Trong bất kỳ nhà máy cơ khí nào đều có: các phân xƣởng chính, các phân xƣởng phụ và các bộ phận phục vụ.
- Các phân xƣởng chính bao gồm: phân xƣởng đúc, phân xƣởng rèn dập, phân xƣởng gia công cơ, phân xƣởng nhiệt luyện và phân xƣởng lắp ráp.
- Các phân xƣởng phụ bao gồm: phân xƣởng dụng cụ, phân xƣởng làm mẫu, phân xƣởng sửa chữa cơ khí, phân xƣởng sửa chữa điện…
- Các bộ phận phục vụ bao gồm: các kho chứa, các bộ phận vận chuyển, các bộ phận vệ sinh, yêu cầu tế và các bộ phận khác của nhà máy.
Nhƣ vậy, các phân xƣởng chính, phân xƣởng phụ và các bộ phận phục vụ đƣợc gọi là cấu trúc của sản xuất của nhà máy.
Khi thiết kế cấu trúc của nhà máy cần phải tính đến các yếu tố sau: - Đặc điểm kết cấu và công nghệ của sản phẩm.
- Quy mô sản xuất theo từng loại sản phẩm. - Hình thức chuyên môn hoá của nhà máy.
- Quan hệ hợp tác của nhà máy với các nhà máy khác.
Đặc điểm kết cấu công nghệ của sản phẩm xác định tính chất của quá trình sản xuất (phƣơng pháp chế tạo phôi, phƣơng pháp gia công cơ và phƣơng pháp lắp ráp). Ví dụ, vì trong kết cấu của ô tô và máy kéo thƣờng có các phân xƣởng đúc và các phân xƣởng rèn dập.
Quy mô sản xuất của sản phẩm ảnh hƣởng trực tiếp đến cấu trúc của nhà máy. Ví dụ, nếu tổ chức phân xƣởng dập nguội dùng cho quy mô sản xuất lớn, thì với quy mô sản xuất nhỏ chỉ cần tổ chức một công đoạn dập nguội nằm trong thành phần của phân xƣởng rèn dập, nhƣ vậy cấu trúc sản xuất của nhà máy sẽ đơn giản hơn.
Cấu trúc sản xuất phụ thuộc rất nhiều vào mức độ chuyên môn hoá của nhà máy. Mức độ chuyên môn hoá càng cao thì cấu trúc sản xuất càng đơn giản. Nếu hợp tác với các nhà máy khác thì không cần đến một số phân xƣởng. Ví dụ, nhà máy A nhận phôi đúc của nhà máy B (trong khuôn khổ hợp tác) thì nhà máy A không cần có phân xƣởng
đúc và nhƣ vậy cũng không cần kho chứa mẫu đúc, kho chứa nguyên liệu, kho chứa than.… do đó cấu trúc sản xuất của nhà máy A sẽ đơn giản hơn.
Cấu trúc sản xuất của các nhà máy cơ khí thông dụng nhất có tính đến mức độ chuyên môn hoá đƣợc mô tả trên hình 1.6
Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc sản xuất của các nhà máy cơ khí phụ thuộc vào mức độ chuyên mô hoá
CBP - chuẩn bị phôi; GCC - gia công cơ; LR - lắp ráp.
Đƣờng đậm nét gấp khúc mô tả các cấu trúc đặc trƣng cho các nhà máy chế tạo các sản phẩm hoàn thiện.
Số 1 – mô tả các nhà máy có chu kỳ công nghiệp khép kín, bao gồm tất cả các phân xƣởng: chuẩn bị phôi, gia công cơ và lắp ráp.
Số 2 – mô tả các nhà máy gia công cơ và lắp ráp, còn phôi đƣợc cung cấp từ nhà máy khác trong khuôn khổ hợp tác sản xuất.
Số 3 – mô tả các nhà máy lắp ráp từ những chi tiết đƣợc chế tạo tại các nhà máy khác
Số 4 – mô tả các nhà máy chuyên môn hóa chỉ chế tạo các loại chi tiết, ví dụ nhƣ bánh răng, vòng bi, ốc vít...
