Организация конструкторской подготовки производства

Содержание работ по конструкторской подготовке производства.

Основная задача конструкторской подготовки производства (КПП) — создание комплекта чертежной документации для изго­товления и испытания макетов, опытных образцов, установочной серии и документации для установившегося серийного или мас­сового производства новых изделий с использованием результа­тов прикладных НИР, ОКР и в соответствии с требованиями тех­нического задания.

Содержание и порядок выполнения работ на этой стадии си­стемы СОНТ регламентируются ГОСТами в единой системе кон­структорской документации (ЕСКД). ГОСТ Р 15.201—2000 «Си­стема разработки и постановки продукции на производство. Про­дукция производственно-технического назначения. Порядок раз­работки и постановки продукции на производство» определяет стадии КПП: техническое задание, техническое предложение, эс­кизный проект, технический проект, рабочий проект.

Техническое задание (ТЗ) определяет техническое назначение будущего изделия, обосновывает его технические и эксплуатаци­онные параметры, габариты, скорость, надежность, долговечность и другие показатели, вырабатывает рекомендации по выполне­нию необходимых стадий разработки конструкторской докумен­тации и ее составу, технико-экономическое обоснование и др.

Техническое предложение разрабатывается в том случае, если техническое задание разработчику нового изделия выдано заказ­чиком. Содержит тщательный анализ ТЗ и технико-экономиче- ское обоснование возможных технических решений при проекти­ровании изделия, сравнительную оценку с учетом эксплуатаци­онных особенностей проектируемого и существующего изделия, анализ патентной информации.

Эскизный проект состоит из графической части и поясни­тельной записки. Графическая часть содержит принципиальные конструктивные решения, которые дают представления об офор­млении будущей конструкции изделия, включая чертежи общего вида, функциональные блоки, входные и выходные данные всех узлов, составляющих общую блок-схему. Пояснительная запис­ка — это расчет основных параметров конструкции, описание экс­плуатационных особенностей и примерный график работ по тех­нической подготовке производства.

Технический проект состоит из графической и расчетной ча­стей, а также уточнения технико-экономических показателей соз­даваемого изделия. При разработке вариантов изделий изготавли­вают и испытывают опытный образец. Графическая часть техни­ческого проекта включает чертежи общего вида проектируемого изделия, узлов в сборке и основных деталей. Чертежи согласовы­ваются с технологами. Пояснительная записка содержит описа­ние и расчет параметров основных сборочных единиц и базовых деталей изделия, описание принципов его работы, обоснование выбора материалов и видов защитных покрытий, описание всех схем и окончательные технико-экономические расчеты.

Рабочий проект предусматривает разработку рабочей докумен­тации опытной партии; изготовление в основных цехах завода установочной серии изделий, которая проходит длительные ис­пытания в реальных условиях эксплуатации; изготовление и ис­пытание головной или контрольной серии изделий, на основе которых производят окончательную отработку и выверку техно­логичности конструкции, технологических процессов и оснаще­ния; окончательную корректировку рабочей документации.

После окончания всех работ назначается приемочная комис­сия, которой предоставляются утвержденные предложения, про­ект программы приемки проектно-конструкторских работ, испы­таний изделий, образцы изделий, комплекты конструкторской документации и технологической документации, по которой из­готавливались опытные образцы.

Технико-экономический анализ создаваемых конструкций. Вновь создаваемый вид техники или мероприятие по улучшению техни­ки должны быть лучше ранее освоенных: они должны давать большую экономию живого и овеществленного труда, быть лучше по качеству и в большей мере удовлетворять потребности. С этой целью на этапе подготовки производства отрабатывается техноло­гичность новой конструкции (изделия).

Технологичность изделия — это совокупность свойств его кон­струкции, характеризующих возможность оптимизации затрат тру­да, средств и времени на всех стадиях процесса: разработка — про­изводство—эксплуатация. Технологичность характеризуется по­казателями, определяемыми ГОСТ 14.205—83 «Технологичность конструкции изделий. Термины и определения» (классификация показателей технологичности конструкций изделий представлена на рис. 2.2).

