Обеспечение производственной и эксплуатационной технологичности конструкций изделий

Создание, применение и обновление современных сложных из­делий требуют все больших затрат труда, материалов, энергии и времени, в то время как потребности общественного произ­водства диктуют необходимость всемерной экономии ресурсов при обеспечении высокого технического уровня изделий. Следова­тельно, существуют условия, при которых цель – снижение зат­рат – приобретает экстремальный характер, а достижение высо­кого технического и экономического уровня конструкции изделия становится двуединой задачей проектирования изделий.

В решении этой задачи исключительна роль обеспечения тех­нологичности конструкции изделия – функции подготовки произ­водства, которая предусматривает взаимосвязанное решение кон­структорских и технологических задач, направленных на повыше­ние производительности труда, достижение оптимальных трудо­вых, материальных и энергетических затрат и сокращение времени на производство, техническое обслуживание и ремонт изделия.

Анализ и контроль конструкторской документации на технологичность вы­полняют с целью проверить, удовлетворяет ли разработанная конструкция требованиям, основными из которых являются:

· максимальное использование в конструкции унифицированных, стандартных и нормализованных узлов и де­талей;

· минимальное количество применяемых марок и типоразмеров материалов;

· сокращение номенклатуры и ко­личества применяемых драгоценных металлов и дефицитных ма­териалов;

· обоснованное определение классов чистоты и точ­ности изготовления деталей и узлов;

· применение наиболее прогрессивных методов выполнения заготовительных, сбороч­ных и контрольных операций;

· применение типовых технологических процессов;

· использование стандартного и норма­лизованного технологического оснащения и оборудования;

· механизация и автоматизация производственных процессов изготовления изделия.

Анализ и контроль конструкции на технологичность должны производиться с учетом программы выпуска изделия и конкрет­ных условий завода–изготовителя, т.е. имеющегося оборудова­ния, технологического оснащения и т. п.

Обеспечение технологичности конструкции изделия включает:

· отработку конструкции изделия на технологичность на всех стадиях разработки изделия, при технологической подготовке производства и в обоснованных случаях при изготовлении изделия;

· совершенствование условий выполнения работ при производ­стве, эксплуатации и ремонте изделий и фиксацию принятых решений в технологической документации;

· количественную оценку технологичности конструкции изделия;

· технологический контроль конструкторской документации;

· подготовку и внесение изменений в конструкторскую докумен­тацию по результатам технологического контроля, обеспечива­ющих достижение базовых значений показателей технологич­ности.

Под технологичностью понимается совокупность свойств кон­струкции изделия, характеризующих ее экономическую целесооб­разность. Общая классификация видов технологичности приведе­на на рис. 6.

Технологичность конструкции изделия проявляется через его свойства на различных стадиях жизненного цикла в виде опре­деленных затрат труда, материалов, энергии, средств и времени на подготовку производства, изготовление, техническое обслу­живание и ремонт, определяемых конструктивно–технологическими особенностями изделия.

Знание этих свойств и применение математических методов для их количественной оценки позволяют воздействовать на них в требуемом направлении и оптимизировать перечисленные выше затраты при безусловном обеспечении установленных значений других показателей качества и принятых условиях разработки, изготовления, технического обслуживания и ремонта.

Рис. 6. Классификация видов технологичности конструкций изделия

К комплексу свойств, образующих технологичность конструк­ции изделия и предопределяющих методы ее обеспечения, отно­сятся технологическая рациональность и преемственность конст­рукции изделия. Эти свойства формируются в процессе констру­ирования изделия. Именно поэтому обеспечение технологичности конструкции изделия становится неотъемлемой составной частью конструкторской подготовки производства.

Технологическая рациональность конструкции изделия рас­сматривается как совокупность свойств изделия, выражающих его технологичность с точки зрения соответствия принятых конструк­тивных решений условиям производства и эксплуатации. Условия производства и эксплуатации определяются возмож­ностями эффективного использования ресурсов исходя из приня­тых норм и нормативов. Однако при этом должны учитываться перспективы технического перевооружения этих сфер в течение всего планируемого периода выпуска и использования изделия в соответствии с данными прогнозов совер­шенствования как конструкции изделия и конструкционных мате­риалов, так и методов и средств изготовления, технического обслуживания и ремонта техники.

Уровень технологической рациональности конструкции изделия непрерывно меняется соответственно изменяющимся методам и средствам изготовления, технического обслуживания и ремонта в результате последовательного внедрения достижений, накоп­ленных на уровнях предприятия, отрасли и мирового уровня развития промышленности. Он регу­лируется посредством рационального выбора состава и построе­ния структуры изделия, применения его конструктивных элемен­тов и материалов, а также обеспечения оптимальной преемст­венности тех конструктивных признаков, которые характеризуют исполнение изделия качественно и количественно.

