию) [4, 5]. При этом задача обеспечения виброустойчивости часто напрямую не увязывается с производительностью и себестоимостью обработки, то есть она решается недостаточно комплексно и без использования принципа полиоптимизации. В то же время не следует забывать то, что большинство современных предприятий работают по заказам в условиях мелкосерийного и серийного типов производства. Вместе с тем, в рыночных условиях для поддержания конкурентоспособности выпускаемой продукции необходимо в процессе разработки технологической операции обеспечивать не только требуемое качество изделия, минимальную себестоимость, но и производительность, при которой обеспечивается выполнение заказов в установленные договором сроки.
Задача достижения виброустойчивости процесса точения решается при помощи целого ряда методов, одним из которых является оптимизация режимов резания при одновременном учете остальных факторов, то есть на основе принципа полиоптимизации.
При оптимальных (безвибрационных) режимах резания достигается предельно возможное качество поверхностей. Однако наряду с этим, необходимо выполнять обработку при высокой производительности, обеспечивающей исполнение заказов точно в срок. При этом следует учитывать, что себестоимость и производительность являются конкурирующими показателями. Поэтому необходимо, на основе знания диапазона оптимальных скоростей резания, находить компромиссное решение, при котором, на основе соблюдения паритета между вышеуказанными показателями, выдерживаются не только сроки выполнения заказов, но и обеспечивается приемлемая себестоимость изделия. Следовательно, оценка оптимальности выбора скорости резания при точении должна производиться на основе принципа полиоптимизации с использованием таких критериев, как технических (устойчивости), системных (производительности) и экономических (себестоимости).
Из вышеизложенного следует, что в процессе реализации портфеля заказов задача выбора оптимального сочетания безвибрационных режимов резания, производительности и экономичности при достижении необходимого уровня качества изготовления изделий является актуальной [1, 2]. При этом различают как структурную, так и параметрическую оптимизацию, связанную с установлением оптимальных параметров процесса резания. Проработка вопросов, связанных с оптимизацией режимов резания осуществляется давно и в глобальных масштабах [3]. Однако, несмотря на это, оптимизация режимов резания остается весьма актуальной задачей, так как они оказывают непосредственное влияние на время обработки, а соответственно, и ее производительность и себестоимость. Ранее трудозатраты и стоимость оборудования были относительно малы, и поэтому в процессе выбора режимов резания часто руководствовались не экономиче-
скими соображениями, а требованиями, предъявляемыми к точности и шероховатости поверхности изделий.
В современных условиях широкого использования сложных и дорогостоящи обрабатывающих центров и станков с числовым программным управлением необходимо обязательно учитывать и экономические, и технологические факторы. Оптимальными являются скорости резания и подачи, обеспечивающие обработку деталей при минимальной себестоимости, высокой производительности, качестве обработанных поверхностей изделий и одновременном выполнении условий безвибрационного процесса точения. Причем без соблюдения виброустойчивости невозможна и оптимизация режимов резания. Установление оптимальной скорости резания, при которой обеспечивается безвибрационный процесс точения, затруднено ввиду ее зависимости от материалов обрабатываемой заготовки и режущей части резца, подачи, глубины резания и динамических параметров конкретного оборудования.
Таким образом, в настоящее время решение задачи определения оптимальной скорости резания должно реализовываться на базе оптимизации по нескольким критериям, а именно: себестоимости обработки, ее производительности и виброустойчивости процесса точения. В связи с отмеченным ранее, перейдем к более подробному описанию существующих подходов к оптимизации скорости резания.
На стойкость инструмента, а соответственно и оптимальную скорость резания, оказывает влияние виброустойчивость подсистемы инструмент-заготовка. В ряде вышерассмотренных способов определения оптимальной скорости резания за критерий принимается минимальный размах вибраций или динамической составляющей силы резания. Известно, что вибрация при точении снижает стойкость инструмента в 3-4 раза. Следовательно за оптимальную скорость резания необходимо принимать такое ее значение, при котором вибрации в подсистеме инструмент-заготовка были бы наиболее минимальными. При этом следует учитывать то, что размах колебаний динамической составляющей силы резания оказывает самое непосредственное влияние на образование и уровень вибраций в подсистеме инструмент-заготовка. Поэтому и предлагается для определения оптимальной скорости резания, обеспечивающей безвибрационный режим точения, использовать явление образования на обработанной поверхности торца блестящих колец Уайтекера. Учитывая, что, по выполненным обширным экспериментам, в районе блестящего кольца Уайтекера одновременно наблюдаются, как минимальные вибрации в подсистеме инструмент-заготовка, так и минимальный размах динамической составляющей силы резания, и соответственно выбор безвибрационного режима на основе использования явления блестящего кольца Уайтекера в данном случае является весьма перспективным. Использование явления блестящего кольца Уайтекера позволяет технологам оперативно с минимальными затратами труда и материалов устанавливать
для конкретных условий обработки диапазоны оптимальных скоростей резания, обеспечивающих безвибрационный режим точения в условиях как мелкосерийного, так и серийного производства.
