Технологичность конструкций и пути ее обеспечения

Создание новых конструкций изделий, обладающих высокими технико- экономическими характеристиками, является сложной комплексной задачей, для решения которой прежде всего необходимо обеспечить максимально возможную для данных условий производственную и эксплуатационную технологичность конструкций.

Производственная технологичность – это степень соответствия конструкции изделия оптимальным производственно-технологическим условиям его изготовления при заданном объеме производства. При удовлетворении эксплуатационным требованиям конструкция должна при прочих равных условиях обеспечивать минимальные производственные издержки (а для этого – минимальную трудоемкость и материалоемкость и короткий производственный цикл ее изготовления).

Эксплуатационная технологичность изделия проявляется в сокращении затрат времени и средств на техническое обслуживание и ремонт в зависимости от его ремонтопригодности, т.е. приспособленности предупреждать, обнаруживать и устранять отказы и неисправности.

Для обеспечения производственной технологичности изделию придается такая форма и выбираются такие материалы, которые обеспечивают при условии выполнения им заданных функций наиболее экономичное его изготовление. При этом изделие, технологичное для условий мелкосерийного производства, может оказаться нетехнологичным при его массовом выпуске (и наоборот). К нетехнологичным относят конструкции, изготовление которых известными способами либо невозможно, либо вызывает неоправданное усложнение технологических операций, увеличение их трудоемкости, а также увеличение материалоемкости самих изделий.

Показатели технологичности могут быть:

· абсолютными (масса изделия и его элементов, нормы расхода материалов, точность изготовления, общее количество элементов, трудоемкость и др.);

· относительными (удельные показатели и коэффициенты) (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Система основных показателей технологичности

Показатели	Расчетная формула	Принятые обозначения
А. Производственные
А.1. Абсолютные
Суммарная материалоемкость изделия	Gо=Gчр+Gц+Gн	Gчр – расход материала на заготовки из черных металлов; Gц – то же из цветных металлов; Gн – то же из неметаллических материалов
Суммарная трудоемкость изделия	tиз= tз+tм+tсб+tп	tз – трудоемкость заготови-тельных работ; tм – то же механи-ческой обработки; tсб – то же сборочных работ; tп – то же прочих работ
Себестоимость изделия	S
А.2. Относительные
Удельная материалоемкость изделия	gу =	Р – определяющий эксплуатационный параметр изделия (производительность, мощность и т.д.); Gч – чистая масса изделия
Коэффициент использования материалов	Ким =
Удельная трудоемкость изделия	tу =
Удельная себестоимость изделия	Sу =
Б. Эксплуатационные
Б. 1. Абсолютные
Трудоемкость профилактического обслуживания	tоб	Могут использоваться и другие абсолютные показатели, например Gоб и Gр – материало-емкость обслуживания и эксплуатационных ремонтов; Sоб и Sр – затраты на обслуживание и эксплуатационных ремонтов и др.
Трудоемкость эксплуатационных ремонтов	tр
Б. 2. Относительные
Удельная трудоемкость обслуживания изделия	tуоб =
Удельная трудоемкость эксплуатационных ремонтов	tур =
Удельные затраты на обслуживание изделия	Sуоб =
Удельные затраты на эксплуатационные ремонты	Sур =

Показатели технологичности во многих случаях могут оказать существенное влияние на окончательную оценку конкурентоспособности новых изделий.

При отработке конструкции на технологичность различают:

· базовые показатели технологичности – для изделий, обладающих общими конструкционными признаками с проектируемым;

· показатели технологичности проектируемого изделия;

· уровень технологичности как отношение значений показателей.

Этот уровень заносится в карту технического уровня изделия.

На стадиях проектирования технологичность конструкции обеспечивается в основном конструктором. Однако не следует забывать, что это достаточно комплексная и конкретная задача. Комплексная потому, что к ее решению должны привлекаться, кроме конструкторского отдела, и другие службы завода (технологический отдел, отдел материально-технического обеспечения, технического контроля и др.). Конкретная потому, что она должна решаться исходя из конкретных производственных возможностей (наличие необходимых материалов, оборудования с необходимыми параметрами, габаритами и точностью, возможности привлечения работников необходимой квалификации и т.п.), с учетом перспектив развития производства.

Отработку конструкции на технологичность в общем случае начинают с подбора и анализа исходных материалов для оценки, затем уточняют объем выпуска, анализируют показатели технологичности изделий аналогичной конструкции, определяют показатели производственной и эксплуатационной технологичности.

Задачу обеспечения технологичности конструкции будущего изделия необходимо решать уже на ранних стадиях проектирования, еще при выборе рациональных значений основных технических параметров и оптимальной схемы изделия, наиболее соответствующей основным эксплуатационным требованиям.

Основными путями повышения технологичности на ранних стадиях проектирования являются строгое соответствие конструкции функциональному назначению изделия, сокращение числа звеньев в размерных цепях и др. Это позволяет применить принципы агрегатирования, упрощающие сборку и снижающие ее трудоемкость.

Особенно расширяется круг вопросов, связанных с обеспечением технологичности, при разработке рабочей документации. На этой стадии обосновывается выбор материалов, типа заготовок с учетом объема выпуска, обеспечиваются взаимозаменяемость деталей, минимальная трудоемкость сборки.