В общем случае всякое изделие как объект производства и эксплуатации должно быть технологически рационально, т.е. соответствовать возможностям его изготовления и эксплуатации при использовании имеющихся в распоряжении общества ресур­сов. Технологическая рациональность конструкции изделия в свя­зи с ее динамичностью оценивается как по абсолютным зна­чениям соответствующих показателей, так и по отношению этих значений к оптимальным значениям базовых (исходных, плановых) показателей, установленным для данных условий производ­ства и эксплуатации изделия и корректируемым по мере измене­ния этих условий.

Преемственность конструкции изделия представляет собой со­вокупность свойств изделия, выражающих его технологичность с точки зрения единства изменяемости и повторяемости, принятых в его конструкции инженерных решений.

При обеспечении технологичности конструкции изделия необ­ходимо учитывать две группы свойств, характеризующих преемст­венность конструкции изделия:

· совокупность свойств изделия, определяющих его конструк­тивную преемственность и характеризующих единство повторя­емости в нем компонентов (конструктивных элементов и связей между ними), относящихся к множеству исполнений изделия, и применяемости новых компонентов, новизна которых обуслов­лена функциональным назначением изделия;

· совокупность свойств изделия, определяющих его технологи­ческую преемственность, т.е. единство изменяемости и повторя­емости технологических методов выполнения, поддержания и вос­становления компонентов исполнения, которые обладают в нем качественной определенностью.

Преемственность свойственна многим сторонам производства. Известно, например, что при конструировании новых изделий ма­шиностроения и приборостроения до 80 % конструктивных реше­ний переходит от изделия к изделию. При тщательном анализе конструкций изделий, систематизации и группировании их по сход­ным конструктивно–технологическим признакам возможно резкое (до 60–80 %) повышение уровня применения типовых технологи­ческих процессов. В свою очередь типизация технологических процессов создает предпосылки для резкого повышения уровня преемственности средств технологического оснащения при осво­ении производства новых изделий. Путем целенаправленного воз­действия на уровень преемственности удается многократно приме­нять в разрабатываемых изделиях и технологических процессах наиболее совершенные и всесторонне проверенные технические решения, способствующие всемерному улучшению технико–эко­номических показателей производства и качества выпускаемых изделий. Именно поэтому преемственность в самом широком смысле становится одним из главных принципов наиболее целесообразной подготовки производства.

Таким образом, обеспечение технологической рациональности конструкций и оптимизация уровня преемственности конструктив­ных решений выступают в качестве основных источников повы­шения эффективности производства и эксплуатации изделий, пос­кольку в совокупности предопределяют уровень использования ресурсов, выделяемых для изготовления, технического обслужи­вания и ремонта изделий.

Основные задачи обеспечения технологической рациональ­ности и преемственности конструкции изделия и мероприятия по их реализации, систематизирующие опыт промышленности, при­ведены в табл. 2.

Таблица 2.

Задачи обеспечения рациональ­ности и преемственности конструкции

Основные задачиМероприятия
Повышение серийности изделия и его составных частей посредством стандартизации, унификации и обеспечения конструктивного подобияСнижение трудоемкости и Ограничение номенклатуры составных частей, конст­руктивных элементов и применяемых материалов Применение в разрабатываемых конструкциях освоен­ных в производстве конструктивных решений, со­ответствующих современным требованиям Применение высокопроизводительных и малоотходных технологических решений, основанных на типиза­ции процессов и других прогрессивных формах их организации Применение высокопроизводительных стандартных средств технологического оснащения, обеспечи­вающих оптимальный уровень механизации и ав­томатизации труда в производстве Использование конструктивных решений, позволяющих снизить затраты на обеспечение доступа к состав­ным частям, установки и съема составных частей изделия Использование конструктивных решений, обеспечи­вающих возможность транспортирования изделия в собранном виде или в виде законченных состав­ных частей, не требующих при монтаже разборки для расконсервации, ревизии, а также операций по подгонке Использование конструктивных решений, облегчающих и упрощающих условия изготовления и монтажа вне предприятия–изготовителя для ограничения требований к квалификации изготовителей и мон­тажников себестоимости из­делия при его изго­товлении и монтаже вне предприятия–из­готовителя
Снижение трудоемкости, себестоимости изделия в техническом обслу­живании и ремонтеИспользование конструктивных решений, позволяющих снизить затраты на проведение подготовки к ис­пользованию по назначению, технического контро­ля, технического диагностирования и на транспор­тирование изделия Использование конструктивных решений, позволяющих снизить затраты на обеспечение: доступа к состав­ным частям; замены составных частей такими же частями при сохранении установленного качества изделия в целом; установки и съема составных час­тей; восстановления геометрических характеристик и качества поверхности детали Повышение требований по унификации и стандарти­зации составных частей изделия Ограничение числа сменяемых составных частей изде­лия, номенклатуры материалов, инструмента, вспо­могательного оборудования и приспособлений
Снижение материалоемкости и энергоемкости изделия при изготовлении, техническом обслуживании и ремонтеИспользование конструктивных решений, облегчающих и упрощающих условия технического обслужива­ния и ремонта для ограничения требований к ква­лификации персонала, осуществляющего техниче­ское обслуживание и ремонт Применение рациональных сортаментов и марок материалов, способов получения заготовок, методов и режимов упрочнения деталей Разработка и применение прогрессивных конструктивных решений, позволяющих повысить ресурс изделия и использовать малоотходные и энергосбере­гающие технологические процессы Разработка рациональной компоновки изделия, обеспечивающей сокращение расхода материала при монтаже вне предприятия–изготовителя Внедрение научно обоснованных запасов прочности металлоконструкций, типовых методов расчетов и испытаний изделия

