18.2. Обеспечение технологичности конструкции изделия

Отработка конструкции изделия на технологичность. Под технологичностью конструкции изделия понимается совокупность свойств конструкции, которые обеспечивают изготовление, ремонт и техническое обслуживание изделия по наиболее эффективной технологии. Применение эффективной технологии предполагает оптимальные затраты труда, материалов, средств, времени при ТПП, в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта, включая подготовку изделия к функционированию, контроль его работоспособности, профилактическое обслуживание.

От условий, в которых изготовляется изделие (тип производства, программа и повторяемость выпуска), зависят возможности отработки технологичности конструкции, направленной на снижение трудоемкости изделия, удобств его ремонта в процессе эксплуатации.

Состав работ по обеспечению технологичности конструкции изделия на всех стадиях жизненного цикла устанавливается Единой системой технологической подготовки производства. В ЕСТПП технологичность рассматривается как совокупность свойств конструкции, характеризующих один из показателей качества изделий.

Отработка изделия на технологичность представляет собой одну из наиболее сложных функций ТПП. Она обусловлена тесной взаимосвязью между конструкцией изделия и технологией его производства.

Единым критерием технологичности конструкции изделия является ее экономическая целесообразность при заданном качества и принятых условиях производства. При таком подходе к оценке конструкции необходимо рассматривать весь комплекс требований к ней в целом, чтобы незначительная экономия средств при изготовлении не приводила впоследствии к экономически невыгодному увеличению затрат на техническое обслуживание или ремонт.

Главными факторами, определяющими требования к технологичности, являются вид изделия, объем выпуска, тип производства. Вид изделия определяет главные конструктивные и технологического признаки, обслуживающие основные требования. Объем выпуска и тип производства определяют степень технологического оснащения, механизации и автоматизации технологических процессов и специализацию всего производства.

При отработке на технологичность конструкции изделия, являющегося объектом производства, необходимо анализировать виды и сортамент применяемых материалов; виды и методы получения заготовок; технологические методы и виды обработки, сборки, монтажа вне предприятия, контроля и испытаний; возможность механизации и автоматизации процессов; возможность применения унифицированных и освоенных производством сборочных единиц и деталей.

При отработке на технологичность конструкции изделия, являющегося объектом эксплуатации, учитывают удобство, трудоемкость, повышение ресурса изделия в работе.

Существуют два вида оценки технологичности конструкции изделий: качественная и количественная.

Качественная оценка характеризует технологичность конструкции обобщенно на основе опыта исполнителя. Качественная оценка при сравнении вариантов конструкции в процессе проектирования изделия предшествует количественной и определяет целесообразность количественной оценки и соответственно затрат времени на определение числовых значений показателей технологичности сравниваемых вариантов.

Количественная оценка технологичности конструкции изделий выражается показателем, числовое значение которого характеризует степень удовлетворения требований к технологичности конструкции. Количественная оценка технологичности конструкции изделия зависит от признаков, которые существенно влияют на технологичность рассматриваемой конструкции. Цель количественной оценки технологичности разрабатываемой конструкции изделия – обеспечение эффективной отработки изделия на технологичность при снижении материальных затрат и времени на ее разработку, ТПП, изготовление, монтаж и ремонт.

Существуют частные, комплексные и базовые показатели технологичности.

Важнейшим обобщенным показателем технологичности является себестоимость изделий и ее дефицитные составляющие – затраты на материал, вложенный труд рабочих.

Математическое моделирование должно описывать структуру объекта моделирования, включая состав элементов, их свойства, взаимосвязи, количественные и качественные характеристики.

Для описания структуры моделируемого объекта используют структурные модели, а для расчета количественных характеристик – количественные модели. Устанавливают следующий порядок разработок математических моделей: отбор элементов объекта моделирования; установление отношений между элементами объекта моделирования; группирование элементов и отношений; выбор класса типовых математических моделей; разработка математических моделей; отбор количественных характеристик объекта моделирования; установление отношений между количественными характеристиками; группирование количественных характеристик и отношений; выбор класса типовых моделей; разработка количественных моделей.

В зависимости от вариантов конструкции изделия, системы эксплуатации и ремонта изделий при моделировании этих объектов используют табличные, сетевые и перестановочные структурные модели.

Автоматизированное решение задач обеспечения технологичности конструкции изделия на основе математических моделей включает:

• установление состава математических моделей;

• разработку математических моделей;

• расчет показателей технологичности по моделям;

• оценку показателей технологичности;

• разработку рекомендаций по содержанию и порядку проведения изменений моделей;

• технологическую подготовку производства для повышения эффективности подготовки производства конкретного изделия.

Отработка конструкции на технологичность по совокупности свойств качества изделия. Состояние изделия характеризуется рядом свойств, одним из которых является технологичность конструкции. Технологичность характеризуется рядом показателей, а отработка изделий на технологичность – это неотъемлемая часть работ по обеспечению качества изделий.

При конструировании технической системы должна быть определена ее цель. Целью системы является достижение ею некоторого предпочтительного состояния, критерием которого могут быть наиболее выгодные ( )-обмены. Таким образом, целью технической системы является получение максимальных при фиксированных , или при фиксированных обеспечение минимальных затрат на отработку технологии производства в технологической системе . Так как при конструировании технической системы имеется бесконечное число решений, то можно говорить о некоторой вероятности достижения системой своей цели, т.е. выгодного ( )-обмена:

Техническая система при фиксации ее цели – отработка на технологичность с затратами и минимальными затратами на производство в технологической системе - определяется своей структурой и поведением , т.е.

Технологическую систему со своей целью – наименьшие затраты на производство с отработанной на технологичность конструкцией со структурой и поведением - запишем:

Взаимодействие систем и при условии, что величина зависит от , а также от структуры и поведения систем и , записывается в виде

Для оптимальной системы , которую обозначим через , существует некоторая константа ,

При этом

Это означает, что система не может обеспечить эффективности от обеспечения технологичности больше при любом конкретном техническом решении системы Аналогично при фиксированных существует оптимальная система . В общем случае эта система может быть отлична от .

Таким образом, задача обеспечения технологичности конструкции сводится к построению такой системы , которая в максимальной степени приближалась бы к целевому функционалу .

Так как величина определяется величинами показателей технологичности (качества) системы , то будем говорить, что система обладает различными качествами, множество которых обозначим через , а элементы этого множества будем называть -качествами. К -качествам будут относиться технологичность, точность, взаимозаменяемость, контролепригодность. Для обеспечения оптимального уровня каждого из этих -качеств в системе выделяются некоторые подсистемы со своей структурой и поведением . Если одновременно проводится отработка по двум -качествам (технологичность, точность), то при такой цели в системе выделяется -сечение и

Тактическим целям , и т.д. соответствуют свои ( -, ( )-обмены.

Теория систем допускает, что отработку конструкций можно проводить отдельно по показателю состояний и свойств технологичности, точности, взаимозаменяемости и т.д.

Решим вопрос, насколько обеспечивается при таком подходе оптимальность ( -обмена.

На основе неравенства Буля получено следующее выражение:

Это выражение означает, что вероятность достижения стратегической цели системы меньше или равна минимальному значению вероятности выполнения тактической цели по -качеству и больше или равна сумме вероятностей невыполнения тактических целей по -качествам, вычитаемой из единицы.

В терминах ( -обмена последнее выражение может быть записано в виде

Из полученного неравенства по достижении предпочтительного состояния следует важные практические выводы по оптимизации технологичности:

• при конструировании изделий допускается вести отработку изделия на технологичность по отдельному свойству или показателю технологичности;

• отработка конструкций на технологичность по одному этому свойству менее эффективна, чем отработка одновременно по всей совокупности свойств качества.

Принцип модульного проектирования. Тенденция к повышению серийности производства как к средству повышения качества и экономичности предъявляет дополнительные требования к конструированию. Одно из таких требований – обязательное применение в конструировании методов стандартизации – унификации и агрегатирования, - сконцентрированных в модульных принципах. Возможность компоновки изделий из унифицированных составных частей, комбинации их со сборочными единицами специального назначения, последовательного наращивания функций позволяет строить конструкции различного назначения и структуры.

Использование модульных принципов сокращает сроки подготовки производства новых изделий, повышает мобильность и адаптивность технологии в условиях опытного и мелкосерийного производства. Проведение производственной подготовки и формирование доминирующей конструкции базируется на использовании модульных принципов для различных классов технологии, соподчиненных им методов и процессов групповой технологии с построением доминирующей конструкции.

В основе возникшего функционально-модульного построения доминирующей конструкции заложены следующие принципы:

• инвариантность конструкций, обеспечивающая возможности их применения для различных видов технологии;

• переналаживаемость конструкций и взаимозаменяемость функциональных составных частей;

• конструктивная преемственность, возможность многократного применения функциональных составных частей;

• высокая технологичность, обеспечивающая интенсификацию производства – автоматизацию и роботизацию наиболее трудоемких и массовых технологических операций.

Важнейшее условие данного подхода – возможность декомпозиции конструкции на составные части, каждая из которых ориентирована на выполнение вполне определенной функции.

Анализ практики конструирования позволил выделить ряд типовых составных частей комплекса изделий, которые, в свою очередь, состоят из унифицированных агрегатов, узлов и деталей соответствующего функционального назначения. В результате получена многоуровневая иерархическая модель структуры комплекса изделия, в которой выделены четыре основных уровня – конструкция, модули, блоки, элементы, - оформленная в виде морфологической матрицы.