Рассмотрим некоторые конструкторские пути повышения технологичности путем снижения материалоемкости и трудоемкости изделий.

При анализе влияния материалоемкости конструкции на себестоимость изделия полезно оперировать не только общей, но и структурной, а также удельной материалоемкостями. Структурная материалоемкость позволяет исследовать реальность выбранной номенклатуры материалов, возможность исключения дорогостоящих и дефицитных материалов, применения унифицированных и стандартных профилей проката и заготовок. Удельная материалоемкость необходима для сравнения вариантов изделий одинакового эксплуатационного назначения, но различной мощности, производительности.

Главными критериеями снижения затрат на основные материалы можно считать:

· уменьшение расхода материалов на изделие, определяемое снижением массы изделия и конструкторскими мероприятиями по повышению коэффициента использования материалов;

· выбор рационального материала.

Очень часто конструктор имеет возможность выбрать при проектировании детали материалы нескольких марок, обеспечивая при этом одинаковые эксплуатационные свойства конструкции. Однако эти материалы будут отличаться по цене, а, возможно, и по трудоемкости обработки. Так, при применении легированной стали вместо углеродистой, допускающей более высокие напряжения, масса детали может уменьшится. При этом затраты на материалы в расчете на единицу массы возрастут, изменятся затраты на обработку, а также некоторые статьи косвенных затрат. Следовательно, себестоимость детали при требуемых значениях прочностных характеристик может иметь минимум, который и определит наиболее целесообразный вид материала.

В ряде случаев существенный экономический эффект дает, например, применение низколегированных сталей вместо конструкционных, а также применение модифицированных чугунов, композиционных материалов, алюминия и его сплавов, магния, титана, пластических масс и других материалов.

Важно найти рациональное решение, обеспечивающее наиболее экономичный вариант при соблюдении всех требований технического задания. Для этого необходимо, чтобы конструкторы и экономисты при проведении конструкторских работ располагали соответствующей технико-экономической документацией: каталогами, ценами, средними значениями коэффициентов использования материала для разных заготовительных процессов, экономическими характеристиками производства на данном предприятии.

Большую пользу конструкторам могут оказать экономико-математические модели расчета затрат на материалы деталей разных классов в зависимости от их конструкционно-технологических признаков.

Одним из самых главных условий снижения трудоемкости изготовления является правильный выбор процесса формирования детали, сближение геометрических размеров заготовки с размерами готовой детали, а также выбор рационального процесса сборки.

Следует заметить, что большинство материалосберегающих направлений в конструкторских работах приводит к снижению трудоемкости изготовления. Большие возможности снижения трудоемкости заложены в рациональном выборе методов получения заготовок.

Важно обеспечить снижение удельных значений материалоемкости и трудоемкости на единицу определяющего эксплуатационного параметра. Не прибегая к удельным показателям, трудно оценить эффективность роста единичных мощностей машин, поскольку путь наращивания мощности в машинах данного типа имеет экономически целесообразные пределы.

Рассматривая себестоимость как обобщающий показатель производственной технологичности, следует отметить определенную тенденцию ее увеличения для последующих моделей однотипных изделий, что является следствием технического прогресса – увеличения мощности, скорости, производительности и пр. Однако важно, чтобы себестоимость и цена нового изделия в расчете на единицу производительности уменьшались, иначе трудно будет обеспечить его конкурентоспособность.

Обеспечение технологичности конструкций – задача комплексная, поэтому к ее решению должны привлекаться различные технические службы предприятия. Тесная связь конструкторов и технологов в обеспечении технологичности конструкции достигается часто путем закрепления за объектом проектирования ведущего конструктора и ведущего технолога или создания комплексных конструкторско-технологических бригад.

Важная роль в достижении высокой конкурентоспособности новых изделий, в частности их технологичности, принадлежит экспериментальным цехам и участкам. Они обеспечивают всестороннюю и качественную отработку конструкции изделия в процессе рабочего проектирования. Опытное производство помогает осуществлять в дальнейшем технологическую подготовку производства и его освоение в установленные сроки без существенных переделок, т.е. без дополнительных затрат и затягивания сроков.

Для выполнения основной задачи – изготовления опытных образцов и небольших опытных партий, а в некоторых случаях и их испытания – экспериментальные цеха и участки комплектуются, как правило, универсальным оборудованием или оборудованием с числовым программным управлением, на котором можно было бы изготовить любые необходимые детали и узлы, если их нельзя получить от специализированного производителя при меньших затратах и в более короткие сроки.

При проведении проектно-конструкторских работ весьма трудно обеспечить равномерную по календарным срокам сдачу технической документации на опытные образцы. Выявленные в процессе проектирования недочеты конструкции, необходимость конструкторских изменений вызывают отклонения от плановых сроков и, как следствие, неравномерность поступления заказов в экспериментальные цехи. В таких условиях большую роль играет применение математических методов, позволяющих оперативно маневрировать ресурсами, обеспечить выравнивание загрузки производственных участков. Оптимизация загрузки опытного производства выполняется на основе применения методов математического моделирования.