Главный критерий технологичности конструкции — ее экономическая целесообразность при заданном качестве и принятых условиях производства, эксплуатации и ремонта. 2 страница

К основным методам конструктивной стандартизации относятся внедрение конструктивных стандартов (нормалей), создание параметрических рядов (гамм) машин, агрегатирование и обеспечение конструктивной преемственности. Введение нормоконтроля имеет большое воспитательное и организующее значение, поскольку он заставляет конструкторов уважать стандарты и унификацию. Кроме того, задачей нормоконтроля является проверка правильности выполнения конструкторских документов в соответствии с требованиями ЕСКД.

Создание параметрических рядов (гамм) — один из наиболее эффективных методов конструирования изделий. Под параметрическим рядом подразумевается совокупность изготовляемых на данном заводе или в данной отрасли машин, приборов или иного оборудования одного эксплуатационного назначения, аналогичных по кинематике или рабочему процессу, но различных по габаритам, мощностным или эксплуатационным параметрам. Каждый параметрический ряд имеет свое основание (базовую модель) и полученные на его основе производные. Конструирование начинается с выбора основания.

Агрегатирование — это форма унификации, т. е. создания рядов унифицированных узлов и агрегатов, используемых для разработки разнообразных изделий. Агрегатирование позволяет создавать сборно-разборное оборудование, состоящее из взаимозаменяемых нормализованных элементов. При необходимости оно может быть разобрано, а входящие в него агрегаты использованы в новых сочетаниях для создания другого оборудования. При этом количество типов и размеров основных элементов конструкции оборудования сокращается в десятки раз. Обеспечение конструктивной преемственности — применение в конструкции нового изделия, узлов и деталей ранее освоенных изделий, хорошо зарекомендовавших себя в работе. Применение их не отражается на качестве новых конструкций.

Новая или усовершенствованная техника должна быть лучше и эффективнее той, взамен которой она создается с производственной или эксплуатационной точки зрения.

В первом случае к новой (усовершенствованной) конструкции предъявляются требования как к объекту производства на заводе-изготовителе. Главным здесь является экономичность производства и минимальные сроки его подготовки и освоения. Экономичность изготовления каждой новой конструкции зависит от ее технологичности, от того, насколько прогрессивными и производительными будут применяемые технологические процессы. Конструкция является технологичной, если она экономична для производства.

Выбор наилучшего варианта конструкции осуществляется по показателям технологичности, к которым относятся:

· трудоемкость изготовления — абсолютная (на одно изделие) и относительная, (на единицу установленной мощности, производительности, другого показателя);

· материалоемкость или масса конструкции — абсолютная или относительная;

· трудоемкость подготовки изделия к функционированию;

· степень конструктивной стандартизации и унификации;

· капиталовложения в производство новой продукции;

· себестоимость и отпускная цена новой продукции;

· прибыль и рентабельность производства.

Трудоемкость изготовления продукции определяется в процессе ее проектирования и является весьма важным показателем. Технологичнее считается та конструкция, которая при прочих равных условиях менее трудоемка. Задача снижения трудоемкости изделия на стадии его производства — одна из важнейших, стоящих перед разработчиками.

Материалоемкость характеризует общий расход материала на изготовление данной конструкции изделия или удельную материалоемкость на эксплуатационный параметр. Повышение определяющего эксплуатационного показателя изделия, как правило, приводит к снижению материалоемкости и трудоемкости в расчете на единицу основного параметра. При этом снижение удельной материалоемкости на единицу мощности или другого параметра происходит значительно быстрее, чем сокращение общего расхода материала на единицу изделия.

Трудоемкость подготовки изделия к функционированию определяется в процессе проектирования и зависит от сложности регулировочно-настроечных процессов, проводимых с целью получения необходимых технико-экономических параметров.

Степень конструктивной стандартизации и унификации — это показатель, характеризующий конструкцию изделия с точки зрения реализации в ней стандартизированных и унифицированных деталей, что приводит к увеличению выпуска однотипных деталей, сборочных единиц, изделий в целом, а также применению более прогрессивной технологии, а это, как следствие, поз­воляет не только существенно снизить трудоемкость изготовления, но и несколько уменьшить материалоемкость.

