Организация и планирование машиностроительного производства
..pdfВсе затраты, связанные с изготовлением оснастки, относятся на заказ, открытый на изготовление изделия. Если детали, изготовленные с применением специальной оснастки, используются в различных изделиях, то затраты относятся на разные заказы пропорционально их количеству.
1.5.4. Унификация технологической оснастки
Для сокращения сроков технологической подготовки произ водства ведутся работы по унификации технологической оснастки, кото рая распространяется на типы, конструкции, основные размеры и пара метры оснастки, их составные части (детали и узлы), материалы, химиче ские покрытия, нормы точности и др.
Экономически эффективна унификация следующих элементов техно логической оснастки: деталей, если они предназначены для одной цели и имеют сопоставимые размеры; узлов, имеющих одинаковое функцио нальное назначение, но незначительно отличающихся в рабочих разме рах, габаритах и эксплуатационных показателях; компоновок по изготов лению типовых деталей близких габаритов при условии общности схем базирования в процессе обработки.
Целесообразно унифицировать оснастку, применяемую для типовых операций, если их конструкции однотипны по схемам, габаритам и усло виям эксплуатации.
Технологическая оснастка считается унифицированной, если ее кон струкция обеспечивает оснащение оптимального количества операций; компоновка соответствует типовой унифицированной; в конструкции унифицированы базовые и присоединительные места.
Комплекс технологической оснастки считается унифицированным, если минимальная номенклатура унифицированных конструкций обес печивает на базе типовых решений оснащение максимального количест ва операций по изготовлению различных изделий.
Комплексная унификация предусматривает размерную унификацию однотипных средств технологического оснащения, деталей и узлов с раз личивши основными и присоединительными параметрами и сокращение размерных параметров аналогичного функционального назначения СТО, деталей и узлов с одинаковыми основными параметрами, но разным кон структивным исполнением. Она предполагает сокращение типов приспо соблений аналогичного функционального назначения, размерно-типо вую унификацию приспособлений, деталей и узлов, не имеющих конст руктивного подобия и отличающихся по основным параметрам; модификационную унификацию базовых моделей (компонование СТО раз личных типов).
При комплексной унификации назначение СТО устанавливается:
—по виду оборудования и виду обработки заготовки (оснастка для токарных, фрезерных, шлифовальных и т.д. работ);
—по номенклатуре заготовок, способу их базирования, виду и но менклатуре операций (специальная или универсальная оснастка и т.д.);'
—по количеству одновременно обрабатываемых заготовок (одноме стная или многоместная оснастка).
Типаж конструкции зависит от конфигурации и габаритов обрабаты ваемых в приспособлении заготовок деталей, а также от координации за готовок в процессе обработки относительно оси режущего инструмента и выбранной схемы базирования.
Степень точности деталей и узлов СТО определяется принципом аг регатирования и спецификой назначения (базовые, фиксирующие, при водные и др.).
При проведении унификации необходимо выполнить следующие ра боты: определить объект унификации; отобрать параметры, подлежащие унификации, и выбрать из их числа основные для каждого унифицируе мого объекта; установить рациональный размерный ряд для типов и кон струкций; выбрать наиболее прогрессивные конструкции и на их основе разработать унифицированные; разработать предложения по организа
ции специализированного |
производства. |
|
Технологическая оснастка подразделяется |
на: |
|
1) н е р а з б о р н у ю |
с п е ц и а л ь н у ю |
о с н а с т к у (НСО) — |
состоит из стандартных деталей и узлов общего назначения, использует ся для одной деталеоперации в крупносерийном производстве. Преиму ществом НСО является высокая производительность, так как не требует ся выверять детали, размеры получаются автоматически и обеспечивает ся высокое качество работ. К недостаткам применения НСО следует от нести большие сроки и стоимость проектирования и изготовления;
2) у н и в е р с а л ь н о - н а л а д о ч н у ю о с н а с т к у (УНО) — обеспечивает установку и закрепление заготовок любых габаритных раз меров при помощи специальных наладок, обеспечивающих выполнение широкой номенклатуры операций по обработке заготовок деталей. УНО состоит из универсальной (постоянной) и наладочной (сменной) частей. Постоянная часть УНО может быть изготовлена заранее и использовать ся для обработки различных деталей. К наладочной (сменной) части от носятся фиксирующие, базирующие и зажимные детали и узлы.
УНО позволяет устанавливать деталь с такой же точностью, какую обеспечивают дорогостоящие специальные приспособления. Примерами такой оснастки являются универсально-наладочные тиски, патрон со сменными кулачками и т.п.
При снятии с производства данного изделия становится бесполезной дешевая наладка, а наиболее трудоемкая унифицированная постоянная часть может быть использована для обработки других изделий;
3) у н и в е р с а л ь н о - с б о р н у ю о с н а с т к у (УСО) — компонуется из окончательно обработанных стандартных универсаль ных элементов высокой точности многократного применения. К недос таткам этого вида оснастки можно отнести высокую стоимость набора и уменьшение жесткости конструкции приспособления;
4) с б о р н о - р а з б о р н у ю о с н а с т к у (СРО) — собирается из стандартных и специальных деталей. При перекомпоновке на изготов ление нового изделия возможна доработка стандартных деталей. СРО яв ляется специальной оснасткой долгосрочного применения и использует ся для одной или нескольких деталеопераций;
5) у н и в е р с а л ь н о - б е з н а л а д о ч н у ю о с н а с т к у (УБО)
— комплекс универсальных приспособлений: токарные патроны, ма шинные тиски, поворотные и делительные столы, магнитные и электро магнитные приспособления и т.п. УБО обеспечивает базирование обраба тываемых заготовок с обязательным последующим контролем их уста новки;
6) с п е ц и а л и з и р о в а н н у ю н а л а д о ч н у ю о с н а с т - к у (СНО) — представляет собой разновидность УНО и применяется для изготовления деталей, имеющих общие конструктивно-технологические особенности и одинаковый характер расположения поверхностей. Объек том унификации при разработке этих приспособлений также является ба зовая часть, которая в отличие от базовой части УНО выполняется регу лируемой. Пределы размеров деталей, обрабатываемых в СНО, устанав ливаются заранее при ее конструировании. СНО сочетает в себе положи тельные качества универсальных (многократность использования) и специальных (точность обработки, быстрота установки обрабатываемой заготовки) приспособлений.
Применение СНО особенно эффективно, когда она спроектирована и изготовлена в соответствии с предварительно разработанным типовым технологическим процессом.
Технологическая оснастка предназначается для применения в сле дующих производственных условиях:
— УСО и УБО — в единичном производстве;
— УНО, |
частично СРО и СНО — в серийном производстве; |
— СРО, |
СНО и НСО — в крупносерийном производстве. |
Работа по унификации СТО должна строиться на анализе отечествен ной и зарубежной нормативно-технической документации, сведений о патентной чистоте и т.п. Целесообразно учитывать рекомендации между народных стандартов ИСО.
Унификация СТО наиболее эффективна при комплексных работах, связанных с унификацией элементов типовых технологических процес сов на базе единой системы классификации и кодирования. Она дает воз можность создать и применять системы приспособлений и их элементы при оснащении производства изделий, выпускаемых несколькими пред приятиями.
Технико-экономическое обоснование выбора средств технологиче ского оснащения включает расчеты коэффициента загрузки и затрат на оснащение операции (Р50-54-11—87).
Коэффициент загрузки каждой единицы технологической оснастки
где tk— норма штучного времени на технологическую операцию; NB— месячный объем выпуска; Ffl— действительный (эффективный) месячный фонд времени работы оснастки.
Взависимости от значения к, определяются оптимальные границы применения средств технологического оснащения.
Втабл. 1.12 приведены коэффициенты сравнительных затрат на осна щение станочных операций. За базу принята система НСО.
Таблица 1.12. Коэффициенты сравнительных затрат на оснащение
станочных операций
Показатели |
|
Средства |
технологического |
оснащения |
|
||
|
|
НСО |
УБО |
УСО |
С Ю |
УНО |
СНО |
Трудоемкость |
проектиро |
1,0 |
— |
0,05 |
0,60 |
0,30 |
0,20 |
вания |
|
|
|
|
|
|
|
Трудоемкость |
изготовле |
1,0 |
— |
0,10 |
0,66 |
0,35 |
0,25 |
ния |
|
|
|
|
|
|
|
Затраты на оснащение де- |
1.0 |
0,05 |
0,12 |
0,68 |
0,36 |
0,20 |
|
талеопераций |
|
|
|
|
|
|
|
Рекомендуемые области применения средств технологического осна щения для разных типов и организационных форм производства приведе ны в табл. 1.13.