Показатели технологичности характеризуют изделие, во-первых, как объект производства, во-вторых, как объект эксплуата­ции.

Показатели, характеризующие изделие как объект про­изводства:

расходные — материалоемкость, трудоемкость, себестоимость, инвестиции;

унификации — коэффициенты унификации, стандартизации, конструктивной преемственности;

временные — характеризуют сроки подготовки производства и освоения.

Стратегическим направлением при разработке новых изделий является экономия материалов (в первую очередь металлов), так как это позволяет снизить расход невосполнимых природных ре­сурсов и повысить эксплуатационные качества изделий. При этом задача состоит в уменьшении расхода металла не только на изготовление изделий, являющихся промежуточной продукцией, но и на единицу конечной продукции.

Относительную металлоемкость изделия в расчете на единицу продукции, производимой этим изделием, можно определить по формуле

М_е= М_м/(П_гК_и.мТ_сл),

где М_е — удельная металлоемкость новой конструкции, кг/ед. прод.; М_м — масса металла в новой конструкции, кг; Пг — производи­тельность новой конструкции в год (натуральные единицы изме­рения); К_и.м — коэффициент использования металла при изготов­лении новой конструкции; Т_сл — срок службы новой конструк­ции, лет.

На основе формулы можно сделать вывод о направлениях снижения удельной металлоемкости новых конструкций:

уменьшение массы новой конструкции;

опережающий рост производительности по сравнению с мас­сой;

удлинение срока службы;

более эффективное использование материалов (снижение от­ходов материалов);

более полное использование изделия в эксплуатации по вре­мени, что приводит к уделичению годовой производительности.

Одним из эффективных направлений развития ресурсосбере­гающего производства является значительное расширение объема выпуска электронной продукции, прежде всего микроэлектрони­ки, в том числе встроенной в машины и оборудование. Экономия ресурсов за счет встроенной микроэлектроники (микрокомпью­теры, регуляторы, сигнализаторы и т.п.) достигается за счет того, что обеспечивается работа машин в оптимальном режиме. Это, в свою очередь, дает экономию ресурсов при эксплуатации машин (снижение расхода топлива и энергии, увеличение долговечности деталей и агрегатов, повышение производительности).

Важнейшая задача в области конструирования — обеспечение максимальной преемственности при разработке проектов новых машин, что достигается с помощью конструктивной стандартиза­ции.

Под конструктивной стандартизацией понимается такая раз­работка конструкции нового изделия, когда оно компонуется с максимальным использованием элементов определенного функ­ционального назначения, освоенных ранее в производстве в каче­стве нормализованных, стандартизированных или унифицирован­ных деталей, узлов и агрегатов.

Нормализованное направление в конструировании существен­но меняет методы проектирования, так как при стандартизации

эксплуатационные показатели машины обеспечиваются главным образом путем правильного выбора схемы компоновки уже име­ющихся узлов. При таком методе конструирования тщательно и квалифицированно изучают закономерности изменения форм, размеров, способов производства отдельных элементов конструк­ции в зависимости от их функционального назначения, действу­ющих нагрузок, условий эксплуатации, материалов, достижений научно-технического прогресса.

В основе стандартизации конструкций изделий лежит соблю­дение государственных, местных и отраслевых стандартов. Задача стандартов — обеспечить изготовление продукции данного на­значения и отдельных ее элементов с едиными параметрами и показателями.

Унификация — это приведение различных видов продукции и средств ее производства к наименьшему числу типоразмеров, ма­рок, форм и т.д.

На все стандартизированные и унифицированные детали состав­ляют альбомы чертежей. Конечной целью конструктивной стан­дартизации на заводе является создание стандартизированного кон­структивного ряда изделий, т.е. группы конструктивно однород­ных изделий одинакового или разного назначения, аналогичных по кинематике, рабочему процессу, формам и параметрам основ­ных элементов, способу получения с их помощью продукции или методам обработки, но различных по габаритам, мощности, скоро­сти, грузоподъемности и другим эксплуатационным параметрам. Каждый конструктивный ряд имеет свое основание — так называе­мую базовую модель и производные от нее, полученные на основе применения нормализованных и унифицированных узлов.

Для реализации мероприятий по конструктивной стандартиза­ции вся конструкторская документация проходит нормализован­ный контроль, который осуществляется на стадиях разработки технического проекта и рабочей документации. Объектами нор­мализованного контроля являются степень конструктивной пре­емственности; комплектность и оформление чертежей; правиль­ность оформления основных надписей; правильность изображе­ния и надписей на чертежах; правильность выбора размеров, до­пусков и посадок; правильность выбора конструктивных элемен­тов деталей. Проверка степени конструктивной преемственности выявляет, насколько полно конструктор использовал при разра­ботке проекта узла или детали действующие стандарты, отрасле­вые и заводские нормали, унифицированные детали, а также за­имствовал их из конструкции выпускаемых изделий.

Стандартизация конструкции оценивается с помощью коэф­фициентов конструктивной преемственности, стандартизации, применяемости конструктивных элементов и др.

Коэффициент конструктивной преемственности характери­зует степень применения в новой конструкции изделия ранее ос­военных в производстве деталей и определяется по формуле

К_пр=n_осв/n_общ

где К_пр — коэффициент конструктивной преемственности; n_осв — число деталей в новой конструкции, ранее освоенных и использу­емых в производстве других изделий, шт.; n_обш — общее число деталей в новой конструкции, шт.

Коэффициент стандартизации характеризует уровень исполь­зования в новой конструкции стандартных и стандартизирован­ных деталей и определяется по формуле

К_СТ = п_ст/п_{о бщ},

где К_СТ — коэффициент стандартизации; п_ст — число стандартных и стандартизированных деталей в новой конструкции, шт.

Коэффициент применяемости конструктивных элементов характеризует степень повторения одних и тех же конструктив­ных элементов в различных деталях (резьб, диаметров отверстий, радиусов закругления и т.п.) и определяется следующим соотно­шением:

К_прим=q_общ/q_исп

где К_{п рим} — коэффициент применяемости конструктивных эле­ментов; q_общ — общее количество типоразмеров конструктивных элементов в конструкции нового изделия; q_иcп — количество ис­пользованных (повторяющихся) типоразмеров.

Чем больше коэффициент применяемости, тем менее разнооб­разны применяемые конструктивные элементы.

Общее состояние работ по стандартизации и унификации при разработке новой конструкции оценивается коэффициентом об­щей унификации

К_общ.у=(n_осв+n_з+n_пок+n_ст)/n_общ

где K_общ.у — коэффициент общей унификации; n₃ — количество наименований заимствованных деталей; n_пок — количество покуп­ных деталей.

Чем выше указанные коэффициенты, тем выше уровень стан­дартизации, ниже затраты на техническую подготовку производ­ства и изготовление изделия.

С производственной точки зрения новая конструкция будет считаться технологичной, а следовательно, и эффективной в том случае, если дополнительная прибыль (ДП), полученная в резуль­тате освоения, выпуска и реализации новой продукции, обеспе­чит рентабельность не ниже средней сложившейся рентабельности на предприятии-изготовителе. Этому условию должно удов­летворять неравенство:

где ΔП— дополнительная прибыль, полученная в результате реа­лизации нового изделия, руб.; ΔК — дополнительные капитало­вложения, связанные с освоением новой конструкции изделия, руб.; П — суммарная годовая прибыль предприятия-изготовителя до выпуска новой конструкции изделия, руб.; О_ф — стоимость производственных фондов предприятия-изготовителя, руб.

Изделие как объект эксплуатации характеризуют следующие показатели:

производительность в единицу времени; качество;

расходные показатели (затраты на приобретение изделия, экс­плуатацию изделия в единицу времени и т.д.)

С эксплуатационной точки зрения новая конструкция должна обладать:

большой надежностью (долговечностью, безотказностью, ре­монтопригодностью, сохраняемостью); удобством в обслуживании и ремонте; эстетичностью и безопасностью; эргономичностью;

большой производительностью в единицу времени; экономичностью в потреблении.

Кроме того, новая конструкция должна удовлетворять эколо­гическим требованиям.

Если эксплуатационные свойства новой техники повышаются по сравнению с ранее освоенной, то ее экономическая эффектив­ность определяется соизмерением капитальных вложений потре­бителя со снижением себестоимости работы, выполняемой новой техникой. Уровень эксплуатационной технологичности нового изделия может быть определен как отношение показателей тех­нологичности проектируемого и базового изделий.

Анализ эффективности внедрения новой техники. Расчеты, свя­занные с обоснованием новизны конструкции, имеют характер сравнительного анализа. Базой для сравнения должны служить лучшие отечественные и зарубежные аналоги. Если при одном из вариантов обеспечивается снижение текущих издержек производ­ства (себестоимости), то при равенстве капитальных вложений он будет наиболее выгодным.

При равной себестоимости эффективным признается вариант, при котором осуществляются меньшие капитальные вложения.

Если варианты отличаются не только капитальными вложени­ями, но и себестоимостью продукции, то их эффективность опре­деляется с помощью показателей годового экономического эф­фекта, приведенных затрат, срока окупаемости или коэффициен­та эффективности.

Годовой экономический эффект рассчитывают как разность приведенных затрат по базовому и новому вариантам:

Э_t=R₁-R₂,

где Э_г — годовой экономический эффект, руб.; R₁, R₂ — приве­денные затраты соответственно по базовому и новому вариантам конструкции, руб.

Вариант считается эффективным, если годовой экономический эффект имеет положительную величину. При сравнении более двух вариантов целесообразность внедрения новой техники оценива­ют по приведенным затратам.

Приведенные затраты рассчитываются по формуле

Ri=(S_i+E_H К_удi)N₂,

где Sj — себестоимость единицы продукции по i-му варианту, руб.; Е_н — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (ставка дисконта); К_удi — удельные капи­тальные вложения по i-му варианту, руб.; N₂, — годовой объем выпуска новых (проектируемых) изделий, шт.

Эффективным считается тот вариант новой техники, который имеет наименьшие приведенные затраты.

Срок окупаемости — это период, в течение которого допол­нительные капитальные вложения более капиталоемкого вариан­та окупаются в результате экономии от снижения себестоимости:

Т_ок.р = (К₂ – К₁)/[(S₁ - S₂)N₂],

где К₁, К₂ — капитальные вложения соответственно по базовому и проектному вариантам, руб.; S₁, S₂ — себестоимость единицы про­дукции соответственно по базовому и проектному вариантам, руб.

Вариант считается эффективным, если расчетный срок окупа­емости меньше нормативного (T_ок.р< Т_ок.н). Нормативный срок окупаемости — показатель, обратный нормативному коэффици­енту эффективности, Т_ок.н = 1 /Е_н.

Коэффициент эффективности — показатель, характеризую­щий экономию, приходящуюся на 1 руб. дополнительных капи­тальных вложений, определяется следующим образом:

E_Р = (S₁-S₂)N₂/(К₂-К₁)

Новый вариант техники считается более выгодным при усло­вии, если расчетный коэффициент эффективности больше нор­мативного (Е_р > Е_н).

Учет фактора времени в расчетах эффективности капитальных вложений. Отсутствие сопоставимости неравноценных денежных средств, авансированных в разные временные периоды, — серьез­ный недостаток при использовании простейших методов расчета эффективности капитальных вложений. Фактор времени необхо­димо учитывать, поскольку единовременные затраты осуществля­ются по годам, в течение ряда лет, а текущие затраты и конечные результаты хозяйственной деятельности промышленного предпри­ятия существенно изменяются по годам эксплуатации предприя­тия в результате капитальных вложений.

Текущие издержки в отличие от капитальных вложений посто­янно находятся в движении и зависят от времени оборота. При равной продолжительности осуществления капитальных вложений и текущих затрат сопоставлять их необязательно, так как в этом случае предпочтение отдается тому варианту, при котором затраты будут наименьшими. Фактически единовременные затраты разли­чаются не только величиной, но и структурой распределения их по годам авансирования. Текущие затраты осуществляются постоянно в процессе производства. Поэтому для более объективной оценки эффективности капитальных вложений все основные показатели, связанные с долгосрочным финансированием, должны быть пере­считаны с учетом снижения ценности денежных ресурсов.

Потеря отдачи может быть представлена как убыток. Убыток увеличивается по мере того, как возрастает период заморажива­ния, а в структуре авансируемого капитала повышается доля еди­новременных затрат, приходящихся на первый год. Следователь­но, капитальные вложения должны рассчитываться не по факти­ческой стоимости материализованных единовременных затрат, а с учетом потерь или убытка. Тогда приведенные капитальные вложения, материализованные в первый год, определяют по фор­муле

К_пр1= К_α1 (1 + Е_н),

где К_пр1 — общая сумма, авансированного капитала, руб.; К_α1 — доля авансированного капитала, приходящаяся на первый год; Е_н — норматив эффективности (процентная ставка на капитал, норма чистой прибыли, коэффициент дисконтирования).

На второй год потери от капитальных вложений, осуществлен­ных в первом году, увеличатся на Ка\Е_и и составят:

К_пр1= К_α1 (1 + Е_н)²,

Дополнительно возникнут потери от капитальных вложений во втором году авансирования:

К_пр2 = К_α2 (1 + Е_н)³.

Тогда за весь период замораживания приведенные капиталь­ные затраты

К_пр= К_α1 (1 + Е_н)^T-1+ К_α2 (1 + Е_н)^T-2+…+ К_αi (1 + Е_н)^T-i=∑ К_αi (1 + Е_н)^T-i

где Т — год начала эксплуатации производственных мощностей Т= t + 1; i — текущий период авансирования капитала (i = 0...t).

При сравнении вариантов наиболее выгодным признается тот вариант, при котором обеспечиваются минимальные приведен­ные капитальные затраты.

Данный метод учитывает потери, которые рассчитываются на конец авансирования единовременных затрат.

Приведение капитальных вложений к началу авансирования обусловливает обесценивание денежных средств и может быть рассчитано по формуле

где m — количество мероприятий по авансированию капитальных вложений.

Определение себестоимости на этапах НИОКР представляет определенную сложность, так как отсутствует необходимая ин­формация для проведения расчетов.

На себестоимость изделия влияют технологичность конструк­ции; технические, эксплуатационные и производственные пара­метры (объем производства, время освоения, уровень организа­ции производства).

Определить себестоимость изделия на стадии разработки мож­но приблизительно. Одним из методов определения себестоимо­сти на этапе подготовки производства является метод удельных показателей.

Метод удельных показателей основан на статистических пока­зателях удельной себестоимости единицы массы или какого-либо другого определяющего эксплуатационного параметра (себестои­мость единицы производительности, мощности, быстродействия в системе интегральных схем). При таких расчетах полагают, что затраты меняются пропорционально изменению определяющего параметра. На базе статистических данных о ранее выпускающих­ся изделиях аналогичного назначения определяется удельная се­бестоимость выбранного определяющего параметра

S_yд.б = S₆/P₆,

где Sуд.б — себестоимость базового изделия, руб.; Р_б — величина определяющего параметра базового изделия.

Себестоимость проектируемого изделия составит

S_пр=S_уд.бP_пр

где Р_пр — величина определяющего параметра проектируемого из­делия.