Thành phần của các phân xƣởng phụ thuộc vào các bộ phận phục vụ, phụ thuộc vào yêu cầu của quá trình sản xuất trong các phân xƣởng chính.
1.5.2.2 Hình thức chuyên môn hóa phân xưởng.
Có hai hình thức chuyên môn hóa phân xƣởng:
- Theo dấu hiệu chế tạo sản phẩm.
Hình thức chuyên môn hóa phân xƣởng thứ nhất đƣợc coi là chuyên môn hóa công nghệ, còn hình thức thứ hai gọi là chuyên môn hóa sản phẩm.
Chuyên môn hóa công nghệ đƣợc đặc trƣng bằng các phân xƣởng thực hiện các quá trình công nghệ xác định. Ví dụ, các phân xƣởng đúc, các phân xƣởng rèn dập, các phân xƣởng gia công cơ, nhiệt luyện, lắp ráp...
Chuyên môn hóa sản phẩm đặc trƣng cho các nhà máy có mức độ chuyên môn hóa hẹp (trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối). Các phân xƣởng ở đây có nhiệm vụ chế tạo các chi tiết riêng biệt hoặc các cụm chi tiết thông thƣờng với chủng loại hạn chế. Ví dụ: xƣởng chế tạo lò xo ở nhà máy xe lửa, xƣởng chế tạo động cơ ở nhà máy ô tô). Cấu tạo của hình thức chuyên môn hóa sản phẩm về nguyên tắc thƣờng dẫn đến các quy trình khép kín, có nghĩa là trong các phân xƣởng thƣờng các công việc đƣợc phối hợp ở các giai đoạn khác nhau và các dạng gia công khác nhau. Ví dụ: các dạng phối hợp đó có thể là phối hợp của các phân xƣởng: chuẩn bị phôi, gia công cơ và lắp ráp.
1.5.2.3. Cấu trúc sản xuất của phân xưởng.
Cấu trúc sản xuất của phân xƣởng đƣợc hiểu là thành phần và hình thức quan hệ của các công đoạn sản xuất và các bộ phận khác trong phân xƣởng. Cũng tƣơng tự nhƣ chuyên môn hóa các phân xƣởng ngƣời ta phân biệt hai hình thức chuyên môn hóa trong phân xƣởng đó là:
- Các bộ phận trong phân xƣởng đƣợc chuyên môn hóa theo dấu hiệu công nghệ hay quy trình công nghệ;
- Các bộ phận trong phân xƣởng đƣợc chuyên môn hóa theo dấu hiệu sản phẩm. Trong trƣờng hợp thứ nhất phân xƣởng đƣợc chia ra các công đoạn chuyên môn hóa theo loại sản phẩm.
Các công đoạn trong chuyên môn hóa theo dấu hiệu công nghệ đƣợc trang bị các thiết bị cùng loại (hình 1.7). Phân xƣởng cơ khí trên hình 1.7 có 4 công đoạn. Chi tiết 1 đƣợc gia công tuần tự trên máy tiện (nguyên công 1), trên máy phay (nguyên công 2), trên máy khoan (nguyên công 3) và trên máy bào (nguyên công 4). Trên mỗi máy cùng loại ngƣời ta gia công các chi tiết khác nhau. Nhƣ vậy, chuyên môn hóa công
nghệ các công đoạn của phân xƣởng đƣợc đặc trƣng cho sản xuất hàng loạt nhỏ và đơn chiếc. Dạng chuyên môn hóa này có chu kỳ sản xuất lớn thƣờng xuyên phải điều chỉnh lại máy. Ta cũng có thể phân tích tƣơng tự nhƣ vậy đối với chi tiết 2.
