АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ75

Автоматизация обеспечения технологичности изделий

Разработка нового изделия - сложная конструкторская задача, связанная не только с достижением требуемого технического уровня этого изделия, но и с приданием его конструкции таких свойств, которые позволяют максимально снизить затраты труда, материалов, энергии на его разработку, изготовление, техническое обслуживание и ремонт, т.е. с обеспечением его технологичности. Использование CAD/CAM/CAE-систем открывает возможности на новом уровне решить задачу отработки конструкций изделий на технологичность конструктивных форм, обеспечить формализованное представление технологических рекомендаций, снизить субъективность качественной оценки путем документирования коллективных знаний и опыта.

Понятие технологичности конструкции изделия

Одним из основных этапов КТПП является отработка изделия на технологичность (оценка технологичности изделия). В соответствии с ГОСТ 14.205-83 технологичность конструкции изделия (ТКИ) -совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. Обеспечение ТКИ является функцией подготовки производства, предусматривающей взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат и сокращение времени на производство, в том числе и монтаж вне предприятия-изготовителя, техническое обслуживание и ремонт изделия (по ГОСТ 14.201-83).

Сложность процесса обеспечения ТКИ определяется тем, что каждое изделие должно рассматриваться как объект проектирования; объект производства; объект эксплуатации. При этом ТКИ выражает не функциональные свойства изделия, а его конструктивные особенности. Конструкцию изделия характеризуют в общем случае состав и взаимное расположение его частей, схема устройства изделия в целом, форма и расположение поверхностей деталей и соединений, их состояние, размеры, материалы и информационная выразительность. Однако в ряде случаев способность изделия выполнять свои основные функции непосредственно определяется его конструктивным исполнением. Это накладывает существенное ограничение на выбор технологически рациональных инженерных решений, принимаемых по конструкции изделия в период его разработки.

По области проявления различают следующие виды ТКИ: производственную, эксплуатационную и ремонтную.

Производственная технологичность характеризует приспособленность изделия к сокращению затрат и ресурсов времени на подготовку производства, изготовление и монтаж изделия вне предприятия-изготовителя.

Эксплуатационная технологичность проявляется в минимизации затрат на техническое обслуживание, текущий ремонт, хранение и транспортирование, а также диагностирование и утилизацию.

Ремонтная технологичность проявляется в сокращении затрат на замену элементов, восстановление и монтаж-демонтаж изделия.

В зависимости от объекта проектирования можно выделить технологичность конструкции детали, сборочного соединения и сборочной единицы.

Технологичность конструкции детали должна удовлетворять общим требованиям, предъявляемым к изделию, в состав которого она входит, и частным требованиям, связанным непосредственно с ее технологичностью. Так, конструкцию детали следует отрабатывать на технологичность комплексно, учитывая зависимости от технологичности исходной заготовки детали, от каждого вида обработки в технологическом процессе изготовления, от технологичности сборочной единицы, в которую эта деталь входит как составная часть.

При определении наиболее технологичного соединения следует учитывать затраты труда, материалов и энергии на образование соединения конструктивных элементов и возможность использования тех видов соединений, которые ранее приняты и освоены в данных производственных условиях, обеспечены современными средствами технологического оснащения и обладают достаточными техникоэксплуатационными характеристиками.

Конструкция сборочной единицы должна удовлетворять требованиям изготовления, эксплуатации и ремонта наиболее производительными и экономичными способами при заданных условиях производства, эксплуатации и ремонта. Технологичность конструкции сборочной единицы рассматривается относительно всего изделия и его составных частей с учетом условий сборки, испытания, монтажа вне предприятия-изготовителя, технического обслуживания и ремонта.

Отработка конструкции изделия на технологичность осуществляется непосредственным воздействием на ее техническую сущность путем придания конструкции комплекса свойств, обеспечивающих се технологическую рациональность и преемственность. Следствием этого воздействия является изменение трудоемкости, материалоемкости, энергоемкости и других возможных видов ресурсоемкости изделия (рис. 11).

Эти виды ТКИ, в свою очередь, проявляются в одной или нескольких конкретных областях, образуя разновидности ТКИ по области проявления. Конструктор, придавая конструкции изделия технологическую рациональность и преемственность в процессе отработки ее на технологичность, должен учитывать одновременно возможные области проявления ТКИ, влияние принимаемых им инженерных решений на снижение ресурсоемкости и повышение уровня ТКИ по каждой области ее проявления с учетом результатов совершенствования условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте изделия.

Проблема обеспечения ТКИ по своему экономическому содержанию тесным образом связана с проблемой обеспечения рационального использования трудовых и материальных ресурсов. Она решается совместными усилиями конструкторских и технологических организаций в период исполнения технической подготовки производства конкретных изделий.