Таблица 1.13. Рекомендуемые области применения СТО
Виды производства |
НСО |
УБО |
УСО |
СРО |
УНО |
СНО |
Единичное |
|
* |
ф |
|
|
|
Серийное |
|
|
|
|
|
|
Крупносерийное, массовое |
|
|
|
|
|
|
Экономический эффект от применения различных средств техноло гического оснащения можно рассчитать путем сопоставления экономии от сокращения затрат времени на операцию и дополнительных затрат, связанных с применением оснастки.
Экономия, получаемая за счет применения оснастки, снижающей трудоемкость операции, рассчитывается по формуле
|
Эх = (turrl “ turtf) *(SCirr + Lr) • Nr (руб.), |
где tujri, |
— трудоемкость выполнения операции для сравниваемых ва |
риантов оснащения технологических процессов, мин.; SCMT— сметная ставка по данному виду оборудования, руб./мин; в сметную ставку вклю чаются затраты, связанные с работой оборудования (амортизационные отчисления, затраты на инструмент, вспомогательные материалы, техно логическая электроэнергия и др.); Ц — тарифная ставка основного рабо чего, руб./мин; Nr — годовой объем выпуска деталей, шт.
1.5.5. Основные направления ускорения технологической подготовки производства
Сокращение сроков, трудоемкости и стоимости ТПП доста точно сложная и комплексная задача, и ее решение достигается на основе:
1)разработки качественной конструкторской документации, не тре бующей последующей доработки;
2)параллельного выполнения работ по ТПП;
3)унификации технологических процессов;
4)унификации и стандартизации средств технологического оснаще
ния;
5)разработки и использования групповой быстропереналаживаемой оснастки;
6)перевода обработки деталей с универсального оборудования на станки с ЧПУ;
7)создания предметно-специализированных цехов и участков, груп повых поточных линий и гибких автоматизированных линий;
8)внедрения компьютерной технологии и компьютерного проекти рования;
9)механизации и автоматизации ТПП.
Рассмотрим некоторые из перечисленных направлений.
При обработке деталей на станках с ЧПУ в результате совмещения операций значительно сокращается количество средств технологическо го оснащения, а следовательно, сокращается время проектирования и из готовления:
АТтап ДТ„р + ДТщг,
где ДТтпп— время, на которое сокращается цикл ТПП при использовании станков с ЧПУ; ДТ„р — сокращение времени проектирования СТО; ДТщг — сокращение времени изготовления СТО.
Внедрение компьютерной технологии и компьютерного проектиро вания сокращает не только длительность ТПП, но и затраты. При этом нет необходимости размножать и передавать в подразделения предприятия технологические процессы и конструкторскую документацию на СТО.
Оценить технологическую готовность предприятия к запуску нового изделия можно по показателю технологической готовности (табл. 1.14).
Таблица 1.14. Основные показатели технологической готовности
предприятия к запуску в производство нового изделия
Показатель
Коэффициент готовности технологической докумен тации (технологические процессы)
Коэффициент готовности технологической оснастки (приспособления, кондукто ры, штампы и т.п.) для изго товления нового изделия
Коэффициент обеспечен ности производства нового изделия инструментом об щего и специального назна чения
Коэффициент обеспечен ности производства нового изделия средствами метро логического контроля (ка либры, контрольно-измери тельная аппаратура и т.п.)
Формула
и J
п* к = - * -
П™
и*
^ = — И„
II
J4
Обозначение
Ыф — фактическое количество техпро цессов, имеющихся к началу освоения но вого изделия
N™ — общее количество техпроцессов, необходимых для изготовления нового из делия
Пф— фактическая обеспеченность опе
раций технологической |
оснасткой |
Л™ — планируемая |
обеспеченность |
производства технологической оснасткой к моменту запуска в производство нового изделия
Иф— фактическая обеспеченность про изводства инструментом к моменту запус ка в производство нового изделия
Ипл — планируемая (нормативная) обеспеченность производства инструмен том
Мф— фактическая обеспеченность производства средствами метрологиче ского контроля к моменту запуска в произ
водство нового изделия |
|
Мпл — планируемая |
обеспеченность |
производства средствами метрологиче ского контроля
Общую оценку технологической готовности предприятия определя ют с помощью интегрального показателя, рассчитываемого как средне взвешенная величина значений выше рассмотренных коэффициентов:
_ Z k i - m i
к техн.г
Z mi
где lq — частные коэффициенты технологической готовности; mi — ве сомость i-ro показателя.