Этот метод обеспечивает точность лишь в условиях почти пол­ной аналогичности конструкций.

Для получения более точного результата себестоимости проек­тируемого изделия используется следующая формула:

S_пр=[S_м.удP_пр+t_удP_прC_т(1+0,01Н_нак)](1+К_в.н./100)

где Sм.уд — затраты на материалы, приходящиеся на единицу опре­деляющего параметра, руб. t_{y д} — трудоемкость на единицу опре­деляющего параметра, ч; С_т — часовая тарифная ставка, руб.; Н_нак — норматив накладных расходов (общепроизводственных и общехозяйственных затрат), %; К_вн — норма выработки, %.

Функционально-стоимостный анализ создаваемых конструкций. Функционально-стоимостный анализ (ФСА) — это метод системно­го исследования функций объекта, направленный на минимизацию затрат в сферах проектирования, производства и эксплуатации объекта при сохранении (повышении) его качества и полезности.

Цель ФСА — развитие полезных функций объекта при опти­мальном соотношении между их значимостью для потребителя и затратами на осуществление. Функции, выполняемые объектом, могут быть подразделены на основные, вспомогательные и не­нужные (бесполезные). Основные функции определяют назначе­ние изделия. Вспомогательными являются функции, способству­ющие выполнению основных функций и дополняющие их. Не­нужные функции не содействуют выполнению основных функ­ций объекта, а напротив, ухудшают технические параметры или экономические показатели объекта.

ФСА изделия состоит в определении затрат на выполнение функций по каждому варианту в расчете на единицу полезных свойств изделия в целом или по элементу и выборе варианта с наименьшими затратами.

Стоимость выполнения функции по каждому варианту скла­дывается из затрат на выполнение отдельных подфункций (затрат на изготовление деталей и узлов) и определяется по формуле

где P_Fi — стоимость выполнения i-й основной функции, руб.; k_д — количество подфункций (деталей, узлов), необходимых для вы­полнения основной функции по данному варианту; S_Fij. — затраты на выполнение i-й подфункции (стоимость детали, узла) для вы­полнения i-й основной функции.

Оптимальный вариант конструктивного исполнения структур­ного элемента изделия выбирается по критерию минимальных затрат на его изготовление и эксплуатацию по формуле

где Кi — коэффициент затрат на выполнение i-й функции; Р_экi — затраты на осуществление i-й функции в эксплуатации; Q_i, — по­казатель абсолютной или относительной полезности рассматри­ваемого элемента, выполненного по данному варианту.

ФСА проводится в несколько этапов. На первом этапе уточняют объект анализа — носитель затрат. На втором этапе проводят сбор информации об исследуемом объекте (назначение, технико-экономические характеристики) и составляющих его ком­понентах (функции, материалы, себестоимость). На третьем этапе подробно изучают функции изделия (их состав, степень полезности), его стоимость и возможности ее уменьшения путем отсечения второстепенных и бесполезных функций. Это могут быть не только технические, но и органолептические, эстетические и другие функции изделия и его узлов и деталей. Для этого может быть использован принцип Эйзенхауэра (ABC-анализ), в соответ­ствии с которым функции подразделяются на три группы:

группа А — главные, основные, полезные;

группа В — второстепенные, вспомогательные, полезные;

группа С — второстепенные, вспомогательные, бесполезные.

На четвертом этапе оценивают предлагаемые варианты изменения разработанного изделия путем внесения изменений в конструкцию изделия, технологию производства, замены соб­ственного производства покупными комплектующими, замены ма­териала и (или) поставщика материала, оптимизации объемов за­купок и т.д. На пятом этапе отбирают наиболее приемлемые для данного объекта варианты разработки и усовершенствования изделия.

Выработанные по результатам проведенного функционально- стоимостного анализа рекомендации позволят повысить качество выпускаемой продукции и снизить расходы на их производство в расчете на единицу продукции.