Капиталовложения в производство новой конструкции характеризуют общие затраты на приобретение дополнительного и изготовление нестандартного оборудования и перепланировку в производственных цехах, создание производственных запасов. Чем меньше потребности предприятия в капиталовложениях, тем технологичнее новая конструкция изделия.

Себестоимость, прибыль и рентабельность новой конструкции изделия являются обобщающими показателями ее технологичности. С производственной точки зрения новая конструкция будет считаться технологичной, если дополнительная прибыль, полученная в результате освоения, выпуска и реализации новой продукции, обеспечит рентабельность не ниже средней, сложившейся на предприятии-изготовителе рентабельности.

С эксплуатационной точки зрения потребителя, новая конструкция изделия должна быть:

1) более надежной в эксплуатации (долговечной, безотказной, ремонтопригодной и сохраняемой);

2) удобной в обслуживании и ремонте, эстетичной и безопасной в эксплуатации;

3) эргономичной (с точки зрения психологии, физиологии и гигиены труда работников обслуживания);

4) более производительной в единицу времени;

5) более экономичной в потреблении электроэнергии и капиталовложений эксплуатационников новой продукции.

Кроме того, она должна обеспечивать минимальную себестоимость единицы работы, выполняемой изделием.

Если эксплуатационные свойства новой техники выше, чем у ранее освоенной (заменяемой), то экономическая эффективность ее определяется путем соизмерения капитальных вложений потребителя со снижением себестоимости работы, выполняемой новой техникой. После расчета приведенных затрат по вариантам новой техники можно определить годовой экономический эффект от использования новой или усовершенствованной техники.

Эксплуатационная технологичность новой техники может быть определена с помощью нескольких показателей. При этом следует различать показатели технологичности базового и проектируемого изделий, а также определять уровень технологичности как соотношение показателей технологичности проектируемого и базового изделий.

Технологическая подготовка производства (ТПП) представляет собой совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства, т.е. наличие на предприятии полных комплектов конструкторской и технологической документации и средств технологического оснащения, необходимых для выпуска заданного объема продукции с установленными технико-экономическими показателями. Это одна из важнейших стадий системы СОНТ, весьма значительная по объему и сложности.

Технологическая подготовка производства на предприятии выполняется отделами главного технолога, главного металлурга, а также технологическими бюро основных цехов, в ведении которых находятся литейные, кузнечные, механические и сборочные цехи. Материальной базой для них служат инструментальный и модельный цехи, технологические лаборатории и опытное производство.

До начала работ по ТПП, как правило, проводится технологический контроль чертежей, который необходим для анализа и проверки запроектированных изделий (деталей) на технологичность их конструкций, правильность назначения классов точности обработки, рациональность схем сборки и т.д.

Основными этапами ТПП являются:

1) разработка технологических процессов;

2) проектирование технологической оснастки и нестандартного оборудования;

3) изготовление средств технологического оснащения (оснастки и нестандартного оборудования);

4) выверка и отладка запроектированной технологии и изготовленного технологического оснащения.

На первом этапе осуществляются выбор рациональных способов изготовления деталей и сборочных единиц, разработка новых технологических процессов. Эта работа выполняется на основе: чертежей на вновь спроектированное изделие; ГОСТов, отраслевых и заводских стандартов на материалы, инструмент, а также на допуски и припуски; справочников и нормативных таблиц для выбора режимов резания; планируемых размеров выпуска изделий.

Содержание работ по проектированию технологических процессов складывается из следующих элементов:

· выбора вида заготовок;

· разработки межцеховых маршрутов;

· определения последовательности и содержания технологических операций;

· определения, выбора и заказа средств технологического оснащения;

· установления порядка, методов и средств технического контроля качества;

· назначения и расчета режимов резания; технического нормирования операций производственного процесса;

· определения профессий и квалификации исполнителей;

· организации производственных участков (поточных линий);

· формирования рабочей документации на технологические процессы в соответствии с ЕСТД.