Схема связей работ по обеспечению ТКИ

Рис. 11. Схема связей работ по обеспечению ТКИ

Обеспечение ТКИ является составной частью работ по проектированию и принятию решений по совершенствованию конструкции изделия, технологии его производства, эксплуатации и ремонта (рис. 12). В формализованном виде процесс обеспечения ТКИ можно представить как воздействие на множество параметров конструкции Х={х1,..., хп}, которое приводит к достижению экстремальной цели при соблюдении сформулированных ограничений вида (Х) = 0 и Л (Х)>0.

(8)

где Q, g, h - функции, которые определяются исходя из конструктивных особенностей изделия и разнообразных производственных, эксплуатационных и ремонтных факторов, влияющих на ТКИ.

Контуры принятия решений при обеспечении ТКИ

Рис. 12. Контуры принятия решений при обеспечении ТКИ: 1 - ио конструкции изделия; 2 - по совершенствованию технологии производства изделия; 3 - по совершенствованию эксплуатации и ремонта

Ограничения определяются с учетом принятых на предприятии или отрасли предельных норм и требований к числовым характеристикам ТКИ, установленных в стандартах или других документах.

Достижение экстремальной цели связано с решением основных задач:

  • • прогнозирование, установление и применение базовых показателей ТКИ для данного вида изделий (количественная оценка ТКИ);
  • • отработка конструкции на технологичность при технической подготовке производства;
  • • совершенствование условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте;
  • • качественная оценка ТКИ;
  • • технологический контроль конструкторской документации;
  • • подготовка и внесение в конструкторскую документацию изменений, обеспечивающих достижение базовых показателей ТКИ, в соответствии с результатами технологического контроля.

Наибольшая эффективность отработки конструкции изделия на технологичность может быть достигнута на стадиях разработки проектной конструкторской документации, так как важнейшее значение для технологичности проектируемого изделия имеют конструктивные решения, принимаемые на стадиях разработки технического предложения, эскизного и технического проектов (рис. 13).

Технологические факторы должны учитываться непосредственно в процессе разработки проекта, начиная с первых стадий - составления задания на проектирование, где наряду с техническими параметрами должны указываться:

  • • число требующихся изделий и намечаемый для них тип производства;
  • • техническая характеристика оборудования предприятия, на котором намечается организовать производство новых изделий;
  • • требования к конструктивной преемственности нового изделия с находящимися в производстве.

При этом оценка ТКИ усложняется тем, что каждое изделие должно рассматриваться как объект проектирования, производства и эксплуатации. Потребность в оценке возникает тогда, когда необходимо выбрать из нескольких возможных вариантов наилучший, либо убедиться, что намеченное решение является приемлемым, либо рассмотреть нескольких “конкурирующих” проектов изделий одного назначения.

Рис. 13. Основные задачи, решаемые при отработке конструкций изделий на технологичность

Оценка ТКИ - комплекс взаимосвязанных мероприятий, включающих последовательное выявление ТКИ в целом или отдельных рассматриваемых ее свойств, сопоставление выявленных свойств данного изделия со свойствами изделия, конструкция которого принята в качестве базы для сравнения, и представление результатов сопоставления в форме, приемлемой для принятия управленческих решений по совершенствованию конструкции разрабатываемого изделия. В соответствии с ГОСТ 14.202-73 существуют два вида оценки ТКИ: качественная и количественная.

Под качественной оценкой ТКИ понимается оценка соответствия принимаемых (или принятых) конструктивных решений при проектировании изделия и его составных частей (сборочных единиц, деталей) требованиям оптимальных технологических процессов изготовления, технического обслуживания и ремонта. Требования обеспечения высокого уровня технологичности данной конструкции может быть выполнено при условии, если принятый вариант конструктивного решения из ряда технически возможных решений позволяет применять прогрессивную технологию производства, технического обслуживания и ремонта. Качественная оценка технологичности позволяет провести такой анализ и выбрать из всех возможных вариантов оптимальный по данному критерию.

Данный вид оценки характеризует технологичность конструкции обобщенно на основании опыта исполнителя. Качественная сравнительная оценка вариантов конструкции допустима на всех стадиях проектирования, когда выбирается лучшее конструктивное решение и не требуется определение степени различия технологичности сравниваемых вариантов.

В результате качественной оценки отбираются те варианты, которые в большей степени соответствуют технологическим требованиям. Так, при оценке производственной технологичности к нетехнологичным будут отнесены конструкции, изготовление которых известными средствами либо невозможно, либо вызывает значительные, неоправданные усложнения технологических операций и увеличение трудоемкости, например, изделия с глубокими и узкими внутренними выточками, с очень узкими пазами в деталях, изготовляемых холодной штамповкой. Технологичной считают такую конструкцию, которая по формообразованию, применяемым материалам и технологии обработки и сборки обеспечивает наиболее простое и экономичное изготовление при условии выполнения сю заданных функций.

