Организация и экономика обеспечения ТКИ

Коэффициент шероховатости поверхности

где Б_ср — среднее числовое значение параметра шероховатости (предпочтительно по параметру R_a).

Термины и определения основных понятий при обес­печении ТКИ.

В области обеспечения ТКИ для организа­ционных мероприятий, количественной оценки и показа­телей ТКИ установлены следующие термины.

Термины в области организации работ:

обеспечение ТКИ — функция подготовки производ­ства, включающая комплекс взаимосвязанных мероприя­тий по управлению процессом обеспечения технологич­ности и совершенствованию условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте изделия;

отработка конструкции изделия на технологичность — часть работ по обеспечению ТКИ, направленная на дости­жение заданного уровня технологичности и выполняемая на всех стадиях разработки изделия;

технологический контроль конструкторской докумен­тации (КД) — контроль КД, при котором проверяется соответствие конструкции изделия требованиям техноло­гичности.

Термины в области количественной оценки ТКИ:

показатель ТКИ — количественная характеристика технологичности конструкции изделия (Q);

базовый показатель ТКИ — показатель, принятый за исходный при оценке технологичности (Q₆);

частный показатель ТКИ — показатель технологич­ности, характеризующий одно из входящих в нее свойств

комплексный показатель ТКИ — показатель техноло­гичности, характеризующий несколько входящих в нее частных или комплексных свойств (Q_Σ = q₁ .... q_N);

уровень ТКИ — показатель, выражаемый отношением значения показателя данного изделия к значению соответ­ствующего базового показателя ТКИ.

Общие показатели ТКИ:

материалоемкость изделия — воплощенные в конструкции затраты материальных ресурсов, необходимых для производства, эксплуатации и ремонта изделия;

металлоемкость изделия — воплощенные в конструк­ции затраты металла, необходимого для производства, эксплуатации и ремонта изделия;

энергоемкость изделия — воплощенные в конструк­ции затраты топливно-энергетических ресурсов, необхо­димых для производства, эксплуатации и ремонта изделия;

удельная материалоемкость изделия — отношение ма­териалоемкости изделия к номинальному значению основ­ного параметра или полезному эффекту, получаемому при использовании изделия по назначению.

Производственные (ремонтные) показатели ТКИ:

трудоемкость изделия в изготовлении (ремонте) — воплощенные в конструкции суммарные затраты труда на выполнение технологических процессов изготовления (ремонта) изделия;

удельная трудоемкость изделия в изготовлении (ре­монте) — отношение трудоемкости изделия в изготовлении (ремонте) к номинальному значению основного параметра или к полезному эффекту, получаемому при использова­нии изделия по назначению;

технологическая себестоимость изделия в изготовлении (ремонте) — воплощенные в конструкции суммарные за­траты средств на осуществление технологических процес­сов изготовления (ремонта) изделия;

коэффициент применяемости материала — отношение нормы расхода данного материала к сумме норм расхода всех материалов на изготовление (ремонт) изделия.

Эксплуатационные показатели ТКИ:

средняя оперативная трудоемкость изделия в техниче­ском обслуживании (текущем ремонте) данного вида — математическое ожидание оперативной трудоемкости из­делия в техническом обслуживании (текущем ремонте) данного вида за определенные периоды эксплуатации или наработку;

средняя оперативная продолжительность технического обслуживания (текущего ремонта) данного вида — мате­матическое ожидание продолжительности технического обслуживания (текущего ремонта) данного вида за опре­деленные периоды эксплуатации или наработку.

Цели и задачи обеспечения ТКИ.

Цель обеспечения ТКИ заключается в придании конструкции изделия та­кого комплекса свойств, при котором достигаются опти­мальные значения затрат всех видов ресурсов при произ­водстве, эксплуатации и ремонте изделия для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выпол­нения работ.