На втором этапе ТПП, во-первых, проектируют конструкции моделей, штампов, приспособлений, специального инструмента и нестандартного оборудования, а во-вторых, разрабатывают технологический процесс изготовления технологического оснащения, который должен быть достаточно универсальным, но в то же время прогрессивным, совершенным и обеспечивающим высокое качество изготовляемых деталей.

На третьем этапе ТПП изготавливают всю оснастку и нестандартное оборудование. Эта наиболее трудоемкая часть технологической подготовки (60—80% труда и средств от общего объема ТПП). На этом этапе осуществляют перепланировку (если это необходимо) действующего, монтаж и опробование нового и нестандартного оборудования и оснастки, поточных линий и участков обработки и сборки изделий.

На четвертом этапе ТПП выверяют и отлаживают запроектированную технологию, окончательно отрабатывают детали и узлы (блоки) на технологичность; выверяют пригодность и рациональность спроектированной оснастки и нестандартного оборудования, удобство разборки и сборки изделия; устанавливают правильную последовательность выполнения этих работ; проводят хронометраж механообрабатывающих и сборочных операций и окончательно оформляют всю технологическую документацию.

Технологическая документация для различных типов производства (единичного, серийного и массового) отличается глубиной разработки технологических процессов и степенью их детализации. Сначала разрабатывают маршрутные межцеховые карты на технологические процессы изготовления деталей и сборочных единиц. В маршрутных картах указываются последовательность прохождения заготовок, деталей или сборочных единиц по цехам и производственным участкам предприятия. Для изготовления деталей и сборки изделия в единичном или мелкосерийном производствах достаточно иметь конструкторскую документацию, маршрутное или маршрутно-операционное описание технологического процесса либо перечень полного состава технологических операций без указания переходов и технологических режимов.

Для серийного и массового производств кроме маршрутной технологии разрабатывается технологический процесс с операционным описанием формообразования, обработки и сборки. При этом для единичных технологических процессов разрабатывается операционная технологическая карта, для типовых (групповых) технологических процессов — карта типовой (групповой) операции. В них указываются все переходы по конкретной операции и способы выполнения каждого, технологические режимы, данные о средствах технологического оснащения, материалах и затратах труда. Обычно в операционных картах помещают эскизные чертежи, изображающие детали или части деталей и содержащие размеры и указания на обработку, необходимые для выполнения данной операции (способ закрепления деталей на станке, расположение инструмента, приспособления и т. д.).

Исходная информация для разработки технологических процессов может быть базовой, руководящей и справочной. Базовая информация включает наименование объекта, а также данные, содержащиеся в конструкторской документации. Руководящая информация — это отраслевые и заводские стандарты, устанавливающие требования к технологическим процессам, оборудованию, оснастке, документация на действующие типовые и групповые технологические процессы, производственные инструкции, документация для выбора нормативов, по технике безопасности и промышленной санитарии. Справочная информация включает документацию опытного производства, описание прогрессивных методов изготовления, каталоги, справочники, альбомы компоновок, планировок и др.

Стандартное определение технологичности конструкций сформулировано, исходя из принципа сокращения материальных и трудовых затрат во всех сферах проявления свойств конструкции объекта.

Технологичность — совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда, средств, материалов и времени на всех стадиях создания, производства и эксплуатации изделия.

Отработка конструкции изделия на технологичность — это комплекс мероприятий по обеспечению необходимого уровня технологичности конструкции изделия по установленным показателям. Основная задача отработки — придание изделию комплекса свойств, устанавливаемых понятием (термином) «технологичность». Для решения этой задачи изделие необходимо рассматривать как объект, разработки (по стадиям разработки) на всех стадиях жизненного цикла. Технологичность изделий проявляется в процессе их производства и эксплуатации. Основными видами технологичности конструкции изделий являются:

1. По области проявления:

· производственная технологичность (конструкторская и технологическая подготовка производства);

· эксплуатационная технологичность (таким образом и ремонт).

2. По характеризуемым свойствам:

· технологическая рациональность конструкции (по виду затрат);

· конструктивно-технологическая преемственность (по форме проявления).