Одной из главных проблем обеспечения технологичности кон­струкции изделия является смещение центра тяжести отработки конструкции в зону ранних стадий проектирования, так как только в этом случае возможны разработка и постановка на произ­водство изделия с высокими технико–экономическими показате­лями качества, снижение затрат на освоение производства изде­лия, сокращение сроков подготовки производства, достижение высокой стабильности ка­чества изготовления изде­лий. В результате удает­ся существенно изменить картину распределения эффекта () и затрат () по стадиям разработки и получить ощути­мую экономию ресурсов (рис. 7).

Рис. 7. Распределение эффективности разрабатываемой техники (k_э) и удельных затрат (k_з) по стадиям подготовки производства

Известно, что увеличенные затраты на научно–техни­ческие разработки на начальных стадиях, на которых вырабаты­ваются основные решения, несущие эффект, окупаются при освоении производства и в процессе эксплуатации новой техники и гарантируют принятие наиболее эффективных с точки зрения инженерно–технических решений.

Именно поэтому исключительное значение придается в насто­ящее время отработке конструкции изделия на технологич­ность на ранних стадиях его проектирования.

Состав и последовательность решения задач при обеспечении технологичности конструкции изделия на стадиях разработки проектной документации приведены в табл. 3. Каждая стадия завершается технологическим контролем конструкторской доку­ментации.

Как видно из табл. 3, основной комплекс работ по приданию конструкции изделия свойств технологичности должен быть выполнен на стадиях разработки проектной конструкторской документации. В этом залог успешного освоения производства новых изделий и обеспечения эффективности опытно–конструк­торских работ.

Таблица 3.

Стадии разработки конструкторской документации

Основное содержание работ по обеспечению технологичности конструкции изделияСтадии разработки конструкторской документации
Техническое предложениеВыявление вариантов конструктивных решений, имеющих лучшие предпосылки для рационального членения и компоновки изделия Выявление возможности заимствования составных частей изде­лия
Эскизный проектВыявление новых материалов, технологических процессов и средств технологического оснащения Расчет показателей технологичности и оценка вариантов кон­струкции изделия Анализ соответствия компоновок и членения вариантов конструк­ции изделия условиям производства, технического обслу­живания и ремонта Сопоставление вариантов исполнений конструкции изделия по унификации, стандартизации, точности расположения и спо­собам соединения составных частей изделия Расчет показателей технологичности и выбор варианта конструк­ции изделия для дальнейшей разработки
Технический проектОпределение возможности параллельной и независимой сборки и контроля специфицированных составных частей изделия Анализ соответствия конструкции и компоновки сменных состав­ных частей изделия требованиям технического обслуживания и ремонта Выявление возможности применения покупных, стандартных, унифицированных или освоенных производством составных частей изделия Анализ возможности применения новых, в том числе типовых и групповых, высокопроизводительных технологических про­цессов Расчет показателей технологичности конструкции изделия Принятие основных принципиальных решений по технологич­ности конструкции изделия и совершенствованию условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте

Опыт многих предприятий и организаций показывает, что обеспечению технологической рациональности и преемственности конструкции изделия способствуют разнообразные методы. К ос­новным из них относятся:

· типизация конструктивных схем и компоновок, унификация, агрегатирование и взаимозаменяемость изделия и его составных частей;

· блочно–модульное построение систем и устройств;

· функционально–стоимостный анализ изделия и его составных частей;

· математическое моделирование взаимосвязей функциональ­ных и конструктивно–технологических характеристик изделия;

· оптимизационные методы выбора физико–химических и меха­нических свойств материалов и видов исходных заготовок, наз­начения точности и шероховатости поверхностей детали, выбора формы и расположения поверхностей деталей и видов соеди­нений их с сопрягаемыми деталями;

· размерный анализ конструктивных исполнений деталей и сбо­рочных единиц;

· заимствование и симплификация номенклатуры составных частей, конструктивных элементов и материалов.

Высокий уровень технологической рациональности и конструк­тивной преемственности изделия в период его разработки позво­ляет обеспечивать высокую технологическую рациональность и преемственность всех элементов производства:

· рационализацию способов получения заготовок, изготовления деталей и сборки изделия;

· типизацию технологических процессов и операций, при­менение группового метода обработки;

· преемственность и переналаживаемость технических средств производства и т. п.

Эти особенности ставят обеспечение технологичности конст­рукции в ряд важнейших функций научно–технической подготовки.