Целевая функция управления процессом разработки изделия по заданным показателям ТКИ должна обеспе­чивать возможность экстремального управления

Y(Q, Q₆) → extr,

Q € S

где Q, Qб— значения соответственно достигнутого на данном этапе разработки и базового показателя ТКИ;

S — область допустимого изменения показателя ТКИ;

Достижение экстремальной цели (2) связано с решением следующих основных задач обеспечения ТКИ:

прогнозирование, установление и применение базовых показателей ТКИ для данного вида изделий;

отработка конструкции изделия на технологичность при технической подготовке производства и, в обоснован­ных случаях, при изготовлении изделия;

совершенствование условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте;

количественная оценка ТКИ;

технологический контроль конструкторской докумен­тации; .

подготовка и внесение в конструкторскую документа­цию изменений, обеспечивающих достижение базовых показателей ТКИ, в соответствии с результатами техноло­гического контроля.

Повышение уровня ТКИ является одним из главных направлений повышения эффективности промышленного производства при незначительных дополнительных затра­тах на его осуществление.

Обеспечение ТКИ направлено на экономию всех видов ресурсов (трудовых, материальных, энергетических, фи­нансовых и времени) на всех стадиях жизненного цикла изделия.

Обеспечение ТКИ является составной частью работ по проектированию и принятию решений по совершенство­ванию конструкции изделия, технологии его производ­ства, эксплуатации и ремонта (рисунок 11.1).

Рисунок 11.1. - Контуры приня­тия решений при обеспе­чении ТКИ:

1 — по конструкции изде­лия: 2 — по совершен­ствованию технологии

про­изводства изделия; 3 — по совершенствованию эксплуа­тации и ремонта

Главные факторы, определяющие требования к обес­печению ТКИ.

Главными факторами, влияющими на обеспечение ТКИ, являются: вид изделия, его конструк­тивная сложность, новизна конструкции изделия, харак­теристика исходных материалов, стадия разработки.

Вид изделияопределяет исходные конструктивные и технологические признаки, обусловливающие основные требования к обеспечению ТКИ. К этим признакам, на­пример, относятся: способ изготовления или сборки изде­лия, условия комплектации изделия, группирование изде­лий по общим конструктивным признакам, полнота и завершенность конструктивного исполнения, тип произ­водства.

Состав и структура изделия, в соответствии с кото­рыми выполняют конструкторскую документацию, яв­ляются основными признаками деления изделий на виды в сферах проектирования и производства. По этим при­знакам все многообразие разрабатываемых и производимых изделий (от простых деталей до сложнейших техничес­ких систем) может быть разделено в соответствии о ГОСТ 2.101—68 на четыре вида: детали, сборочные еди­ницы, комплексы и комплекты. В зависимости от наличия или отсутствия составных частей эти изделия могут быть отнесены к специфицированным (сборочные единицы, ком­плексы, комплекты) или неспецифицированным (детали).

При организации опытно-конструкторских работ часто классифицируют изделия по условиям их комплектации. К комплектующим относят изделия (детали), предназна­ченные для сборки другого изделия в качестве его состав­ных частей. При этом широко используют термины «по­купное изделие» и «кооперированное изделие».

Покупными являются изделия (составные части), по­лучаемые предприятием в готовом виде по конструктор­ской документации предприятия-поставщика.

К кооперированным относят изделия (составные ча­сти), получаемые предприятием в готовом виде по его конструкторской документации.

На изделия, обладающие общими конструктивными признаками, выпускают групповые конструкторские до­кументы, содержащие данные о двух и более изделиях. По признаку общности конструктивных исполнений раз­личают:

изделие однотипного исполнения — изделие, не взаи­мозаменяемое с другими изделиями, обладающими об­щими с ним конструктивными признаками, и оформлен­ное общим основным групповым конструкторским доку­ментом;

изделие основного исполнения — однотипное изделие первого исполнения, условно принятого за основное;

изделие неосновного исполнения — однотипное изде­лие любого исполнения, за исключением основного.

На различных стадиях разработки конструкторской документации и. освоения производства изделий, уста­новленных ГОСТ 2.103—68, используют несколько по­нятий видов изделий, образованных по признаку полноты и завершенности конструктивного исполнения:

макет — изделие, воспроизводящее разрабатываемое изделие или его составные части в объеме, необходимом для проверки принципов их работы при создании экспе­риментального образца, выполнении проектной или рабо­чей документации;

экспериментальный образец изделия — изделие, изго­товленное при проведении научно-исследовательских работ для проверки основных технических решений, параме­тров и характеристик, подлежащих использованию при разработке изделия;

модель изделия — изделие, воспроизводящее разра­батываемое изделие полностью в другом масштабе или частично (упрощенно) в любом масштабе для иллюстра­ции внешнего вида изделия и взаимосвязи его составных частей либо для проверки принципа работы изделия на стадиях его разработки;

опытный образец изделия — изделие, изготовленное по вновь разработанной рабочей конструкторской доку­ментации для проверки его соответствия техническому заданию, последующей необходимой корректировки доку­ментации и подготовки технологического процесса изго­товления основных составных частей изделия (в отдельных случаях для этой цели изготовляют опытную партию изделий);

изделие установочной серии — изделие, изготовлен­ное по документации, уточненной по результатам изготов­ления и испытания опытного образца или опытной партии для контроля его соответствия техническому заданию, про­верки технологического процесса изготовления изделия и последующей необходимой корректировки документации;

изделие головной серии — изделие, изготовленное по документации, уточненной по результатам изготовления и испытания установочной серии, для контроля соответ­ствия его техническому заданию и принятия решения о дальнейшем выпуске изделий в серийном (массовом) производстве.

В зависимости от типа производства, определяемого объемом, регулярностью повторения и непрерывностью выпуска изделий, стабильностью номенклатуры изделий, специализацией рабочих мест, соответствующей техноло­гической оснащенностью и методами организации произ­водства, различают:

изделие единичного производства, изготавливаемое в условиях единичного производства в количестве одной или нескольких штук (изделие, изготовленное единожды без каких-либо предпосылок дальнейшего изготовления, называют изделием разового изготовления);

изделие серийного производства, изготавливаемое в ус­ловиях серийного производства периодически повторяющи­мися сериями по единой конструкторской документации;

изделие массового производства, изготавливаемое не­прерывно в условиях массового производства по единой конструкторской документации.

В соответствии с ГОСТ 2.101—68 существуют два вида изделий различной сферы потребления (по отноше­нию к производителю):

изделие основного производства, предназначенное для поставки предприятием-изготовителем потребителю;

изделие вспомогательного производства, предназна­ченное для собственных нужд предприятия, изготовля­ющего его.

Одно и то же изделие может быть изделием как основ­ного, так и вспомогательного производства. Между изде­лиями этих двух видов существенных различий нет, поскольку порядок формирования конструкторской доку­ментации на них, стадии (последовательность) их раз­работки и освоения по существу являются одинаковыми, и по мере развития специализации и кооперирования в промышленности и организации централизованного изго­товления грани между ними исчезают. Поэтому порядок организации опытно-конструкторских работ и отработки конструкций на технологичность является, по сути, еди­ным для изделий основного и вспомогательного произ­водств .

Конструктивная сложность изделия— относительная характеристика его состава и структурного исполнения, определяющая дополнительные конструктивные признаки и соответствующие требования к обеспечению тexнологической рациональности конструкции изделия.

Конструктивная сложность изделия существенно влияет на следующие факторы:

интенсивность нарастания информации о разрабаты­ваемом объекте (по мере перехода к новым стадиям раз­работки), необходимой для последующего освоения его в производстве и эксплуатации, и, в конечном счете, на сроки технической подготовки производства;

условия комплектации изделий, организацию и за­траты труда в процессах изготовления, технического обслуживания и ремонта.

Сложность конструкции изделия часто выражают чис­лом образующих изделие составных частей или конструк­тивных элементов. Для определения коэффициента кон­структивной сложности изделия используют зависимость

где М, М_а— число составных частей (элементов) в испол­нении соответственно разрабатываемого образца и ана­лога. Если М_аравно предельно допустимому числу составных частей (элементов), 0 < К_сл < 1.

Сложность конструкции существенно влияет на ресурсоемкость изделия, поэтому она часто учитывается при расчетах трудоемкости разрабатываемого изделия по данным аналога.

На конструктивную сложность изделия можно воз­действовать методами агрегирования его составных ча­стей и блочно-модульного построения структуры испол­нения изделия.

Эти методы упрощают проектирование изделия и отработку его конструкции на технологичность, улучшают условия его изготовления на основе специализации и кооперирования, облегчают процессы монтажа, техниче­ского обслуживания и ремонта.

Новизна конструкции изделияопределяет дополни­тельные конструктивные признаки, обусловливающие тре­бования к обеспечению преемственности конструкции изделия.

Новизна конструкции изделия существенно влияет на выбор рационального состава стадий и этапов технической подготовки производства, обязательных для их про­хождения при создании и освоении изделия, а также на возможность сокращения номенклатуры составных ча­стей изделия и необходимых для их изготовления и ремонта средств технологического оснащения, развития специализации основного и ремонтного производства, снижения расхода материалов на запасные части и т. п. Являясь абсолютной характеристикой изделия, но­визна его конструкции может быть выражена относи­тельным показателем

где М_н— число новых составных частей (элементов) в ис­полнении разрабатываемого образца изделия; 0 ≤ К_н≤ 1.

На новизну конструкции изделия можно воздейство­вать методами унификации его составных частей (эле­ментов), типизации структурных компоновок, группового или базового проектирования и т. п.

Эффективность, этих методов проявляется на всех стадиях жизненного цикла изделия в сокращении сроков проектирования и освоения новой техники, повышении гибкости и мобильности производства, сокращении всех видов ресурсов, расходуемых на изготовление, техническоё обслуживание и ремонт изделия.

Характеристика исходных материалов, выбираемых для изготовления изделий, является основным фактором, определяющим требования к' обеспечению технологиче­ской рациональности и преемственности конструктивных элементов изделий.

От характеристики исходных материалов существенно зависят выбор рациональных технологических методов и высокопроизводительных средств технологического осна­щения процессов изготовления, технического обслужива­ния и ремонта, рациональное сокращение сортамента и марок используемых материалов и необходимых для их обработки видов средств технологического оснащения, возможность применения прогрессивных технологических процессов и операций.

Для упорядочения сортамента и марок исходных ма­териалов могут быть использованы ограничительные пе­речни, регламентирующие те из них, которые могут быть применены в данном изделии. Этому же способствует унификация сортамента и марок материалов, проводимая непосредственно в процессе проектирования изделия.

Стадия разработкииграет существенную роль в опре­делении требований к обеспечению ТКИ, поскольку для каждой стадии характерны своеобразная целевая уста­новка, отличные от других стадий глубина конструктор­ской проработки технических решений и степень укруп­нения их технико-экономических оценок.

Разработка изделия — сложный, многоступенчатый процесс, для которого характерны три четко выраженные фазы:

первая фаза (разработка технического задания)— процесс установления исходных требований и формирова­ния предварительных (возможных и желательных) очер­таний объекта разработки;

вторая фаза (разработка проектной конструкторской документации) — процесс последовательно углубляемой технико-экономической проработки инженерных решений, осуществляемый исходя из данных технического задания, результатов научно-исследовательских работ и практи­ческого опыта;

третья фаза (разработка рабочей конструкторской документации) — процесс материального воплощения ре­зультатов инженерного поиска, систематизации опытно-промышленных данных и сопоставления их с техническим заданием, внесения необходимых уточнений в докумен­тацию.

Ко второй фазе в зависимости от новизны и сложности конструкции изделия могут быть отнесены:

многократное (многовариантное) моделирование объ­екта в документации, сопоставление и анализ различных моделей, основанных на сочетании различных по новизне, сложности и другим признакам составных элементов, и выделение оптимального варианта (разработка техниче­ского предложения);

проработка и изучение основных составляющих эле­ментов оптимального варианта модели объекта и прин­ципов их взаимодействия (разработка эскизного проекта);

всесторонняя проработка модели объекта, всех ее элементов и их взаимосвязей, позволяющая получить полное представление об устройстве и принципе работы объекта и принять окончательные технические решения по исходным материалам, составу и структуре изделия (разработка технического проекта).

Система обеспечения ТКИ должна предусматривать возможность принятия решений как по конструкции изделия, так и по условиям его производства, эксплуата­ции и ремонта уже на ранних стадиях проектирования. Конструктор не может перейти от одного этапа конструи­рования к другому, не обеспечив требований ТКИ. Однако обеспечение конструктивной и технологической преем­ственности облегчает задачу создания конструкции, так как упорядочивает состав этапов и сокращает сроки подготовки производства.

Преемственность конструкции изделия неизбежно вле­чет за собой преемственность методов и средств производ­ства. Это позволяет пересмотреть структуру традицион­ного цикла подготовки производства: проектирование изделия — разработка технологических процессов — про­ектирование и изготовление средств технологического оснащения и представить его в виде задач, решаемых во взаимосвязи практически параллельно, максимально ис­пользуя все ценное, что накоплено в конструкции изде­лий, технологии их изготовления и средствах производ­ства (рисунок 11.2).

 

Рисунок 11.2. - Блок-схема технической подготовки производства

и эксплуата­ции нового изделия:

ОКТ— отработка конструкции изделия на технологичность; СТМ—со­вершенствование технологических методов изготовления, эксплуатация и ремонта; ССО — совершенствование средств технологического оснащения (ТО);ЛД— конструкторская документация; ТД — технологическая документация.

 

Содержание и последовательность работ по обеспече­нию ТКИ.

В состав работ по обеспечению ТКИ входят разнообразные мероприятия по достижению технологиче­ской рациональности и оптимальной преемственности конструкции изделия, преимущественно направленные на следующие цели:

снижение трудоемкости и технологической себестои­мости изделия в изготовлении и монтаже вне предприятия-изготовителя;

снижение трудоемкости, технологической себестоимо­сти изделия в эксплуатации и ремонте и продолжитель­ности технического обслуживания и ремонта изделия;

снижение материалоемкости и энергоемкости изделия, прежде всего их важнейших составляющих — расхода металла и топливно-энергетических ресурсов при изго­товлении, монтаже вне предприятия-изготовителя, тех­ническом обслуживании и ремонте.

Комплекс работ по снижению трудоемкости и техноло­гической себестоимости изделия в изготовлении и монтаже вне предприятия-изготовителя в общем случае включает:

повышение серийности выпуска изделия и его состав­ных частей на основе их стандартизации, унификации и обеспечения конструктивного подобия;

ограничение номенклатуры составных частей, кон­структивных элементов и применяемых материалов;

применение в разрабатываемых конструкциях освоен­ных в производстве конструктивных решений, соответ­ствующих современным требованиям;

разработку конструктивных решений, позволяющих применить высокопроизводительные и малоотходные технологические методы, основанные на типизации процессов и прогрессивных формах их организации, а также стан­дартные средства технологического оснащения, обеспечи­вающие 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, контроля, 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.

Комплекс работ по снижению трудоемкости, технологи­ческий себестоимости изделия в эксплуатации и ремонте и продолжительности технического обслуживания и ре­монта изделия в общем случае включает:

использование конструктивных решений, позволяю­щих снизить затраты на подготовку к работе по назначе­нию, технический контроль, техническое диагностирова­ние и транспортирование изделия;

применение конструктивных решений, уменьшающих затраты ресурсов на обеспечение доступа к составным частям, замену составных частей изделия такими же ча­стями при сохранении установленного качества изделия в целом, установку и съем составных частей изделия, вос­становление геометрических характеристик и качества поверхности детали;

повышение уровня унификации и стандартизации со­ставных частей изделия;

ограничение числа сменяемых составных частей изде­лия, номенклатуры материалов, инструмента, вспомога­тельного оборудования и приспособлений;

использование конструктивных решений, облегчаю­щих и упрощающих условия технического обслуживания и ремонта для ограничения требований к квалификации персонала, осуществляющего техническое обслуживание и ремонт.

Комплекс работ по снижению материалоемкости и энергоемкости изделия в общем случае включает:

применение рациональных сортаментов и марок ма­териалов, рациональных способов получения заготовок, методов и режимов упрочнения деталей;

разработку и применение прогрессивных конструктивных решений, позволяющих повысить ресурс изделия и использовать малоотходные и безотходные технологические процессы;

разработку рациональной компоновки изделия, обеспе­чивающей сокращение расхода материала и энергии при монтаже вне предприятия-изготовителя;

внедрение обоснованных запасов прочности металло­конструкций, типовых методов расчетов и испытаний изделия.

Опытно-конструкторская разработка нового изделия представляет собой сложный, многоступенчатый процесс, включающий:

формулирование цели (разработка технического зада­ния);

информационное моделирование изделия (разработка технического предложения, эскизного и технического проектов, а также рабочей конструкторской документа­ции для изготовления опытного образца или опытной партии изделий);

изготовление и экспериментальное исследование на­турных образцов изделия в период освоения его произ­водства (разработка рабочей конструкторской докумен­тации для изготовления изделий установочной и головной или контрольной серии установившегося серийного или массового производства).

Техническое задание является важнейшим исходным документом, определяющим целенаправленность и ра­циональную последовательность проектирования изделия. В процессе разработки технического задания на основе анализа и сопоставления данных практического опыта и результатов научно-исследовательских работ с потреб­ностями народного хозяйства формируются предваритель­ные (возможные и желательные) качественные характе­ристики изделия.

В общем случае в техническом задании согласно ГОСТ 15.001—73 указывают

требования к конструктивному устройству изделия, к показателям его качества, составным частям, сырью, исходным и эксплуа­тационным материалам, к стадиям и этапам разработки и т.д. В частности, в разделе «Технические требования» определяются требования к производственной и эксплуа­тационной технологичности, позволяющие достигать за­данные значения показателей качества изделия в условиях его изготовления и эксплуатации при минимальных за­тратах средств и времени на выполнение работ и высокой производительности труда, а также требования к исполь­зованию унифицированных и стандартизованных деталей и сборочных единиц.

В состав работ по обеспечению ТКИ при разработке технического задания на изделие входят:

сбор информации о технологичности конструкций изде­лий-аналогов;

выбор номенклатуры и расчет значений базовых пока­зателей технологичности;

установление требований к технологичности разраба­тываемой конструкции изделия.

Основное содержание работ по обеспечению ТКИ на стадиях разработки проектной документации приведено на рисунке 11.3.

При информационном моделировании изделия на каж­дой стадии разработки конструкторской документации показатели технологичности конструкции объекта раз­работки сопоставляются с базовыми показателями тех­нологичности, установленными в техническом задании. В случае рассогласования этих показателей конструктор назначает основные изменения, которые можно без ущерба для других показателей качества изделия внести в раз­рабатываемую конструкцию, и, корректирует принятые ранее конструктивные решения до полного устранения рассогласования. Успешному решению этой задачи спо­собствует технологический контроль конструкторской до­кументации.

После приемки опытного образца (опытной партии) изделия и выдачи разрешения на его освоение осуществ­ляются планомерное технологическое оснащение произ­водства, проверка качества изделия, в том числе техно­логичности его конструкции, и сопоставление его пока­зателей с показателями, регламентированными техниче­скими условиями, а в случае рассогласования этих пока­зателей — внесение в конструкцию изделия необходимых изменений и корректировка документации на него.

 

Рисунок 11.3. - Основное содержание работ по обеспечению ТКИ на стадиях разработки проектной конструкторской документации

При обеспечении ТКИ значение решаемых задач на разных стадиях разработки конструкции различно. Наи­большее значение имеют конструктивные решения на ранних стадиях, когда определяются основные конструктивные и технологические признаки изделия, характе­ризующие технологичность его конструкции. Статисти­ческие данные, имеющиеся в машиностроении, позволяют наглядно представить распределение объема и эффектив­ности работ по обеспечению ТКИ на стадиях разработки изделия (рисунок 11.4).

Методы и приемы отработки конструкции изделия на технологичность.Отработку конструкции изделия натехнологичность при выполнении опытно-конструкторских работ целесообразно проводить на основе комплексного использования специальных методов и приемов конструи­рования, обеспечивающих технологическую рациональ­ность и преемственность конструкции изделия. Все методы и приемы, используемые при отработке конструкции на технологичность можно разделить на три группы: