Обеспечение технологичности конструкций изделий

Обеспечение технологичности конструкции изделия — это ком­плекс взаимосвязанных мероприятий по управлению технологич­ностью и совершенствованию условий выполнения работ при про­изводстве, техническом обслуживании и ремонте изделий.

Решаемые при выполнении указанной функции ТПП (рис. 1.1) основные задачи относятся к наиболее трудноформализуемым. Для их решения нет достаточно разработанного математическо­го аппарата, строгих формальных методик, а результат в значи­тельной мере зависит от опыта, знаний и творческой интуиции формирующих его специалистов.

Каждую из указанных на рис. 1.1 задач можно решать для конструкции заготовки, детали, сборочной единицы и изделия в целом.

Технологический контроль конструкторской документа­ции на изделие имеет целью выявление степени ее соответствия реальным производственно-технологическим условиям. Для оцен­ки уровня технологичности конструкции в информационном обеспечении должны быть представлены выбранные показатели технологичности. Формирование их номенклатуры является са­мостоятельной, сложной и неоднозначно решаемой задачей.

Базовые значения показателей, необходимые для оценки уров­ня технологичности разрабатываемой конструкции, указывают в техническом задании на разработку изделия, а для отдельных видов изделий, номенклатура которых установлена по отраслям, — в отраслевых стандартах. Существует два способа задания таких показателей. Во-первых, базовые значения могут быть заданы как множество предельных нормативов, обязательных для вы­полнения в разрабатываемом изделии. Конкретное (базовое) из­делие, обладающее набором значений показателей технологич­ности, при этом не задают. Во-вторых, базовые значения пока­зателей можно взять у аналогичного (базового) изделия, принятого за ближайший прототип разрабатываемого изделия.

Число и состав показателей технологичности конструкции разрабатываемого изделия, используемых для определения уров­ня технологичности, и состав базовых показателей должны пол­ностью совпадать. Технологичной считается конструкция, зна­чения показателей технологичности которой совпадают со зна­чениями базовых показателей или превосходят их.

Если желательным направлением изменения показателя К _i технологичности является его минимизация, то должно соблю­даться условие

К^б _i ≥ К^н _i,

если же желательным направлением изменения показателя К _i  яв­ляется его максимизация, то

К^б _i ≤ К^н _i,

где К^б _i,К^н _i — соответственно показатели технологичности у ба­зового и нового (разрабатываемого) изделия.

Уровень технологичности К _yi разрабатываемого изделия по показателю К _i будет

Значение K _{y i}  при подготовке к отработке конструкции на техно­логичность в относительных единицах показывает требуемое на­правление проведения конструкторско-технологических мероп­риятий.

Базовое изделие, принимаемое за ближайший прототип для сравнения с разрабатываемым, должно отвечать следующим тре­бованиям: быть возможно более близким к разрабатываемому изделию по времени разработки, служебному назначению, ос­новным эксплуатационным показателям, а также отвечать по воз­можности мировому уровню техники. Например, при отработке на технологичность двигателя грузового автомобиля в качестве базового изделия нельзя выбирать двигатель гусеничного трак­тора или сравнивать по технологичности вал лебедки и вал ро­тора турбины.

Иногда после завершения отработки изделия на технологич­ность требуется дать итоговую оценку уровня технологичности изделия в целом в соответствии с выбранным составом показа­телей, выразив ее по возможности одним числом. Тем самым возникает необходимость преобразования частных критериев (ча­стных уровней технологичности по конкретным показателям) в единый комплексный критерий. Эту задачу можно решить, ис­пользуя математический аппарат, изложенный в § 3.5 т. 1 насто­ящего учебника.

На ранних стадиях разработки конструкторской документа­ции на изделие оценка уровня технологичности крайне необхо­дима, но затруднительна ввиду неполноты имеющейся инфор­мации или вообще невозможна, если ее проводить по множе­ству показателей. В этой связи технологичность конструкции оценивают в два этапа. На первом (предварительном) этапе ее проводят лишь по одному комплексному показателю — матери­алоемкости или ее удельной величине, на втором (окончатель­ном) — по номенклатуре показателей технологичности конст­рукции, выбираемых в зависимости от вида изделия, специфи­ки и сложности конструкции, объема выпуска, типа производства, стадии разработки конструкторской документации. Предваритель­ную оценку целесообразно организовать и проводить на стадии эскизного проекта. При этом, если будет установлено, что пока­затель материалоемкости (удельной материалоемкости) конструк­ции изделия превышает значение, установленное техническим заданием, то конструкцию необходимо переработать или снять

с разработки. В противном случае приступают к созданию рабо­чей конструкторской документации.

Показатель материалоемкости, или материалоемкость, изде­лия — расход материала, необходимого для производства и тех­нической эксплуатации изделия с учетом его конструктивных особенностей — определяют по формуле

где М_с— масса сухого изделия, т. е. масса изделия как совокуп­ность масс его составных частей без твердых, жидких, газооб­разных и плазменных наполнителей, расходуемых в процессе эк­сплуатации; М_отх— масса технологических отходов и потерь — количество материала, которое не содержится в изделии, но зат­рачено на его производство или безвозвратно потеряно в про­цессе его изготовления; М_эк— расход материала на эксплуата­цию изделия (на запасные части).

Наиболее технологичным из сравниваемых вариантов конст­рукции изделия является вариант, для которого значение Мближе к единице.

Показатель удельной материалоемкости, или удельная мате­риалоемкость изделия, характеризует расход материалов, необхо­димых для получения единицы полезного эффекта от использо­вания изделия по назначению. Полезный эффект может быть выражен характеризующим его основным параметром. Напри­мер, для энергетических машин полезный эффект можно опре­делить так:

где W — мощность или производительность изделия; R — ре­сурс работы изделия либо средний ресурс до первого капиталь­ного ремонта, либо срок службы. Конструктор вправе самостоя­тельно задать параметр, характеризующий полезный эффект из­делия, исходя из его функционального назначения.

Удельная материалоемкость

где М _изг— расход материала на изготовление и эксплуатацию изделия,

Чем ближе к нулю удельная материалоемкость, тем изделие счи­тается более технологичным.

После оценки уровня технологичности становятся достаточ­но ясными недостатки конструкции, что позволяет наметить ос­новные конструктивно-технологические мероприятия, подробно разрабатываемые на следующей стадии обеспечения технологич­ности.

Отработку конструкции на технологичность проводят на всех стадиях проектирования изделия (техническое предложение, эскизный и технический проекты, рабочая конструкторская до­кументация), при ТПП и, когда это обосновано, при изготов­лении изделия. После подготовки рабочей конструкторской до­кументации эффективность отработки конструкции на техно­логичность резко падает, так как в этом случае невозможны принципиальные ее изменения (а именно они дают максималь­ный эффект).

Для обеспечения технических требований при изготовлении конструктивных элементов изделия необходимо принятие соот­ветствующих технических решений (ТР), которые можно рас­сматривать как фрагменты укрупненного технологического про­ектирования. На этом этапе отработки конструкции изделия на технологичность намечают основное содержание необходимых технологических переходов, операций, отдельных фрагментов или даже процесса в целом; осуществляют предварительный выбор оборудования, СТО и т.д. При этом следует учитывать реаль­ные технологические возможности предприятия-изготовителя. По сути, необходимо решить, возможно ли изготовление изделия в условиях предприятия-изготовителя и каким образом, с помо­щью какого технологического оборудования и СТО. Желатель­но, чтобы принимаемые ТР хотя бы по качественным оценкам приближались к оптимальным для заданных условий.

При совместной оптимизации ТР и конструктивно-техноло­гических параметров элементов изделия принимают окончатель­ные решения о возможных изменениях его конструкции. Опти­мизацию можно проводить как на уровне качественных оценок, так и с выполнением необходимых технико-экономических рас­четов. Могут быть использованы общие требования к техноло­гичности заготовок, деталей, сборочных единиц в зависимости от предполагаемых методов их изготовления, изложенные в со­ответствующих главах данного учебника, а также апробированные рекомендации об эффективных мероприятиях, представлен­ные в специальной литературе.

В результате оптимизации формируют предложения по воз­можным изменениям конструктивно-технологических парамет­ров изделия, которые рассматривают и представляют не только в отдельности, но и в их совокупности. Предложения передают в службы конструкторской подготовки, и после их рассмотре­ния и согласования в конструкцию изделия в установленном стандартами порядке вносят изменения. Отработка конструк­ций на технологичность предъявляет особые требования к вы­полняющим ее специалистам, которые должны обладать глубо­кими конструкторскими и технологическими знаниями. Наи­больший эффект дает совместная работа конструктора и технолога. Ответственным за обеспечение технологичности из­делия является предприятие (организация) — разработчик из­делия.