Для определения уровня технологичности деталей в результате качественной оценки при описании конструктивных и технологических признаков изделия применяются шкалы интенсивности этих признаков.

При этом технологичность конструкций деталей оценивается на основе сравнения их конструкций с ’’идеальной" деталью, т.е. такой деталью, конструкция которой отвечает всем требованиям технологичности применительно к конкретным условиям изготовления.

Цель количественной оценки технологичности разрабатываемой конструкции изделия - обеспечение эффективной отработки изделия на технологичность при снижении затрат времени и средств на ее разработку, ТПП, изготовление, эксплуатацию и ремонт. Количественная оценка ТКИ основана на инженерно-расчетных методах и проводится по конструктивно-технологическим признакам, которые существенно влияют на выполнение основных требований к ней. Инженерно-расчетный метод оценки ТКИ - совокупность приемов, посредством которых разработчик конструкции определяет и сопоставляет расчетным путем численные значения показателя ТКИ проектируемого изделия и соответствующего показателя конструкции изделия, принятой в качестве базы для сравнения. Такая система показателей, включает:

  • • базовые (исходные) значения показателей технологичности, являющиеся предельными нормативами технологичности, обязательными для выполнения при разработке изделия;
  • • значения показателей технологичности, достигнутые при разработке изделия;
  • • показатели уровня технологичности конструкции разрабатываемого изделия.

Целевая функция управления процессом разработки изделия по заданным показателям ТКИ может быть представлена в формализованном виде г(С,(2д)->ех/г^ (9)

Qt=S где Q, QB - значения соответственно достигнутого и базового показателей ТКИ; S - область допустимого изменения показателя ТКИ.

Количественная оценка ТКИ может производиться по планируемым показателям, когда изделие разрабатывается по самостоятельному техническому заданию, которым установлены базовые показатели ТКИ, и по непланируемым показателям - при возникновении альтернативы ТКИ для выбора лучшего конструктивного решения из ряда равноценных по рассматриваемым свойствам. Принципиальная схема количественной оценки ТКИ приведена на рис. 14.

Схема количественной оценки технологичности конструкции изделия

Рис. 14. Схема количественной оценки технологичности конструкции изделия

В соответствии с ГОСТ 14.201-83 необходимость количественной оценки технологичности конструкции изделий, а также номенклатура показателей и методика их определения устанавливаются в зависимости от вида изделий, типа производства и стадии разработки конструкторской документации отраслевыми стандартами и стандартами предприятия. При этом количество показателей должно быть минимальным, но достаточным для оценки технологичности.

В ГОСТ 14.201-83 рекомендуется 11 показателей ТКИ:

  • 1) трудоемкость изготовления изделия;
  • 2) удельная материалоемкость (удельная металлоемкость, удельная энергоемкость и пр.);
  • 3) технологическая себестоимость изделия;
  • 4) средняя оперативная трудоемкость технического обслуживания (ремонта) данного вида;
  • 5) средняя оперативная стоимость технического обслуживания (ремонта) данного вида;
  • 6) средняя оперативная продолжительность технического обслуживания (ремонта) данного вида;
  • 7) удельная трудоемкость изготовления изделия;
  • 8) трудоемкость монтажа;
  • 9) коэффициент применяемости материала;
  • 10) коэффициент унификации конструктивных элементов;
  • 11) коэффициент сборности.

Определение численных значений показателей на стадиях опытного и серийного производства изделия не вызывает особых трудностей, так как для расчета есть вся необходимая информация: конструкторская и технологическая документация, ведомости норм расхода материалов и т.д.

Оценка показателей технологичности на ранних стадиях проектирования, так как именно на них принимаются конструктивные решения, во многом имеет большое значение, определяющее технологичность разрабатываемой конструкции. Особенно это относится к таким показателям ТКИ, как трудоемкость, материалоемкость, которые прямо определяют затраты на производство изделия.

Качественная и количественная оценки ТКИ являются неразрывными частями общего процесса отработки конструкций изделий на технологичность, взаимодополняют друг друга. Применение различных оценок конструкции на этапах проектирования позволяет обеспечить в конечном итоге высокий уровень технологичности изделия.

В настоящее время развитие вычислительной техники, новых информационных технологий, широкое применение в производственной практике интегрированных систем автоматизированного проектирования (CAD/CAM/CAE-систем) позволило упростить и автоматизировать решение многих задач по обеспечению ТКИ, пересмотреть и поставить на качественно новый уровень организационные вопросы обеспечения ТКИ.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >