В процессе разработки технологий производства строительных изделий и конструкций выделим пять этапов:
1. Структурно-функциональное проектирование.
2. Логическое проектирование.
3. Схемотехническое проектирование.
4. Конструкторское проектирование.
5. Технологический синтез.
На этапе структурно-функционального проектирования в соответствии с техническим заданием выбирается структурная схема производства строительных конструкций, определяются основные характеристики их отдельных узлов, разрабатывается система команд и алгоритмы выполнения основных операций по их производству.
Задачей этапалогического проектированияявляется построение логических схем технологий производств, а так же разработка тестов для проверки правильности функционирования технологии в процессе изготовления и эксплуатации изделий и конструкций.
Адаптация элементной базы оборудования для реализации технологии производства, расчет и оптимизация режимов ее работы, а также разработка основных правил построения принципиальных технологических схем составляет содержание схемотехнического этапа проектирования.
Этапконструкторского проектирования включает в себя решение задач непосредственной физической реализации принципиальных технологических схем производства в виде узлов конструктивно-технологической природы, таких как производственные модули, производственные переделы, узлы производства и технологические блоки. Основными конструктивными элементами на этом этапе выступают конкретные дискретные элементы оборудования, выпускаемые промышленностью.
Отличительной особенностью этапа технологического синтеза является зависимость методов реализации от конкретно принятой конструктивно-технологической схемы производства. Очевидны различия между задачами реализации одной и той же принципиальной схемы производства на дискретных элементах, например, по конвейерной технологии, и в виде монолитной интегральной схемы, по агрегатно-поточной или стендовой технологии.
Отметим основные задачи, требующие последовательного решения при конструировании технологий производства строительных конструкций:
1. Выбор типовых конструктивных элементов оборудования, принципов компоновки элементов в конструктивные узлы высшей сложности, технологических способов реализации технологической связности.
2. Компоновка узлов различного уровня сложности узлами меньшей сложности.
3. Пространственное «взаиморазмещение» элементов оборудования в конструктивном объеме узлов высшей сложности.
4. Разработка конструкторско-технологической документации.
Этап конструкторского проектирования технологий производств определяется комплексом задач, связанных с преобразованием функциональных логических или принципиальных схем производств в совокупность конструктивных узлов между которыми устанавливаются необходимые пространственные, механические, электрические, технологические и другие связи. Конструкторский этап является завершающим в общем цикле разработки строительных конструкций и обеспечивает получение необходимой конструкторско-технологической документации для их изготовления и последующей эксплуатации.
Ведущим принципом конструирования технологических схем производства строительных конструкций является применение функционально-узлового (модульного) метода проектирования, предусматривающего выделение конструктивных узлов (модулей) различной степени сложности, находящихся в отношении соподчиненности.
Таким образом, технологическая схема производства представляет собой иерархическую структуру, в которой узлы низшего уровня объединяются в узлы высшего уровня.
Метод модульного конструирования оказался наиболее эффективным при разработке технологий имеющих относительно высокую степень унификации решений. Иерархия конструктивных модулей, как правило, оказывается связанной с их функциональной иерархией.
Метод модульного конструирования, обладая неоспоримыми технико-экономическими достоинствами, вместе с тем вызывает необходимость решения ряда проблем. К ним, прежде всего, относится проблема конструктивной и схемной унификации узлов различного уровня и проблема реализации технологических соединений на супер модульном уровне. Решение этих проблем имеет свою специфику для каждого фактически достигнутого уровня технологии и производства и проектирования.
Основными стимулами создания унифицированной системы технологических узлов являются снижение стоимости и уменьшение сроков разработки технологических схем производств. Разработка такой системы предполагает анализ структурных, функционально-логических схем или принципиальных схем определенного класса с целью получения узлов мало зависимых от конкретного применения и допускающих их эффективное использование при конструировании отдельных технологий производств.
Следует отметить, что с ростом степени интеграции трудоемкость разработки и конструирования таких узлов резко возрастает по отношению к разработке унифицированных модулей предыдущего поколения.
Конструирование устройств в среде САПР выдвинуло на передний край проблему эффективной реализации межсоединений на всех конструктивных уровнях. В настоящее время технологические соединения производств в значительной степени определяют основные технические параметры, такие, как вес, объем, быстродействие, надежность, а также оказывают существенное влияние на стоимость и сроки разработки технологий.
Основные задачи конструкторского этапа проектирования определяются его местом в общем цикле разработки технологий. К этим задачам, прежде всего, относятся:
· распределение элементов технологической схемы по конструктивно-функциональным узлам различного уровня сложности (компоновка узлов);
· размещение узлов низшего уровня в узлах высшего уровня;
· трассировка технологических межсоединений на всех уровнях;
Указанные задачи обладают рядом особенностей по сравнению с задачами других этапов разработки технологий производств строительных конструкций и изделий. Прежде всего, сюда следует отнести прямую зависимость критериев и ограничений, используемых при решении отдельных задач от конкретной конструктивно-технологической базы проектирования. Кроме этого, важно подчеркнуть большую трудоемкость их решения и практическую неосуществимость глобальной оптимизации по совокупности параметров. В связи с последним замечанием указанные задачи решаются последовательно с использованием, как правило, одного или двух частных критериев оптимизации, тогда как другие существенные характеристики учитываются заданием определенного набора ограничений.
Основной исходной информацией при конструировании технологий производств строительных конструкций служит логико-технологическая схема.
Считая, что конструктивно-технологическая база, определяющая иерархию модулей, способы реализации их соединений и т.п. известна, можно выделить типовые задачи конструирования которые, по крайней мере, в содержательном плане аналогичны для узлов различного уровня сложности и различной технологической: природы.
Организация производства строительных материалов и конструкций, как правило, начинается с организации взаимодействия между двумя крупными технологическими переделами, такими как узел подготовки бетоно-растворных смесей и технологическим переделом формовки изделий. Бетоно-растворные смеси приготавливаются на бетоносмесительных заводах, цехах или узлах кратко именуемые в дальнейшем (БСЗ, БСЦ, БСУ). Процессы формования изделий и конструкций осуществляются в соответствующих формовочных цехах или на полигонах. Выявим наличие технологической последовательности процесса производства. Технологическое взаимодействие между указанными переделами проявляется в необходимости организации доставки бетоно-растворных смесей от БСЗ в формовочные цеха. Эту функцию выполняют бетонораздатчики различных конструктивных исполнений. В нашем случае бетонораздатчик с кодовым названием е1, изображенный на рис. 9.8.
Рис. 9.8. Взаимодействие между БСЗ и формовочным производством.
На рис. 9.8. показан фрагмент бетоносмесительного узла, план формовочного цеха и организация перемещения бетоно-растворных смесей из БСЗ в формовочное производство с помощью элемента технологического оборудования е1.
Дальнейший анализ производственных процессов указывает на необходимость обустройства соответствующих технологических узлов (переделов) перегрузки бетоно-растворной смеси из бетонораздатчика е1 в бетоноукладчики е2 и е3. Схема указанного технологического узла (передела) приведена на рис. 9.9.
Дальнейшая последовательность технологического процесса изготовления строительных материалов и конструкций связана с организацией формовочного процесса, схема которого приведена на рис. 9.10.
Как это видно на рис. 9.10., формовочный технологический узел достаточно крупногабаритно организован из-за применения сложного, большегрузного технологического оборудования. Технологическая семантика приведенного процесса производства может быть объяснена и в дальнейшем формализована путем продолжения применения и в данном случае принципа перемещения, а так же принципа перегрузки бетоно-растворных смесей по определенным рекомендациям (технологическим картам производства). Так на этом этапе перемещение осуществляется из бетоноукладчиков е2 и е3 в формообразующие элементы (формы) на виброплощадках е4 и е5.
Следует уточнить, что на этом этапе в соответствии с приведенной схемой включается в работу арматурная тележка е6, доставляющая необходимую арматуру из арматурного цеха непосредственно к постам формовки.
Следующий крупный технологический узел анализа связан с процессами тепловлажностной обработки строительных материалов и конструкций на посту е8. Общая схема организации взаимодействия элементов технологического оборудования приведена на рис. 9.11.
Рис. 9.11. Схема тепловлажностной обработки, распалубка и вывоз готовой продукции на склад.
Анализ производственных процессов, изображенных на рис. 9.11., позволяет выявить строго определенную технологическую последовательность производства строительных материалов и конструкций. Так с помощью 2 мостовых кранов е7 и е9 происходит обслуживание формовочных постов. Свежеотформованные изделия перемещаются на пост тепловажностной обработки е8, где по определенному режиму изделия пропариваются.
Затем этими же мостовыми кранами е7 и е9 изделия перемещаются из пропарочных камер на пост распалубки е10 и пост чистки и смазки форм е11. В заключение, при помощи специализированной тележки е12 готовые изделия транспортируются на склад готовой продукции.
Оформим результаты анализа в таблицей, причем таким образом, чтобы между элементами технологического оборудования, вступившими в технологические отношения друг с другом, можно было бы зафиксировать установившиеся связи путем кодового обозначения элементов технологического оборудования. Результаты приведены в таблице 9.2.
