Технологичность конструкции

Технологичность конструкции – совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовления, эксплуатации и ремонта конструкции изделия того же назначения при обеспечении установленных значений показателей качества и принятых условий изготовления, эксплуатации и ремонта.

Технологичность – свойство конструкции, заложенное в ней при проектировании и позволяющее получать изделие с заданным уровнем качественных характеристик высокими технико-экономическими показателями в производстве и эксплуатации. Технологичность и ее показатели характеризуют эффективность конструктивных и технологических решений при проектировании ЛА с точки зрения обеспечения высокой производительности труда и рационального расхода материала при его изготовлении.

Технологичность самолета в соответствии с областью ее проявления можно подразделить на два вида: на производственную и эксплуатационную (рис.5.2). Производственная технологичность проявляется в сокращении затрат времени и средств на конструкторскую и технологическую подготовку производства, затрат на производство, контроль и испытания самолета. Эксплуатационная технологичность самолета проявляется в сокращении затрат времени и средств на техническое обслуживание и его ремонт.

Рис.5.2. Структурные составляющие технологичности конструкции машины

Требования к технологичности деталей, узлов, агрегатов самолета могут различаться в зависимости от полуфабрикатов и применяемых методов обработки деталей, в зависимости от видов соединения узлов и агрегатов и др. Весьма резко могут отличаться требования к технологичности конструкции изделий, изготовляемых массовым или единичным образом. Безусловно, изделие, изготовляемое массовым порядком, должно быть с технологической точки зрения отработано более тщательно.

Оценка технологичности конструкции может осуществляться как качественным, так и количественным способом. Качественная оценка носит несколько общий характер («хорошо», «плохо»), однако многолетний опыт авиационной промышленности дает возможность сформулировать ряд требований к конструкции, которые трудно выразить количественно; как правило, это сравнительная оценка.

При проектировании нового самолета находится прототип, изготовление которого уже выявило детали, узлы, агрегаты, элементы систем, не согласующиеся с требованиями производства, вызывающие большие затраты труда и времени без особых на то оснований. На основе опыта производства отдельные варианты конструкции можно совершенно исключать из обсуждения как неприемлемые, другие варианты можно принять без проверки, а там, где есть сомнения, необходимо привлечь количественные расчеты показателей технологичности.

Количественные показатели технологичности разделяются на две группы: основные и дополнительные. К основным показателям относятся абсолютные значения трудоемкости Т _и и технологической себестоимости С_ти изготовления изделия и показатели уровней технологичности: по трудоемкости К _т = Т_и / Т_{и б}; по технологической себестоимости K _ст =C _ти / C _тб, где Т _и и Т _иб - ожидаемая трудоемкость изготовления проектируемого изделия и базового показателя; C _ти и C _{т б} - ожидаемая технологическая себестоимость проектируемого изделия и себестоимость базового показателя.

К дополнительным показателям технологичности относится целый ряд частных и комплексных, абсолютных и относительных показателей, оценивающих конструкцию, как с экономической, так и с технической стороны.

С общих позиций технологичность конструкции изделия может быть выражена показателями, которые характеризуют: а) технологическую рациональность конструктивных решений; б) преемственность конструкции или пригодность к использованию (применяемость) в составе других изделий.

В соответствии с ГОСТ 14.201−83 приняты следующие показатели технологичности, в зависимости от вида изделия и стадии разработки конструкторской документации.

1.Показатели, характеризующие технологическую рациональность конструктивных решений:

1)трудоёмкость изготовления изделия, где и ожидаемая трудоёмкость изготовления проектируемого изделия и базового показателя;

2)удельная материалоёмкость изделия;

3)коэффициент использования материалагде масса изделия, сумма масс заготовок;

4)технологическая себестоимость изделиягде и ожидаемая технологическая себестоимость проектируемого изделия и себестоимость базового показателя;

5)коэффициент применения типовых технологических процессов где число типовых технологических процессов, общее число технологических процессов;

6)удельная трудоёмкость изготовления изделиягде параметр изделия. Для ЛА, например, наиболее употребительным параметром является масса самолёта, ракеты, планера, агрегата (в зависимости от того, к чему относится и ). Тогда будет выражать трудовые затраты на единицу массы конструкции (ч/кгс);

7)относительная трудоёмкость процесса изготовления по видам работ (литейные, штамповочные, сборочные и др.) где трудоёмкость данного вида технологических процессов изготовления деталей или сборки. Этот показатель характеризует долевое участие различных видов работ в изготовлении летательного аппарата (самолёта, вертолёта, ракеты и т.п.);

8)коэффициент точности обработкигде средний класс точности обработки; и т.д.

2.Показатели, характеризующие преемственность конструкции:

1)коэффициент стандартизации конструкции изделия;

2)коэффициент унификации изделия;

3)коэффициент унификации конструктивных элементов;

Эти три коэффициента могут быть определены по следующим зависимостям раздельно по сборочным единицам, деталям и в целом по изделию:

(сборочные единицы);

(детали);

(изделия),

где количество унифицированных и стандартных сборочных единиц соответственно, общее количество сборочных единиц, и число унифицированных и стандартных деталей, общее число деталей;

4)коэффициент повторяемостигде количество наименований составных частей конструкции, общее количество составных частей конструкции.

Перечисленные показатели являются общемашиностроительными. Кроме них в самолётостроении и ракетостроении применяются специфичные показатели технологичности. Среди них:

− коэффициент панелированиягде сумма площадей панелей, выделенных в отдельные сборочные единицы, площадь поверхности планера (корпуса ЛА);

− коэффициент прессовой клёпкигде количество заклёпок, расклёпывание которых возможно на специальных клёпальных прессах, общее количество заклёпок на планере (корпусе ЛА).

При отработке технологичности бортовых систем применяются:

− коэффициент панелирования бортовых систем

где число блоков и агрегатов, монтируемых предварительно на панелях, общее число блоков (агрегатов);

− коэффициент монтажа коммуникаций в агрегатах где число коммуникаций, проходящих через агрегат и имеющих конструктивные разъёмы, общее число коммуникаций.

Расчёт показателей технологичности производят по отраслевым методикам. Номенклатура показателей технологичности для однотипных изделий с учётом их конструктивных особенностей устанавливается отраслевыми стандартами. Количество показателей (комплексных и частных) должно быть минимальным, но достаточным для оценки технологичности конструкции изделия.

Отдельные частные показатели технологичности могут быть сведены в комплексные показатели, которые характеризуют не отдельные признаки технологичности, а определенную группу признаков. При расчете комплексных показателей учитывается различие экономической эффективности частных показателей: , где комплексный показатель технологичности; коэффициент экономической эквивалентности (весомости) частного i -го показателя, они назначаются исходя из статистики или экспертами; частный показатель технологичности. Обычно принимают

Несмотря на относительную стройность системы показателей технологичности конструкции, определение их количественных значений для самолетов представляет большие трудности.

Общие технологические требования к конструкции самолетов. Это: простота форм поверхности агрегатов; рациональное членение конструкции самолетов; возможно более широкое применение в конструкции стандартных узлов и деталей; унификация элементов конструкции; возможно большая конструктивная преемственность; максимальное использование в конструкции материалов с хорошими технологическими свойствами; ограничение количества применяемых марок материала и их унификация; отсутствие чрезмерно высоких требований к точности размеров и чистоте обработки поверхностей элементов конструкции; наличие достаточных подходов к местам соединений, обеспечивающих удобство их выполнения; ориентация конструкции на определенный метод сборки; модульный принцип создания новых узлов и агрегатов, обладающих функциональной взаимозаменяемостью; учет производственных мощностей и т.д.

За технологичность конструкции изделий несёт ответственность разработчик - Генеральный (главный) конструктор. Отработку на технологичность ведут разработчики конструкторской и технологической документации ОКБ с участием серийных заводов и специализированных технологических институтов. В качестве интегрального показателя эффективности отработки изделий на технологичность и применения специальных методов повышения качества и надежности, например воздушного судна (ВС), может служить показатель эффективности:

. (5.1)

Здесь полезная платная нагрузка; крейсерская скорость; ресурс; затраты на создание опытного ВС; затраты на создание серийного ВС; затраты на эксплуатацию. Таким образом, снижая затраты на производство при улучшении технологичности конструкции, полученный эффект надо рассматривать с точки зрения, какой ценой он достигается. Так, например, увеличение массы самолета на 1 кг приводит к увеличению затрат при эксплуатации от 1000 до 1500 дол. В этой связи необходимо кроме снижения себестоимости изготовления ВС повышать весовую эффективность и ресурс конструкции.

Современный ЛА состоит из нескольких сотен тысяч деталей, узлов и агрегатов, поэтому большое значение имеет рациональное членение его конструкции. С увеличением степени членения конструкции снижаются затраты на ее производство, уменьшаются габаритные размеры полуфабрикатов, оснастки, оборудования. Основной тенденцией является повышение монолитности конструкции. При повышении монолитности конструкции снижается масса планера и улучшаются аэродинамические характеристики. Новое поколение дальних и среднемагистральных пассажирских самолетов Ил-96-300, Ту-204-200, тяжелых и средних транспортных самолетов Ан-124, Ан-70 в своих конструкциях имеют панели длиной до 30 м. Повышение размеров полуфабрикатов потребовало создания соответствующих производственных мощностей в металлургической промышленности, крупногабаритных портальных станков, а также методов формообразования, термообработки и сборки.

Организация производственного процесса является одним из факторов повышения уровня производительности труда и снижения себестоимости продукции. Целью организации производственного процесса является достижение максимально возможной ритмичности, управляемости и специализации рабочих мест. В ракетостроении и в авиастроении широкое применение получили две формы организации и специализации производственных участков: технологическая специализация (цехи токарные, фрезерные, сварочные); предметно подетальная специализация (цехи арматуры, шасси, гидроаппаратуры).

В аэрокосмической промышленности из-за невысокой серийности производства предпочтение отдается технологии и организации группового производства и гибким производственным ячейкам. Совместное применение технологии групповой обработки и компьютеризации позволяет создавать компьютеризированные интегрированные производства, что является основой комплексной автоматизации производства. Понятие "производственная интеграция" предполагает интеграцию как в области информационного обеспечения (создание сквозных систем САD/САМ), так и материального производства (заготовки, детали, узлы, приспособления, инструмент и др.).

Создание современной локальной промышленной вычислительной сети и компьютеризированного интегрированного производства в аэрокосмической промыш­ленности требует интеграции и применения систем машинной графики, математического моделирования технологических процессов и формирования экспертных систем с элементами искусственного интеллекта. В отрасли действует несколько десятков подобных систем. Это позволяет в два-три раза повысить уровень автоматизации основного производства и сократить время и затраты на технологическую подготовку производства.

Система обеспечения качества аэродинамических поверхностей. На протяжении всей истории развития авиации рост основных летно-технических характеристик самолета, таких, как скорость, грузоподъемность, дальность, потолок, связан с решением основных проблем - снижением массы, ростом энерговооруженности и аэродинамического качества. Проблема роста аэродинамического качества связана с экономическими показателями ЛА. Особо повышенные требования к аэродинамическим характеристикам предъявляются к современным истребителям, выполняющим боевые функции патрулирования, сопровождения, штурмовика, бомбардировщика воздушного боя. Для этого высокие маневренность, потолок, скорость должны сочетаться с возможностью стабильного полета на низких высотах, малых скоростях при достаточной дальности. Поэтому конструкторы авиационной техники постоянно совершенствуют и усложняют внешние обводы, ужесточают требования к качеству аэродинамических поверхностей, и это ставит перед учеными-технологами и производственниками все более сложные новые проблемы.

Рис.5.3. Система обеспечения качества аэродинамических поверхностей

В последние десятилетия появились так называемые интегральные аэродинамические схемы истребителей, где в создании подъемной силы участвуют не только традиционно несущие агрегаты, такие, как крыло и горизонтальное оперение, но и фюзеляж. Это значительно усложнило аэродинамические поверхности, поставило принципиально новые задачи в производстве истребителей. Проблема обеспечения аэродинамического качества современных ЛА является приоритетной. В интегрированной системе обеспечения качества ЛА в целом одним из важнейших является блок технологического обеспечения. К наиболее ответственным составляющим этого блока относится система технологического обеспечения качества аэродинамической поверхности, целью которой является повышение качественных характеристик аэродинамических поверхностей самолета: точности обводов и взаимной увязки форм и размеров при одновременном снижении производственных затрат (рис.5.3).

Весь процесс создания аэродинамических поверхностей включает три этапа: проектирование - ТПП - изготовление и контроль. Определяющими, с точки зрения влияния на качество аэродинамических поверхностей планера, а также наиболее значимыми по трудоемкости и сложности являются следующие работы: проектирование; изготовление деталей методами штамповки; изготовление деталей и оснастки механической обработкой; сборка и контроль.

По каждому этапу работ определены те, самые существенные, проблемы, решение которых обеспечивает наиболее высокий ожидаемый эффект при создании аэродинамических поверхностей и связанных с ними.

Контрольные вопросы

1. Какие группы показателей качества используют при анализе качества изделия?

2. На какие показатели качества влияет технология?

3. С помощью каких показателей оценивается качество продукции?

4. В каких областях проявляется технологичность самолета?

5. Как проявляется производственная технологичность?

6. На какие группы разделяются количественные показатели технологичности.

7. Какие показатели являются основными?

8. Перечислите общие технологические требования к конструкции самолета.

9. Дайте определению показателю эффективности самолета.

Лекция 6

Дата добавления: 2014-01-07