Hình 1.7. Sơ đồ bố trí thiết bị theo nguyên tắc công nghệ
Bây giờ ta giả sử chi tiết 1 có số lƣợng rất lớn và khi 4 máy trên hình 1.7 chỉ tập trung gia công chi tiết 1 (không còn thời gian để gia công các chi tiết khác loại). Trong trƣờng hợp này xuất hiện khả năng chuyển đổi từ chuyên môn hóa công nghệ sang chuyên môn hóa sản phẩm, có nghĩa là, có thể thiết lập công đoạn bao gồm các loại máy khác nhau (máy tiện, máy phay, máy khoan và máy bào). Theo nguyên tắc thẳng dòng thì các máy này phải đƣợc bố trí tuần tự theo các nguyên công (hình 1.8).
Từ lập luận trên đây ta thấy khả năng hoàn thiện cấu trúc sản xuất của phân xƣởng bằng cách chuyên môn hóa sản phẩm phụ thuộc vào sự phát triển của sản xuất hàng loạt và hàng khối. Chuyên môn hóa sản phẩm tạo điều kiện thuận lợi cho ứng dụng công nghệ mới, cho phép trong phạm vi một công đoạn tích hợp các quy trình, ví dụ: gia công cơ và tôi bề mặt bằng dòng điện cao tần, rèn dập và gia công cơ, hàn và lắp ráp, hàn và nhiệt luyện...
1.5.2.4. Hướng phát triển của cấu trúc sản xuất của các nhà máy cơ khí.
Cấu trúc sản xuất của nhà máy là mô hình động, sự thay đổi của nó phụ thuộc vào tiến độ kỹ thuật, sự phát triển của chuyên môn hóa và hoạt động liên kết giữa các nhà máy. Cấu trúc sản xuất của nhà máy cơ khí có thể phát triển theo những hƣớng sau đây:
- Chế tạo phôi chính xác. Phôi chính xác cho phép vật liệu, giảm khối lƣợng gia công ở các nguyên công tinh nhằm nâng cao độ chính xác và tuổi bền của chi tiết.
- Thiết lập các công đoạn gia công khép kín và ứng dụng hình thức chuyên môn hóa sản phẩm.
- Cơ khí hóa và tập trung nguyên công trong phạm vi cả nhà máy.
- Thành lập các nhà máy có quy mô lớn để tạo điều kiện áp dụng nhanh các tiến bộ kỹ thuật trong sản xuất và hoàn thiện hệ thống quản lý sản xuất.
- Thiết kế mặt bằng không gian của nhà máy theo các chỉ tiêu sau đây:
+ Đảm bảo nguyên tắc thẳng dòng và quãng đƣờng di chuyển của chi tiết là ngắn nhất.
+ Đảm bảo khả năng mở rộng nhà máy.
+ Đảm bảo các chi tiết về an toàn và môi trƣờng.
1.5.3 Tổ chức sản xuất theo dây chuyền.
1.5.3.1 Khái niệm về sản xuất dây chuyền.
Sản xuất dây chuyền là dạng sản xuất mà trong đó quá trình chế tạo các chi tiết giống nhau hoặc lắp ráp sản phẩm trong một khoảng thời gian xác định đƣợc thực hiện liên tục theo trình tự của quy trình công nghệ.
Sản xuất dây chuyền thuộc dạng sản xuất hàng khối hoặc hàng loạt lớn bao gồm: - Dây chuyền một sản phẩm: Dây chuyền này chế tạo một loại chi tiết (hoặc một đơn vị lắp ráp) trong một thời gian dài.
- Dây chuyền nhiều sản phẩm: Dây chuyền này chế tạo một số chủng loại chi tiết (hoặc một số loại sản phẩm). Dây chuyền này đƣợc áp dụng khi chế tạo một chủng loại chi tiết (hoặc một loại sản phẩm) không hết thời gian làm việc của máy.
- Dây chuyền nhóm: Trên dây chuyền này các chi tiết đƣợc gia công di chuyển liên tục từ nguyên công này sang nguyên công khác theo nhịp sản xuất đã đƣợc tính toán cụ thể.
- Dây chuyền gián đoạn: Đặc điểm của dây chuyền này là chi tiết di chuyển từ nguyên công này sang nguyên công khác không tuân theo nhịp sản xuất, vì vậy để đảm bảo cho quá trình sản xuất đƣợc liên tục phải tạo ra các số dƣ chi tiết ở sau các nguyên công có thời gian gia công ngắn.
1.5.3.2. Tổ chức sản xuất theo dây chuyền liên tục.
- Sự đồng bộ của các nguyên công:
Công việc trên dây chuyền liên tục phải dựa trên cơ sở phối hợp giữa thời gian nguyên công với nhịp của dây chuyền. Thời gian của bất kỳ nguyên công nào phải bằng hoặc là bội số của nhịp dây chuyền.
Quá trình phối hợp giữa thời gian nguyên công với nhịp của dây chuyền liên tục đƣợc gọi là sự đồng bộ. Điều kiện đồng bộ của các nguyên công đƣợc thể hiện qua công thức: r c t c t c t c t m m ... 3 3 2 2 1 1 (1.15) Ở đây:
t1, t2,....tm : thời gian của các nguyên công.
c1, c2,....cm: số chỗ làm việc ở các nguyên công.
r: nhịp dây chuyền liên tục (phút/sản phẩm).
Sự đồng bộ đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi cấu trúc và điều kiện tổ chức các nguyên công. Có thể phân biệt hai giai đoạn đồng bộ nguyên công (hay đồng bộ quy
trình): đồng bộ sơ lƣợc đƣợc thực hiện khi thiết kế dây chuyền và đồng bộ cuối cùng đƣợc thực hiện khi điều chỉnh lắp đặt dây chuyền trong điều kiện phân xƣởng.
Sản xuất dây chuyền liên tục là hình thức tổ chức sản xuất tiên tiến, đảm bảo chu kỳ sản xuất ngắn nhất, đồng thời đảm bảo đƣợc công việc theo nhịp ở tất cả các nguyên công. Sự đồng bộ của các nguyên công tạo điều kiện cho việc ứng dụng cơ khí hóa các cơ cấu vận chuyển.
- Tính dây chuyền liên tục
Những số liệu ban đầu để tính dây chuyền liên tục là sản lƣợng đầu vào (số sản phẩm) của dây chuyền trong một khoảng thời gian xác định (tháng, quý, ngày, ca) N0, sản lƣợng đầu ra N1 của dây chuyền cùng trong thời gian đó và các quỹ thời gian tƣơng ứng.
Sản lƣợng đầu ra hàng ngày N1 (chiếc) đƣợc xác định theo sản lƣợng đầu vào hàng ngày N0 (chiếc): a N N 100 100 . 0 1 (1.16) Ở đây: a: phần trăm phế ;
Quỹ thời gian hàng ngày của dây chuyền Fn (phút) có t đến thời gian gián đoạn để nghỉ ngơi Tn đƣợc xác định theo công thức:
s T F
Fn 0 n . (1.17)
Ở đây:
F0: quỹ thời gian lý thuyết của một ca làm việc (phút);
s: số ca làm việc trong một ngày (1,2 hoặc 3 ca).
Khi thiết kế dây chuyền phải dựa vào nhịp sản xuất (nhịp của dây chuyền). Nhịp này phải đảm bảo hoàn thành sản lƣợng đặt ra trong thời gian: tháng, ngày, ca...
Nhịp của dây chuyền r đƣợc xác định theo công thức:
0 0 . 100 100 . . N a s T F r n (1.18) Ở đây: các ký hiệu N0, F0, Tn, s, a đã đƣợc giải thích ở các công thức trên.
Số chỗ làm việc Ci ở nguyên công thứ i bằng: r T C i i (1.19) Ở đây:
ti: thời gian làm việc của nguyên công thứ I;
r: nhịp của dây chuyền (phút).
Số công nhân A có tính đến khả năng phục vụ nhiều chỗ làm việc đƣợc tính theo công thức: m i i i i y s C b A 1 . . 100 1 (1.20) Ở đây:
b: phần trăm công nhân cần có thêm để dự phòng các trƣờng hợp nghỉ phép, ốm đau hoặc đi công tác;
m: số nguyên công trên dây chuyền;
yi: số chỗ làm việc mà công nhân có thể phục vụ đƣợc ở nguyên công thứ
i.