Основные требования и рекомендуемые решения при отработке конструкции на технологичность:

· обеспечение расчленения объекта на сборочные единицы (возможность независимой параллельной сборки; принцип агрегатирования);

· обеспечение унификации и стандартизации элементов конструкции (сокращение номенклатуры деталей);

· обеспечение рациональных сборочных баз (принцип единства баз);

· обеспечение рационального процесса сборки;

· обеспечение удобства сборки (механизация и автоматизация; общая сборка без промежуточных разборок; доступ к местам регулирования и контроля; легкосъемность быстроизнашивающихся деталей;

· обеспечение рациональных соединений составных частей (минимальное число соединений);

· обеспечение применения типовых технологических процессов: обработки, сборки, контроля и испытаний.

Для создания рациональной технологии изготовления (и сборки) необходима рациональная конструкция. Рациональность конструкции во многом определяется следующими показателями технологичности:

· масса (вес) изделия;

· удельная материалоемкость изделия.

В машиностроении уменьшение массы изделий позволяет снижать расход материалов (в основном металлических) и, соответственно, стоимость изготовления. Снижение массы должно обеспечиваться без ущерба прочности, жесткости и надежности (долговечности) объекта.

Понятие «материалоемкость» отличается от понятия «масса» — они неравнозначны. Материалоемкость лучше всего выражается объемом элементов, составляющих объем. Удельная материалоемкость является показателем качества конструкции. Снижение массы и материалоемкости объекта обеспечивается рациональной конструкцией элементов объекта, которая основана на следующих принципах:

· принцип равного напряжения сечения — рациональная форма сечения для каждого вида нагрузки;

· принцип равнопрочности - уменьшение концентрации нагрузки - обеспечение равномерного распределения напряжений в поперечных сечениях;

· принцип относительной жесткости — обеспечение рационального баланса жесткости;

· принцип рационального погружения;

· принцип обсечения — уменьшение неравномерности напряжений путем удаления материала из малонапряженных участков;

· применение рациональных конструктивных схем — минимальное число звеньев, компактность, многопоточные схемы;

· уточнение расчетных напряжений;

· выбор соответствующего материала, применение технологических методов упрочнения материалов.

Выгодность материалов по массе можно оценить с помощью удельных показателей. Выбор материала определяется не только его массово-прочностными характеристиками, но и следующими факторами:

· назначением и условиями работы детали;

· физико-механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами материала;

· стоимостью,

В машиностроении жесткость — это способность системы сопротивляться действию внешних нагрузок с деформациями (перемещениями), допустимыми без нарушения работоспособности системы. Таким образом, жесткость определяет работоспособность объекта в такой же мере, как и прочность, и, соответственно, определяет массу (материалоемкость) конструкции.

Одним из важнейших направлений сокращения трудоемкости и продолжительности ТПП является использование технологической унификации и стандартизации. К основным ее направлениям относятся: типизация и нормализация технологических процессов; унификация технологической документации; групповые методы обработки деталей; унификация оборудования и технологической оснастки. Под типизацией технологических процессов (ТТП) понимается система их рациональной разработки, основанной на создании групп конструктивно-технологически подобных деталей или сборочных единиц. Наибольшее распространение ТТП получила при разработке технологических процессов механообработки.

ТТП обеспечивает: упорядочение существующей технологии; внедрение прогрессивных методов обработки и сборки; использование высокопроизводительной, быстропереналаживаемой оснастки и оборудования; применение принципов поточного производства в организации производственных процессов серийного и мелкосерийного производств; внедрение гибкого автоматизированного производства; значительное снижение трудоемкости разработки технологических процессов, а вместе с тем и сокращение сроков ТТП.

Работы по ТТП осуществляются в два этапа.

Первый этап — классификация деталей по группам конструктивно-технологического подобия и выбор типового представителя каждой группы. Подбор деталей в такие группы осуществляется по следующим признакам: близкие по конструктивному оформлению при одинаковых требованиях к точности и чистоте обработки поверхностей, одинаковой последовательности операций и однотипном использовании оборудования и оснастки.

Формирование таких групп, как правило, осуществляется на основе разработанного конструктивно-технологического классификатора деталей, при котором детали предварительно группируются в классы по признаку служебного назначения, классы делятся на подклассы по конструктивным формам деталей, что обусловливает подобие их технологических маршрутов и идентичность применяемой оснастки. Дальнейшее разделение на группы (по признаку общности материала) обеспечивает унификацию технологического маршрута их обработки. И, наконец, все детали группируются по типам в соответствии с требованиями точности их обработки. Из каждой типовой группы деталей выбирается конкретная деталь, имеющая наибольшее число обрабатываемых поверхностей и наибольшую трудоемкость изготовления. Эта деталь принимается в качестве базовой для разработки технологии.

Второй этап — разработка технологического процесса на базовую деталь, который утверждается как типовой для данной группы. Кроме необходимых сведений для изготовления базовой детали ТТП содержит указание о методах обработки всех деталей данной группы в виде полного перечня и последовательности операций и переходов обработки деталей данного типа. ТТП сборки осуществляется с помощью типовых технологических схем, определяющих структуру технологического процесса в виде перечня типовых операций и последовательности их выполнения.

Нормализация технологических процессов (НТП) дополняет ТТП. В распоряжении технологов имеются технологические нормали на используемые исходные материалы (сплавы, марки, профили и др.), режимы и методы обработки (плавки, заливки, нагрева под ковку, штамповку, термообработку), геометрические элементы конструкций (радиусы закруглений, углы и т. д.), припуски, допуски, уклоны на штамповке и т. п.

Групповые методы обработки деталей аналогично ТТП базируются на классификации деталей по группам по тем же признакам конструктивно-технологического подобия. Однако групповой технологический процесс разрабатывается не на конкретную базовую деталь, а на комплексную деталь, в которую включены все элементарные поверхности деталей, входящих в группу. Обработка данной группы деталей осуществляется с помощью групповой оснастки станка, настроенной на изготовление комплексной детали.

Унификация технологической документации приводит к сокращению общего количества документов, облегчению труда технологов при подготовке производства и внесении изменений в действующие процессы. К числу основных унифицированных документов, используемых при разработке ТТП, относятся карты типовых представителей, операционные технологические карты, сводные карты ТТП, операционные карты групповой обработки, сводные карты групповых процессов.

Унификация оборудования и технологической оснастки позволяет использовать ее при смене объектов производства, повысить коэффициент загрузки оснастки и ее эффективность, при этом можно вести обработку деталей большими партиями. Стандартизация оснастки существенно уменьшает затраты времени и средств на ее проектирование, сокращает цикл ее изготовления, является предпосылкой специализации производства, что приводит к сокращению затрат на оснащение.

Наибольшее распространение на предприятиях получили такие системы унифицированной оснастки, как сборно-разборные, универсально-сборные, универсально-наладочные приспособления, универсальная безналадочная, неразборная специальная, специализированная наладочная.

Сборно-разборная оснастка (СРО) состоит из стандартных фиксирующих, зажимных, крепежных и специальных деталей; при перекомпоновке на новое изделие возможна доработка стандартных элементов. СРО представляет собой обратимую специальную оснастку долгосрочного применения. Она используется для обработки одной или нескольких деталей, а также пригодна для условий крупносерийного производства.

Универсально-сборная оснастка (УСО) собирается из стандартных деталей и узлов многократного использования, изготовленных с высокой степенью точности. Используется для сверлильных, токарных, фрезерных, расточных, шлифовальных, сварочных, штамповочных и других операций. Компоновки УСО после обработки данной партии деталей разбираются, детали и узлы используются для сборки других приспособлений и повторных компоновок. Недостатком этого вида оснастки являются высокая стоимость набора компоновочных элементов и пониженная жесткость приспособлений. Применяется преимущественно на заводах опытного, единичного мелкосерийного и серийного производств.

Универсально-наладочные приспособления (УНП) имеют базовую оригинальную деталь и сменные наладки. Базовая деталь используется многократно, а сменные элементы предприятия изготовляют в соответствии с конфигурацией обрабатываемых деталей. К недостаткам УНП можно отнести замену сменных наладок раньше их полного износа в связи с обычно возникающей необходимостью переходить на выпуск новых изделий.