ГЛАВА 1.6. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТ
ПО ПОДГОТОВКЕ ПРОИЗВОДСТВА
Большую роль в повышении эффективности проектно-кон структорских работ играют компьютерные системы, которые можно раз делить на локальные и глобальные. Локальные системы структурно со стоят из нескольких персональных компьютеров и аппаратных устройств (принтеров, мониторов, сканеров), объединенных в единую сеть. Отличи тельной чертой локальной сети является ее автономность и нацеленность на решение специализированных задач. Глобальная сеть (Интернет) по зволяет получать любую информацию, используя адресную систему.
Применение компьютерных технологий в конструкторских службах значительно повышает уровень унификации и стандартизации конструк ций за счет оперативного поиска имеющихся по данному вопросу патен тов, стандартов, выполненных ранее конструкторских решений, улучша ет учет вносимых в документацию изменений, обеспечивает конструкто ров широкой информацией по решаемому вопросу, начиная от патентных формуляров и кончая копиями ранее разработанных чертежей конструк ций изделий, имеющих сходные признаки.
Большой удельный вес в затратах конструкторского труда имеют рас четы, выполнение графической части проектов, часто носящие рутинный характер (табл. 1.15). Например, для подготовки производства легкового автомобиля нужно выполнить более 10 тысяч чертежей, а средняя трудо емкость формата А4 составляет 10—20 чел-ч.
Таблица 1.15. Удельный вес трудовых затрат на конструкторскую подготовку
|
Вид работы |
% к общим затратам |
|
|
времени |
Творческая работа, согласование и принятие решений |
20— 25 |
|
Инженерные расчеты |
10— 15 |
|
Разработка и |
оформление чертежей |
40 —50 |
Размножение |
конструкторской документации |
10— 15 |
Приведенные в табл. 1.15 соотношения категорий трудовых затрат на конструкторскую подготовку производства показывают, что более поло вины их составляют рутинные работы, связанные с разработкой и оформ лением чертежей и размножением конструкторской документации. Это позволяет сделать вывод об актуальности автоматизации проектно-кон структорских работ, переложив их выполнение на компьютерные систе мы — системы автоматизированного проектирования (САПР).
Одной из наиболее организационно-разработанной САПР является система CAD/CAM, т.е. автоматизированное проектирование/автоматизированное управление. Система CAD/CAM объединяет две функцио нальные системы. Система CAD включает несколько подсистем: PDMS — подсистему компоновочного проектирования с блоками двух- и трехмерной графики; SAS/SDB — подсистему строительной части про екта; FAS/FDS — подсистему технологической части проекта с форми рованием чертежей; QTO — подсистему расчета потребности в матери альных и трудовых ресурсах. Система САМ включает подсистемы: AMS — подсистему управления (планирования); QA — подсистему оценки и контроля качества (анализ эффективности работы по проекту; SAD — подсистему документооборота с базой данных.
Применение в САПР вычислительных машин и терминального обо рудования, наличие автоматизированных рабочих мест (АРМ) конструк торов, позволяющих кодировать чертежи, подготавливать информацию для ввода в компьютер, редактировать текст и графику привели к сущест венному перераспределению функций между конструктором и компью тером, изменили технологию и организацию работ в конструкторских подразделениях.
В связи с широким распространением САПР меняются функции под разделений конструкторских служб. Конструкторы освобождаются не только от трудоемких сбора и подготовки информации, расчетных и гра фических работ, но, частично, и творческих занятий (например) выбора оптимального варианта).
Кроме этого, повышается качество разработки конструкцийНапри мер, на фирме Форд при создании автомобиля «Мондео» использовали проектно-конструкторский технологический комплекс СЭР, позволяю щий при проектирования автомобиля обходиться без «бумажных» черте жей, пластилиновых макетов, с помощью которых задумки конструктора обычно воплощаются в металл. Итог компьютерного проектирова ния — экономия 13 месяцев при разработке «Мондео». В целом продол жительность работ от первых виртуальных набросков до конвейерной версии составила 24 месяца при высоком качестве изготовления техноло гического оснащения (в основном штампов). Подобные компьютерные системы применяются и в отечественном автомобилестроении.
Интересен опыт научно-технического центра «Конструктор», кото рый проектирует программно-аппаратные комплексы высокой степени интеграции, обеспечивающие комплексную автоматизацию сквозного цикла: проектирование — конструирование — изготовление. Основу комплексов составляют лицензионные системы:
—AutoCAD и его расширения для геометрического моделирования 3-мерных объектов, выпуска чертежно-конструкторской документации и разработки графических информационных систем;
—3D Studio, Animator Pro, Auto Vision для художественного проек тирования, презентации и видеорекламы;
—COSMOS/M для проведения прочностных, тепловых, гидравличе ских и электромагнитных расчетов по методу конечных элементов. Ана лиз плоских и пространственных конструкций (ферм, объемных тел и их комбинаций) проводится при помощи специального геометрического пре- и постпроцессора GEOSTAR или непосредственно в среде
AutoCAD;
— Manufacturing Exert и PEPS для подготовки управляющих про грамм для станков с числовым программным управлением.
В результате адаптации указанных систем решаются следующие за дачи:
•подготовка чертежно-конструкторской документации в соответст вии с ЕСКД, включая автоматизированный выпуск текстовой документа ции (спецификаций, ведомостей, спецификаций покупных изделий и др.);
•выпуск специализированных чертежей в области машиностроения, строительства, электротехники, электроники, гидравлики с использова
нием готовых баз данных стандартных элементов;
•ведение архивов чертежей, формирование библиотек графических элементов чертежей;
•автоматизированное проведение конструкторских расчетов в про цессе формирования чертежа: компоновка размеров, прочностной расчет
ирасчет массово-инерционных характеристик;
•параметризация чертежей;
•оптимизация компоновки размеров и определение допусков и поса
док;
•защита LISPпрограмм от несанкционированного копирования. Комплекс разрабатывается для конструкторских и технологических
служб машиностроительных предприятий в виде рабочих мест конструк тора на базе IBM РС386,486, Pentium в комплекте с плоттерами, сканера ми, дигитайзерами и другим периферийным оборудованием.
По другому пути пошла отечественная фирма АСКОН, разработав шая систему автоматизированного проектирования «КОМПАС» (Ком
плекс Автоматизированных Систем). Разработка фирмы система КОМПАС-5 явилась ответом отечественного программирования на каче ственные изменения в сфере высоких технологий, появление высокопро изводительных персональных компьютеров, выпуск операционных сис тем Windows NT и Windows 95. КОМПАС-5 — это новое поколение вы сокоэффективной конструкторской графики с совершенными техноло гиями проектирования и инструментальными средствами, которые отвечают самым современным требованиям. По техническим характери стикам чертежно-конструкторская КОМПАС-5 является одной из самых мощных в мире.
Последняя версия системы КОМПАС-5 — это высокоэффективная среда проектирования различных изделий, включающая мощный чер тежно-конструкторский редактор со средствами интерактивной парамет ризации, модуль управления документами, готовые библиотеки для раз личных областей применения, прикладные конструкторские пакеты и ин струментальные средства разработки приложений. Эта система осущест вляет перевод чертежей с бумажных носителей в электронный вид, редактирование, автоматическую векторизацию сканированных графи ческих материалов.
Однако творческая работа, согласование и принятие решений состав ляют 20—25% (см. табл. 1.15) и не могут быть автоматизированы. Поэто му разработчик вынужден при самой совершенной покупной компьютер ной системе дополнять базу данных. Вся эта работа строится на использо вании графических редакторов, интерактивный режим которых мало чем отличается.
Отечественным машиностроением накоплен значительный опыт по созданию и использованию систем автоматизированного проектирова ния технологических процессов (САПР ТП). Основными задачами, ре шаемыми при внедрении САПР ТП являются:
• сокращение сроков разработки технологических процессов;
•повышение производительности труда работников, занятых техно логической подготовкой производства;
•повышение качества работ;
•уменьшение стоимости работ по ТПП.
Для функционирования САПР ТП на предприятии необходимо соз дать информационную базу, которая должна содержать классификаторы заготовок, деталей, оборудования, режущего, вспомогательного и изме рительного инструмента, средств технологического оснащения, дейст вующие ГОСТы, стандарты предприятия, рекомендации и руководящие материалы. Также необходимо разработать (или использовать сущест вующую) систему кодирования технико-экономической информации. Все вышеописанные работы достаточно трудоемки, и внедрение САПР