Tốc độ của băng tải khi lắp ráp Vbt (m/phút) cần phải đƣợc phối hợp với nhịp của dây chuyền:
r l
Vttb 0 (1.21)
Ở đây:
l0: bƣớc của băng tải (m), có nghĩa là khoảng cách giữa các tâm của hai sản phẩm (hoặc hai nhóm sản phẩm) ở cạnh nhau;
Khi vận chuyển p chi tiết theo loạt thì tốc độ của băng tải đƣợc tính theo công thức: r p l Vtb . 0 (1.22)
Tốc độ băng tải không những phải đảm bảo năng suất đặt ra mà còn phải đảm bảo an toàn và thuận tiện trong lao động. Theo kinh nghiệm thì phạm vi của tốc độ hợp lý nằm trong khoảng 0,1 – 0,2 m/phút.
Trên dây chuyền sản xuất liên tục thƣờng có hai loại dự trữ chi tiết (hoặc cụm chi tiết), đó là: dự trữ công nghệ và dự trữ vận chuyển.
Dự trữ công nghệ là số chi tiết (hoặc cụm chi tiết) nằm trong quá trình gia công tại các chỗ làm việc. Khi di chuyển chi tiết theo chiếc (theo đơn vị) thì dự trữ công nghệ ZCN (chiếc) bằng số chỗ làm việc c, có nghĩa là:
c
ZCN (1.23)
Còn khi di chuyển số chi tiết p theo loạt, ta có:
pc
ZCN (1.24)
Dự trữ vận chuyển là số chi tiết (hoặc cụm chi tiết) nằm trong quá trình vận chuyển trên băng tải. Khi di chuyển chi tiết theo chiếc (theo đơn vị) trực tiếp từ vị trí này sang vị trí khác thì dự trữ vận chuyển ZVN bằng:
1
c
ZVN (1.25)
Còn khi di chuyển p chi tiết theo loạt, ta có:
p c
ZVN 1. (1.26)
Các dây chuyền sản xuất liên tục đƣợc chia ra ba loại:
- Dây chuyền sản xuất liên tục (gọi tắt là dây chuyền liên tục) với băng tải làm việc;
- Dây chuyền sản xuất liên tục với băng tải phân phối; - Dây chuyền tự động hóa.
Ngoài ra, trong chế tạo máy hạng nặng thƣờng có dây chuyền với đối tƣợng cố định (ứng dụng trong lắp ráp).
1.5.3.3. Điều kiện tổ chức và ưu điểm của tổ chức sản xuất dây chuyền. Điều kiện tổ chức của sản xuất dây chuyền:
Điều kiện thiết yếu để sản xuất dây chuyền đạt hiệu quả là quy trình ổn định và đảm bảo đƣợc các chế độ: chế độ kỹ thuật, chế độ phục vụ và chế độ lao động.
- Chế độ kỹ thuật: Chế độ kỹ thuật đòi hỏi các phƣơng pháp gia công phải ổn định và có khả năng lặp lại các nguyên công một cách có hệ thống trong những điều
kiện định trƣớc (ổn định về chủng loại chi tiết, về chất lƣợng phôi, về chế độ gia công, về trang thiết bị công nghệ và về các điều kiện tổ chức....).
- Chế độ phục vụ: Chế độ phục vụ đòi hỏi cung cấp cho dây chuyền tất cả những yếu tố cần thiết để cho dây chuyền hoạt động bình thƣờng nhƣ phôi, dụng cụ, các thiết bị sửa chữa,...Phôi có thể cấp liên tục tƣơng ứng với nhịp của dây chuyền hoặc có thể cấp theo chu kỳ. Dụng cụ trên dây chuyền phải đƣợc thay đổi theo quy trình lập sẵn. Sửa chữa thiết bị cần đƣợc thực hiện theo kế hoạch và phải thực hiện các phƣơng pháp dự phòng.
- Chế độ lao động: Chế độ lao động đòi hỏi công nhân phải tuân thủ theo