При данном походе обеспечивается гармоничное сочетание теории и практики, резко снижается уровень неопределенности, связанной с наличием разного рода отклонений, так как диапазоны оптимальных скоростей резания устанавливаются в процессе производственной деятельности оперативно для конкретных условий, а именно: оборудования, обрабатываемого материала и режущего инструмента, применяемых при выполнении технологической операции. Знание диапазона оптимальных скоростей резания, обеспечивающих безвибрационный режим точения, позволяет перейти ко второму этапу процесса оптимизации, а именно: установлению компромиссного решения между себестоимостью продукции и производительностью труда.Технолог, зная, на основе использования явления блестящего кольца Уайтекера, перечень диапазонов скоростей резания, обеспечивающих безвибрационный процесс точения на конкретном оборудовании, выбирает такую скорость резания, при которой обеспечивается более высокая производительность обработки, а соответственно и более низкая себестоимость изготовления деталей определенного класса, входящих в заказ, чем у конкурентов. Учитывая, что при безвибрационной обработке стойкость инструмента в 3-4 раза выше, чем в случае наличия вибраций, то в соответствующее количество раз снижается потребность в твердосплавных режущих пластинах, которыми оснащаются державки резцов. Это также снижает себестоимость изготовления деталей, входящих в заказ.
Решение проблемы обеспечения безвибрационного режима точения на этапе разработки технологической операции, позволяет уменьшить затраты на подготовительно-заключительные работы, связанные с отладкой процесса точения. Одновременно снижаются затраты на проектирование технологии [3].Следует отметить, что зависимость для определения вышеизложенных направлений снижения затрат известны и поэтому в рамках данной работы не приводятся.Таким образом, применение принципа полиоптимизации на основе использования явления блестящего кольца Уайтеке-ра позволит как снизить себестоимость реализации токарных операций, так и обеспечить необходимую производительность обработки. В результате предприятие будет поддерживать высокий уровень конкурентоспособности.
Список литературы
1. Васин Л.А., Городничев С.В.Совершенствование управления процессом изготовления портфеля заказов//Известия Тул ГУ. Серия «Экономические и юридические науки.» Вып 1.Ч1-Тула: Изд-во ТулГУ, 2014.
2. Васин Л.А., Городничев С.В.,Чачина Е.Б. Современные тенденции формирования портфеля заказов для предприятий с единичным и ва-
риантным производством//Известия ТулГУ. Серия «Экономические и юридические науки» Вып 5.Ч.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014.
3. Городничев С.В. Повышение эффективности производства на основе технико-экономического подхода к проектированию технологической операции//Известия ТулГУ. Серия «Экономические и юридические науки» Вып 1.Ч1-Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 89-94.
4. Сорвина О.В. Управление производственными затратами предприятия на основе достижения сбалансированности экономических ресурсов // Международный бухгалтерский учет. № 23. 2013. С. 38-49.
5. Сорвина О.В. Определение основных факторов управления производственными затратами предприятия // Финансы и кредит. № 34. 2012. С. 60-69.
Васин Леонид Александрович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 3325-00, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Городничев Сергей Владимирович, канд. тех. наук, доц., (4872) 26-02-45, [email protected], Россия, Тула, Финансовый университет при Правительстве РФ,
Кочетков Александр Юрьевич, канд. тех. наук, Россия, Тула, АО «Щегловский
вал»
THE APPLICATION OF THE PRINCIPLE OF PREOPTIMIZATION DURING THE IMPLEMENTATION OF THE PORTFOLIO OF ORDERS
OF THE ENTERPRISE
L.A. Vasin, S.V. Gorodnichev, A.Y. Kochetkov
The proposed method of ensuring the effectiveness of the implementation process of a portfolio by solving the problem of choosing the optimal combination of vibration-free cutting data, productivity and efficiency while achieving the required level of quality of manufacturing products through the use of the principle ofpreoptimization.
Key words: principle of preoptimization, the cost of technology design, structural and parametric optimization, vibration-free mode through the use of the phenomenon of a brilliant ring of Whitaker, serial and small-scale production, production costs, competitiveness of the products.
Vasin Leonid Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, head. Of department, (4872) 33-25-00, Russia, Tula, Tula State University,
Gorodnichev Sergey Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, (4872) 21-81-00, [email protected], Russia, Tula, Financial University under the Government of the Russian Federation,
Kochetkov Aleksandr Yirievich, candidate of technical sciences, Russia, Tula, JSC "Shcheglovsky shaft"
