Производительность и эффективность гибких производственных систем

Лекция 10

Производительность и эффективность гибких производственных систем

 Одной из главных характеристик ГПС, во многом обуславливающей ее эффективность, является производительность. Производительность ГПС определяется производительностью станков, входящих в ее состав, и может оцениваться различными показателями: штучной или цикловой  производительностью, длительностью рабочего цикла, суммарным коэффициентом загрузки станков.

Повышение производительности ГПС определяется прежде всего  снижением штучно-калькуляционного времени обработки деталей за счет сокращения подготовительно-заключительного и штучного времени.

Подготовительно-заключительное время сокращается благодаря:

n организации планово-предупредительной системы обслуживания рабочих мест заготовками и оснасткой по сменно-суточному заданию, расчет и корректировки которого выполняются автоматически;

n применению быстропереналаживаемой установочно-крепежной оснастки - специальной с фиксированной установкой, либо универсальной быстропереналаживаемой;

n передачи управляющей программы обработки деталей непосредственно из памяти ЭВМ в память системы управления станка;

n организации групповой обработки, при которой одним и тем же комплектом инструмента станка обрабатываются детали разных наименований.

Рекомендуемые материалы

    Штучное время обработки детали сокращается при уменьшении вспомогательного времени в результате специализации работ по установке и закреплению деталей в оснастке вне станка или совмещения вспомогательных приемов работы на станке с основными.

 В условиях крупносерийного производства показателем производительности чаще всего является количество продукции в единицу времени. Расчет штучной производительности ведут по среднему штучному (штучно-калькуляционному) времени изготовления изделий:

 где  Qг – среднештучная годовая производительность;

         Fф- фактическое годовое время работы ГПС, ч;

          S – количество единиц основного технологического  оборудования (станков) ГПС;

Тшт ср – среднее штучное время по всем разновидностям изделий, изготовляемых в ГПС, мин.

Штучная производительность может также рассчитываться по времени изготовления детали-представителя.

В свою очередь Fф можно представить в виде

Fф = ФобÍηис                                                               

где Фоб - эффективный годовой фонд времени работы оборудования;

        ηис - коэффициент использования оборудования, учитывающий суммарные потери времени.

Для расчета потерь времени в ГПС можно воспользоваться формулами, которые приведены для определения простоев шес­ти видов:

а) к потерям I вида относятся внутрицикловые потери производительности из-за холостых ходов в машинах-автома­тах; б) потери II вида включают простои при смене, установке и регулировке инструмента;

в) потери III вида - простои при регулировке и ремонте оборудования;

г) потери IV вида - простои при получении заготовок и сдаче готовых деталей, сдаче смены, отсутствии нужных заготовок и т.д.;

д) потери V вида - простои, связанные с возникновением брака;

ж) потери VI вида - время на переналадку оборудования при переходе на изготовление другого изделия.

Величины, входящие в формулы расчета потерь, определяются на основании анализа работы отдельных станков с ЧПУ, ГПМ., ГАЛ и других разновидностей ГПС.

Для проектных расчетов можно воспользоваться более простой методикой, по которой простои ГПС оцениваются с помощью трех коэффициентов:

ηис = ηтех Íηпер Íηорг,        

где ηтех - коэффициент, учитывающий простои по техничес­ким причинам (обнаружение и устранение отка­зов, ремонт  и профилактика оборудования, время на замену и регулирование инструмента и т. п.);

       ηпер - коэффициент, учитывающий потери времени на ^    переналадку оборудования;

       ηорг - коэффициент потерь по организационным причи­нам (отсутствие заготовок, вспомогательных материалов, ожидание наладчиков и др.).

Ориентировочные значения коэффициентов:

ηтех = 0,75 ... 0,85;    ηпер = 0,94 ... 1,00; ηорг = 0,80 ... 0,95.

Следует учитывать, что потери времени существенно снижа­ются в ГПС с развитыми системами автоматического функциониро­вания: автоматизированной транспортно-складской системой (АТСС), автоматизированной системой инструментального обеспе­чения (АСИО), автоматизированной системой управления (АСУ) и др. В этом случае значения коэффициентов ηтех,  ηпер, и ηорг можно принимать по верхнему уровню.

В мелко- и среднесерийном производстве производительность преимущественно оценивается через длительность  производственного цикла изготовления партии изделий:

    где Qц - номинальная цикловая производительность;

          Тк - календарное время, за которое определяется      производительность (час, смена, сутки и т.д.);

          Тц - длительность производственного цикла изготовления        партии изделий.

        Фактическую цикловую производительность можно определить умножением номинальной производительности Qц на коэффициент использования оборудования. 

ОЦЕНКА СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

Опыт эксплуатации ГПС в различных странах дает возможность провести сравнительный анализ преимуществ гибкого производства по сравнению с традиционной организацией производства.

Повышение мобильности производства означает:

· сокращение сроков освоения новой продукции;

· обеспечение      быстрой      адаптации      производства      к изменению объекта изготовления;

· сокращение времени подготовки производства;

· уменьшение номенклатуры и количества инструментов;

· упрощение конструкции приспособлений и сокращение времени установки заготовок на станке;

· сокращение количества необходимых станков;

· снижение     потребного     количества     производственных площадей;

· увеличение производственных мощностей;

· возможность модернизации, обновления предприятий без остановки   производства   и   при   меньших   капитальных затратах.

Повышение производительности труда означает:

•   рост   производительности     труда     на     всех     стадиях производства,         в  т.ч.  при проектировании, технологической подготовке, обработке, сборке, контроле, а также во всех процессах вспомогательных производств;

• сокращение длительности цикла обработки детали за счет автоматизации установки и снятия заготовки;

• обеспечение длительного режима безлюдной работы или при ограниченном количестве операторов;

• повышение коэффициента использования оборудования и коэффициента сменности.

Повышение качества продукции определяется:

•   увеличением надежности управления станками;

•   обеспечением стабильности качества продукции;

•   качеством обслуживания станков,  качеством технологической оснастки;

•   сокращением времени сборки изделий;

•   снижением брака и затрат на его ликвидацию;

•   автоматизацией    контроля    размеров    обрабатываемых деталей непосредственно на станке.

Сокращение производственного цикла означает:

• значительное снижение времени нахождения деталей в производстве;

• непрерывность производственного процесса,  отсутствие ожиданий в обработке деталей;

• сокращение величины заделов, запасов и незавершенного производства;

•   использование автоматизированных средств проектирования и подготовки производства;        

• повышение качества управления и планирования с применением ЭВМ;

•   обеспечение высокой дисциплины труда.

Снижение затрат на производство означает:

•   снижение    себестоимости  продукции  за счет роста производительности труда, сокращения сроков технологической подготовки производства и вспомогательных работ по складированию, межоперационному     транспортированию,     выполнению контрольных операций и др.;

•   сокращение расходов на содержание производственных и вспомогательных площадей;

•  экономию тепловой и электрической энергии, сокращение затрат на все виды инструмента и т.д.;

•   сокращение оборотных средств.

Проблемы и трудности всегда имеют место при внедрении новой техники, однако для ГПС они могут быть более значительными, т.к. ГАП - это новая концепция производства, затрагивающая все производственные службы - от конструирования изделия до его сбыта. Основные проблемы, определяющие сложность создания гибкого производства, следующие:

Большие  первоначальные  капитальные  вложения,  к которым относятся затраты, связанные с приобретением и внедрением ГПС. Капитальные вложения обеспечивают базу для постепенного повышения уровня интеграции производства, при этом оценка их величины должна проводиться с учетом их влияния на все производственные сферы и с учетом развития интеграции производства в течение 5-10 лет.

Сложности при проектировании и внедрении системы управления. В первую очередь это проблема создания надежного программного управления, что требует тщательного подбора средств вычислительной техники, программного обеспечения.

Проблемы подготовки кадров. Для организации гибкого производства требуется соответствующая подготовка и переподготовка кадров. Концепция гибкого производства изменяет роль каждого специалиста. Рабочий перестает быть только оператором, знающим одну специальность, он становится техником, владеющим рядом профессий. Инженер-конструктор и инженер-технолог объединяются в одного специалиста, хорошо знающего проблемы обоих направлений. Управленческий персонал должен владеть основами автоматизированного анализа и оценки производственной ситуации.

Сложность проектирования. ГПС и выполнения технико-экономического анализа. Наибольшим препятствием являются отсутствие методов технико-экономического обоснования эффективности, обоснованных подходов к оценке степени гибкости, необходимого уровня автоматизации.

Анализ сравнительной экономической эффективности гибкого производства

При разработке методологических основ технико-экономического анализа целесообразности создания ГПС необходимо проанализировать все отличительные особенности и факторы, влияющие на расчет социально-экономической эффективности ГПС по сравнению с традиционным производством.

Экономический эффект от внедрения ГПС не определяется простым сравнением затрат на технологические себестоимости исследуемых вариантов. Попытки применить традиционные формулы для расчета экономической эффективности внедрения ГПС часто приводят к отрицательному результату, так как эти формулы не учитывают всего комплекса преимуществ ГПС, применение которых затрагивает сферы производства, начиная от разработки конструкции изделия до сборки, испытания и сбыта продукции. Поэтому на данном этапе развития ГПС необходимо считать полный объем затрат и выгод внедрения ГПС в каждом конкретном случае особо.

Определение экономического эффекта от внедрения конкретной ГПС состоит в проведении либо сравнительного технико-экономического анализа отдельных вариантов ГПС, либо сравнения ГПС с традиционным производством. Состав и величина экономического эффекта устанавливаются для каждой конкретной ситуации в зависимости от условий, масштаба, места времени внедрения ГПС в промышленность. Из этого следует относительность состава и величины экономического эффекта и дополнительных затрат для каждого конкретного случая, а также относительность их экономической эффективности.

Высокая стоимость ГПС и дополнительные затраты, необходимые для их внедрения в производство, требуют тщательного и всестороннего анализа экономической эффективности их использования.

Традиционные методы оценки эффективности внедрения новой техники могут применяться и к ГПС, но при условии учета ряда особенностей: вся ГПС взята в расчет, прямые и косвенные затраты, стратегические возможности развития производства на длительный период учтены в полном объеме; все возможные преимущества ГПС включены в модель расчета экономической эффективности капитальных вложений внедрения ГПС; учтены затраты и выгода на период долгосрочного (5-10 лет) использования ГПС и ее влияние на развитие производства.

Обоснование эффективного варианта ГПС - сложная научно-техническая задача, рациональное решение которой зависит от правильности организационно-технических и планово-экономических обоснований.

Комплексность анализа при создании проектируемых ГПС основана на том, что новое производство должно быть проверено с точки зрения технической, организационной и экономической целесообразности с учетом социальной значимости вновь создаваемого производства.

Техническая целесообразность заключается в выявлении преимуществ сравниваемых производств (традиционного и гибкого, различных вариантов гибкого производства и т. д.) на основе технических показателей сравниваемых объектов. Сюда могут быть отнесены показатели технического уровня производства: эксплуатационные (мощность и пропускная способность оборудования, быстродействие и режимы работы оборудования), конструктивные (габариты, материал, степень автоматизации, унификации, нормализации и т. д.), технологические (материало- и энергоемкость, режимы обработки и т. д.). Обычно технические показатели указываются в натуральных (абсолютных или относительных) единицах. Однако экономичность нового производства не может быть оценена только техническими показателями, так как они не дают полной характеристики сравнительной эффективности вариантов, не отражают затрат общественного труда и не позволяют поэтому рассчитать экономический эффект.

Организационная целесообразность создания гибкого производства заключается в организации выпуска продукции в требуемых масштабах и в заданные сроки. Проводится анализ рациональности проектных структур комплекса, устанавливаются преимущества и недостатки с позиции подготовки производства, сокращения длительности производственного цикла, повышения степени гибкости, уровня электронизации и интеграции и их ра­циональное соответствие друг другу.

Социальная значимость определяется показателями социальной эффективности. Это показатели повышения уровня автоматизации и механизации труда, повышения интел­лектуальности и содержания труда, изменения в профес­сиональном составе кадров, снижения заболеваемости и травматизма рабочих, повышения комфортабельности и эстетичности труда.

Оценка экономической эффективности ГПС

Обоснование эффективного варианта ГПС - сложная научно-техническая задача, в основе которой лежит сопоставимость сравниваемых вариантов (один и тот лее состав продукции, одинаковые объемы ее выпуска, сходные условия труда и пр.). Источниками, обуславливающими эффективность ГПС, являются повышение мобильности производства, производительности труда, увеличение фондоотдачи и снижение затрат на производство, рост качества продукции, изменение социальных факторов.

За критерий эффективности чаще всего принимается достижение минимума затрат труда

где z - количество типоразмеров продукции, производимой на ГПС;

      N_j - объем выпуска продукции j -го вида за определенный период времени;

            З_j - приведенные затраты на производство и эксплуатацию продукции j -го вида;

В других случаях рассчитывается максимальная прибыль от производства и реализации продукции

где Р_j - прибыль от реализации продукции j-го вида.

 Подробный расчет экономической эффективности ГПС на основе сопоставления затрат по проектному и базовому варианта приведен   в   специальной литературе,   причем   в   качестве   базового варианта можно принимать как традиционное, неавтоматизированное производство, так и альтернативную ГПС. Такая методика оперирует с исходными данными уже выполненного проекта с большой степенью детализации. Поэтому проектные расчеты в укрупненной методике базируются на определении следующих коэффициентов:

    ∆Кц = Тнц/Тбц - изменение длительности производственного цикла изготовления типового представителя выпускаемой продукции;

   ∆Кп = Qн/Qб  - рост производительности системы, определяемый  за  равный   период  для   типового   представителя выпускаемой продукции;

     ∆Кст   =   Сн/Сб   -   изменение  стоимости  единицы  основного технологического оборудования;

     ∆Кпл = Sн.о/Sб.о - изменение величины производственной площади, занимаемой единицей оборудования;

    ∆Кр = Рн/Рб - изменение численности работающих;

    ∆Кз = Зпн/Зпб - изменение годового фонда заработной платы одного работающего;

    ∆Ктех = Nн.осн/N6.осн - изменение среднего количества наименований технологической оснастки, приходящейся на единицу продукции (например, на одну деталь);

    ∆Кс.тех = Сн.осн/Сб.осн  -  изменение   стоимости  единицы технологической оснастки;

Перечисленные коэффициенты определяются по данным технологии и организации производства, подсчитанным для базового и проектного вариантов. Ориентировочные значения коэффициентов:

∆Кц = 0,15 ... 0,25;          ∆Кст,  ∆Кпл = 1,4 ... 2,5;

∆Кз = 0,8 ... 1,1;                       ∆Ктех,  ∆Кс.тех = 1,0 ... 1,1;

Тогда формулу годового экономического эффекта можно представить в виде:

Эгод = [Зпб (1 - ∆Кз ∆Кр) + (Кб.о - Ко.доп) (Ао + Ро + Е) + (Кб.s -Кs.доп)(Аs + Рs + Е) + Кб.осн(1 - ∆Ктех ∆Кс.тех)Í(Аосн + Е) + Нб(1- ∆Кц)Е – [(Кб.о ∆Кст (Ао + Ро + Е) + Кб.s  ∆Кпл (Аs + Рs +E) /∆Кп]

 где Збп - суммарные затраты на заработную плату в базовом           варианте;

           Ко.доп, Кs.доп - суммарные капиталовложения в дополнительное оборудование и площади под ним в новом (проектном) варианте;

            Кб.о, Кб.s, Кб.осн - суммарные капитальные вложения в оборудование, производственные площади и технологическую оснастку в базовом варианте;

             Нб  -   стоимость   незавершенного   производства  в   базовом варианте;

                 Ао, Аосн - годовая норма амортизационных отчислений по оборудованию и технологической оснастке на реновацию;

             Ро - годовая норма затрат на ремонт оборудования (для укрупненных расчетов Ро = 0,105);

              Аs - годовая норма амортизационных отчислений по площадям (Аs = 0,025);

              Рs - годовая норма затрат на содержание и ремонт площадей (Рs = 0,108);

             Е - нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат (Е = 0,15).

Расходы Збп на заработную плату рассчитываются исходя из трудоемкости работ, часовых тарифных ставок и с учетом коэффициентов доплат. Суммарные капиталовложения в оборудование включают стоимость основного технологического и вспомогательного оборудования, систем и устройств управления и др. с учетом расходов на монтаж. Капиталовложения в производственные площади определяются как произведение стоимости 1 кв.м площади цеха на занимаемую производственную площадь.

Расчет величины дополнительного эффекта

 за счет социальных факторов

Создание ГПС изменяет не только техническую структуру производства, но и характер, содержание и условия труда рабочего. Количественная оценка результатов улучшения условий и повышения безопасности труда при расчетах экономической эффективности внедрения ГПС может быть дана путем определения следующих экономических показателей деятельности предприятия:

· экономии     затрат     за     счет     сокращения     численности работающих;

· экономии   затрат   за   счет   повышения   работоспособности, достигаемой в результате улучшения условий труда;

· экономии затрат на социальное страхование, получаемой в результате снижения травматизма на производстве;

· экономии затрат по набору и подготовке кадров вследствие снижения    текучести,    достигаемого    в    результате    улучшения условий труда;

· экономии от снижения затрат на охрану труда вследствие улучшения безопасности.

Дополнительный эффект за счет перечисленных социальных факторов

∆Эсоц = ∆Эв.р + ∆Эу.т + ∆Эст + ∆Экад + ∆Эохр,

где ∆Эв.р, ∆Эу.т, ∆эст, ∆экад, ∆Эохр - прирост эффекта за счет соответственно высвобождения рабочих улучшения условий труда, экономии на социальном страховании, снижения текучести кадров, экономии затрат на охрану труда.

Так, экономия от улучшения условий труда

∆Эу.т = Ку.т ÍСзпÍКнчп,

где Ку.т — коэффициент прироста производительности труда;

       Сзп — фонд заработной платы (годовой);

      Кнчп — норматив чистой продукции.

При улучшении условий труда на операциях, относя­щихся к аппаратным процессам с четко регламентирован­ным временем, технологический цикл не сокращается и воз­можный прирост производительности не достигается.

Экономия затрат на социальное страхование в резуль­тате снижения травматизма и профессиональных заболева­ний может быть определена по формуле

∆Эст =(t₁ – t₂) ÍCздÍКтр

где t₁ и t₂ — потери рабочего времени из-за временной потери трудоспособности в результате травм до и после внедрения ГПС;                

      Сзд — среднедневная заработная плата ра­бочего;

      Ктр — коэффициент, учитывающий все элементы последствий от временной потери трудоспособности (амбулаторное лечение, пенсии по инвалидности).

Одним из результатов хозяйственной деятельности в пе­риод реконструкции предприятия может стать повышенная текучесть кадров. В связи с этим наблюдаются дополни­тельные расходы. При внедрении ГПС возможны различ­ные варианты образования экономии или затрат из-за дан­ного фактора. В общем случае экономия затрат от сниже­ния текучести кадров

∆Экад = Ск(1 – Кт₂/Кт₁)Ка,

где Ск — среднегодовой ущерб, причиняемый текучестью кадров; 

       Кт₁, Кт₂— коэффициент текучести кадров до и после внедрения мероприятия; Кт = Рт/Р   (Р_т — число   увольняющихся   за   данный   период;   Р -среднесписочная численность рабочих);

        Ка — коэффициент, учитывающий долю работников, увольняющихся по причине неудовлетво­ренности трудом.

Рекомендуем посмотреть лекцию "Состояние процессов".

Дополнительный народнохозяйственный эффект ∆Эосв создается за счет сокращения сроков освоения новых объектов производства для ГПС и может быть установлен в двух сферах: у потребителя продукции ГПС и у ее изготовителя:

∆Эохр = ∆Эосв.п + ∆Эосв.и,

Дополнительный экономический эффект у потребителя создается за счет ввода в эксплуатацию новой высоко­производительной системы технологической подготовки производства.

Получение дополнительного годового эффекта за счет повышения качества продукции ∆Экач означает, что экономия затрат у потребителя от повышения качества превышает затраты изготовителя и мероприятия по повышению качества экономи­чески эффективны.

Главная    особенность    расчета    эффекта    от    повышения качества    продукции    заключается    в    том,    что    эффект    от производства и использования продукции с улучшенными параметрами проявляется в основном в сфере потребления, а в сфере производства, как правило, появляются дополнительные затраты.

В связи с этим в условиях внедрения ГПС, когда с улучшением качества сокращаются и сроки освоения новых изделий, особую роль должна играть цена на продукцию, компенсируя дополнительные затраты путем перераспределения эффекта между потребителем и производством. В случае если такая цена установлена, расчет производится отдельно для сферы производства и сферы потребления.