Универсальная безналадочная оснастка (УБО) используется для многократной и долговременной установки различных по форме и размерам заготовок, обрабатываемых на универсальных металлорежущих станках. Преимущества этой оснастки — небольшие сроки и затраты на проектирование и изготовление, разнообразие деталей, для которых они могут применяться, возможность использовать их до полного износа. Основным недостатком УБО является невысокая производительность из-за необходимости постоянно выверять точность установки заготовок.

Неразборная специальная оснастка (НСО) долгосрочного применения используется, как правило, для одной деталеоперации в крупносерийном и массовом производствах. К достоинствам НСО можно отнести высокую производительность, так как не требуется выверять детали, размеры получаются автоматически, обеспечивается высокое качество. Ее недостатки — большие сроки и стоимость проектирования и изготовления,- невозможность использования при смене изделий, т.е. ухудшение гибкости производства.

Специализированная наладочная оснастка (СНО) используется для деталей, близких по конструктивно-технологическим признакам, имеющих общие базовые поверхности и одинаковый характер обработки. Эта оснастка состоит из базового агрегата и наладки. Она допускает регулирование элементов или замену специальной нападки. В этом случае детали обрабатываются по единому групповому или типовому технологическому процессу.

Другим важным направлением сокращения трудоемкости и продолжительности ТПП является создание и использование автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП), включающих системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПРТП), системы автоматизированного проектирования технологического оснащения (САПРТО), системы автоматизированного проектирования производственных подразделений (САПРОП) и системы автоматизированного управления технологической подготовкой производства (АСУТПП).

Технологический процесс изготовления изделия (детали, узла) представляет собой строго определенную совокупность выполняемых в заданной последовательности технологических операций. Эти операции меняют форму, размер и другие свойства детали (изделия, узла), а также ее состояние или взаимное расположение отдельных элементов. Однако одна и та же операция может производиться многими способами, на различном оборудовании. Поэтому выбор ресурсосберегающего технологического процесса заключается в оптимизации каждой операции по минимуму потребления материальных, трудовых и энергетических ресурсов.

Рассмотрев варианты технологических процессов, обеспечивающих примерно одинаковое качество изделий, соответствующее требованиям технического задания, технолог обязан выбрать наиболее экономичный из вариантов и детально его разработать.

Важным показателем экономичности названных ресурсов является снижение себестоимости (экономия ресурсов), связанное с применением лучшего технологического процесса. Для определения этого показателя требуется рассчитать себестоимость для каждого из сравниваемых вариантов технологического процесса. Расчет полной себестоимости продукции по каждому варианту сложен и требует большого количества исходных данных и времени. Для упрощения расчетов экономии без ущерба для точности можно определять и сопоставлять не полную, а так называемую технологическую себестоимость, включающую только те элементы затрат на изготовление изделия, величина которых различна для сравниваемых вариантов. Одинаковые или незначительно изменяющиеся элементы себестоимости в расчет не включаются. Таким образом, технологическая себестоимость — это условная себестоимость, состав статей которой непостоянен и устанавливается в каждом отдельном случае. Сопоставление вариантов технологической себестоимости дает представление об экономичности каждого из них.

Контрольные вопросы:

1. Жизненный цикл новой продукции и его влияние на показатели производства и использования продукции.

2. Задачи проектирования продукции и его основные этапы. Формы и методы организации НИР. Методы перехода на выпуск новой продукции.

3. Организация конструкторской подготовки производства. Задачи, этапы и требования, предъявляемые к конструкторской подготовке производства.

4. Методы и средства конструкторской подготовки производства. САПР.

5. Показатели технологичности. Повышение технико-экономического уровня создаваемых конструкций изделий.

6. Организация технологической подготовки производства. Содержание, задачи и этапы технологической подготовки производства. Отработка конструкции на технологичность.

7. Единая система технологической подготовки производства. Разработка и унификация технологических процессов.

Дата добавления: 2017-02-01