5. Количественная оценка технологичности.

Оптимальное сочетание применяемых в конструктивно-технологических решениях (элементной базы, компоновки, базовых несущих конструкций, принципов коммутации, материалов, теплофизических решений и др.) с реальными условиями и перспективами производства (технической базы производства, типом производства, наличием квалифицированных кадров и др.) - это и есть основной круг задач конструкторов и технологов при решении проблемы технологичности.

Для оценки уровня качество промышленной продукции можно разделить на два класса (Схема 2.).

Технический уровень изделия - составная часть уровня его качества.

В формализованном виде это можно представить в следующем виде:

, (1.3)

где - уровень качества изделия ;

, – коэффициенты значимости по входящим элементам уровня качества продукции;

- технический уровень изделия;

- уровень качества изделия по прочности составляющих.

В тоже самое время рассматривают как сумму

,

где - уровень качества изделия;

- уровень качества в эксплуатации;

, - коэффициенты значимости элементов уровня качества изделия.

Технологичность является составной частью уровня качества изделия и таким образом, составной частью его технического уровня:

, (1.4)

где - уровень качества изделия по функциональным показателям,

- уровень качества изделия по технологичности,

, - коэффициенты значимости элементов технического уровня изделия.

Рис.1.15. Показатели качества продукции и критерии их оценки

Качество изделия - это, прежде всего совокупность потреби­тельских свойств (технических и экономических), которые и оп­лачивает потребитель, в то время как технологичность-совокупно­сть свойств характеризующих всего лишь состояние производства и изготовителя.

Оценка технологичности изделий может производи­ться с помощью:

- качественных характеристик (взаимозаменяемость, регулярность,

контролепригодность, инструментальная доступность и др.);

- количественных характеристик, которые включают базовые (исход­ные) показатели технологичности конструкциям изделия из группы изделий, обладающих общими конструктивными признаками в сравнении с показателями технологичности, достигну­тые при разработке изделия.

При сравнении вариантов изделий по критерию технологично­сти, следует пользоваться не полной себестоимостью и капиталь­ными вложениями, а технологической себестоимостью. С помощью такого анализа можно установить тот критический объем выпуска изделий, при котором целесообразно давать оценку технологичности

, (1.5)

где , - условно-постоянные расходы, к которым отно­сятся расходы на изготовление специальных приспособлений и оснастки и амортизационные отчисления от стоимости специального обору­дования, зарплата обслуживающего и управленческого аппарата;

, - условно переменные затраты по вариантам, включающие в себя затраты на материалы, комплектующие изделия, основную и дополнитель­ную заработную плату основных производственных рабочих, отчисления на социально-страховые затраты и ремонт и содержание оборудования и др.

Взаимосвязь показателей технологичности можно показать схемой (Рис.1.16..)

Оптимальные значения базовых показателей технологичности конструкции изделия указываются в технологическом задании при разработке изделия.

Показатели уровня технологичности конструкции определяются как отношение значений показателей технологичности разраба­тываемого изделия к соответствующим значениям базовых показателей.

Несмотря на то, что конструкция планера и систем непрерывно видоизменяется, основные их черты сохраняются относите­льно длительное время.

Взаимосвязь между отдельными элементами совокупности свой­ств конструкции, обуславливаемых ее технологичностью и основными требованиями, предъявляемыми производством в процентах, приведена в табл. 1.3. Эти данные относятся к приборостроению, но если их проанализировать, то можно найти много схожих с самолетостроением - состав базовых показателей технологичности, их оптимальные значения.

При рассмотрении путей повышения техно­логичности конструкции, соотношения трудоемкости и степени механизации по основным видам работ можно выделить главные направления, при проектировании которых в конечном счете получают наибольший эффект по снижению затрат производства.

Как видно из Рис.1.17 отработка конструкции на технологичность производится на всех стадиях разработки изделия, при технологическом оснащении производства и изготовлении изделия. В процесс этой отработки входит постоянный технологический контроль кон­структорской документации, а также подготовка и внесение из­менений в эту документацию, обеспечивающее достижение оптималь­ных показателей технологичности.

Расчет количественных показателей технологичности производится по отрас­левой методике, разработанной на основе методики отработки кон­струкции на технологичность и оценки уровня технологичности из­делий.

Таблица 1.3

Взаимосвязь между отдельными элементами совокупности свой­ств конструкции

Свойства конструкции	Требования производства %, %
	Сокращение номенклатуры деталей	Возможность групповой обработки	Сокращение номенклатуры материалов и заготовок.	Уменьшение трудоемкости изделий	Сокращение производственного цикла	Сокращение затрат
Стандартизация, унификация и типизация конструкторско-технологических решений	100	100	85	62	51	100
Прогрессивность формообразования деталей	-2	54	10	100	100	-14
Рациональность точности и чистоты обработки	-	10	-	100	40	-
Контролепригодность	11	46	-	100	40	-
Приспособленность к механизированной и автоматизированной подготовке, установке и монтажу	-	85	-	100	68	-53
Рациональность коммуникаций (минимальное число коммуникационных связей при монтаже изделий)	-	-	30	65	20	-30

Стандарт устанавливает, что технологичность конструкции из­делия может быть выражена показателями, которые характеризуют технологическую рациональность конструктивных решений и преем­ственность конструкции или ее пригодность к использованию в составе других изделий.

В качестве примера рассмотрим отдельные количественные показатели технологичности изделия.

Уровень панелирования изделия характеризует членение агрегатов на отсеки и панели, которое способствует расширению фронта работ и внедрению механизации выполнения сборочных работ. Этот показатель технологичности определяет возможность применения рациональной технологии агрегатной сбор­ки и в значительной мере эффективность ее комплексной механизации и автоматизации.

Под качественной оценкой членения агрегата на панели под­разумевают возможность применения панелей одновременно с про­дольным и поперечным набором или только с продольным или по­перечным набором, а также конструктивно-технологические пара­метры панелей.

Анализ ряда изделий показывает, что при сравнительно боль­шой доле панелированных поверхностей (до 80%) объем работ, выпо­лненных механизированной и автоматизированной клепкой, достига­ет всего лишь 43%, что свидетельствует о недостаточном числе деталей, устанавливаемых на панелях. До 25% деталей не может быть установлено на панелях из-за трудности согласования сты­ков каркаса с обшивками. Следовательно, уровень панелирования надо определить не только по площади поверхности панели, но и по числу деталей, собираемых на панелях:

, (1.6)

где - площадь поверхности панели самолета или агрега­та, кв.м.

- число силовых точек (элементарных соединений) на панелях;

- площадь поверхности самолета или агрегата, кв. м;

- число силовых точек на планере самолета.

Уровень панелирования оперения у самолета Ил-73 составля­ет 65%, что обеспечило вынос на сборку панелей ряда узлов, кото­рые устанавливались, например, на самолете Ил-62 в стапеле общей сборки.

У самолета Ил-86 уровень панелирования оперения =68%, что свидетельствует о высокой технологичности оперения этого самолета. При этом обеспечено высокое качество панелирования, что достигнуто выделением панелей с помощью технологических разъемов и применением панелей с продольным и поперечным на­бором. Таким образом, при конструировании оперения самолета Ил-86 достигнута высокая технологичность, превышающая аналогич­ный показатель всех предыдущих самолетов, включая ИЛ-62.

Самолет Ил-76 имеет уровень панелирования фюзеляжа =85%. Это достигнуто благодаря почти полной панелизации фюзеляжа. У самолета ИЛ-86 уровень панелирования фюзеляжа =89%, что достигнуто с использованием опыта создания предыду­щих самолетов, а также значительного количества панелей моно­литной конструкции. Накопленный опыт позволяет считать, что технически возможно довести для каждого агрегата самолета уровень панелирования до 80%.

Уровень монолитности - один из основных показателей, ха­рактеризующих технологичность. Действительно, монолитные конст­рукции по сравнению со сборными более прочны и жестки; более надежно обеспечивают герметизацию н имеют меньшую трудоемкость изготовления, что позволяет уменьшить трудоемкость сборочных работ, которые, как правило, выполняются вручную; упрощают пла­нирование производства, складирование и комплектование техноло­гических операций.

Развитие конструкции современных самолетов характеризуют­ся повышением массы деталей и снижением числа соединений элементов, приходящихся на один кг массы изделия, за счет все более широко­го применения крупногабаритных заготовок сложных форм, монолит­ных панелей, штамповок, отливок и т.д. Замена сборных узлов на монолитные детали позволяет сократить число деталей, входящих в изделие более чем в 20 раз, в том числе нормализованных дета­лей - в 3-5 раз, снизить массу на 35 – 40%, а трудоемкость уменьшить на 50%. Уровень монолитности конструкции обратно пропорционален числу деталей, входящих в изделие, и выражается:

_, (1.7)

где - масса изделия, кг;

- число деталей, в том числе нормализованных (кроме заклепок и крепежных элементов).

Этот показатель можно получить как по отдельным агрегатам, так и в целом по самолету.

Уровень использования металла, в первую очередь характе­ризуется сортаментом материала, формой детали, процессом изготовления и видом заготовки. Конструктор стремится сократить массу изделия при заданной прочности и добиться оптимальности геометри­ческих форм деталей, способов их изготовления в серийном произ­водстве, выбрать заготовку так, чтобы сократить число деталей и соединений в изделии, сократить сортамент применяемых матери­алов и полуфабрикатов.

Степень выполнения требований, вытекаю­щих из этих соображений, не может характеризоваться степенью ис­пользования металла, которая применима только для изготовления деталей. В ряде случаев, как например, при получении панелей из листа методом химического фрезерования, при некотором перерас­ходе металла достигается значительней выигрыш в массе и трудоемкости изготовления конструкции. Из сказанного вытекает, что необходим более полный критерий оценки использования метал­ла в конструкции. В качестве такого критерия можно приня­ть затраты материала на один килограмм массы изделия:

, (1.8)

где - масса материалов и полуфабрикатов, затрачиваемых на изготовление одного изделия; кг; - масса изде­лия, кг.

На затраты материала, идущего на изготовление заголовок, влияет соответствие их форм и размеров готовым узлам и деталям. При сближении этих данных уменьшают трудозатраты. Следователь­но, целесообразно ввести коэффициент:

, (1.9)

где - трудоемкость изготовления полуфабрикатов;

- трудоемкость постройки самолета без готовых изделий.

Уровень нормализации – отражает степень специализации про­изводства.

Наибольший эффект можно получить лишь при широком применении не только нормализованных деталей, таких как крепеж, но и нормализованных узлов (сидение, люки, и др.), т.е. при существенном увеличении массы нормализованных детален и узлов в общей массе самолета.

Уровень нормализации определяется отношением

, (1.10)

где - число нормализованных деталей в изделии;

- масса нормализованных деталей, кг;

- общее число деталей, входящих в :изделие;

- масса изделия, кг.

Уровень унификации конструкции изделия:

, (1.11)

где - число унифицированных сборочных единиц в изделии;

- число унифицированных деталей являющихся составными частями изделия и не входящих в Е_ун (стандарт­ные крепежные детали не учитываются);

- число сбо­рочных единиц в изделии;

- общее число деталей в изделии без учета стандартного крепежа.

Уровень унификации сборочных единиц:

.

Уровень сложности сборки-монтажа конструкции изделия:

, (1.12)

где - число соединений осуществляемых в изделии с помощью разъемных соединений;

- число соединений, осуществляемых с помощью резьбовых соединений;

- число неразъемных соединений в изделии.

Уровень контролепригодности изделия:

, (1.13)

где - число контролируемых параметров в изделии;

- число точек контроля в изделии.

Уровень повторяемости электрорадиоэлементов:

, (1.14)

где - число типоразмеров- контролируемых парамет­ров в изделии;

- число точек контроля в изделии.

Технологичность изделий имеет и другие показатели, такие как уровень повторяемости , уровень преемственности , уровень соединений , и др.

Уровень характеризует число соединений, а также число их видов и существенно влияет на массу и трудоемкость изделий.

Замена клепки точечной и роликовой сваркой, сокра­щение числа и класса точности болтов уменьшают трудоемкость сборки и массу изделий.

Упрощение конструкции соединений, применение различных мето­дов компенсации снимают требования к точности деталей, позволяют повысить качество внешних обводов и поверхности.

Важным показателем с точки зрения технологичности является уровень удельной трудоемкости:

, (1.15)

где - масса самолета, кг.

Кроме выше указанных показателей для полноты оценки создавае­мого самолета дополнительно предусматриваются: уровень применяемос­ти материала; уровень применения типовых технологических процессов; относительная трудоемкость заготовительных работ; удельная технологическая себестоимость изделия; относительная трудоемкость вида процесса изготовления (литейного, штамповочного, сборочного, и т.п.); удельная материалоемкость изделия; технологическая себе­стоимость изделия; трудоемкость изготовления изделия; удельная трудоемкость (себестоимость) профилактического технического обслуживания; уровень точности обработки; шероховатость поверхности; уровень эффективности взаимозаменяемости; уровень стандартизации изделия; уровень унификации изделия; уровень унификации конст­руктивных элементов.

Приведенные показатели технологичности характеризуют создаваемый самолет, а также способствуют организации направленной работы по совершенствованию отдельных конструкторских решений.

Номенклату­ра показателей технологичности, методы их определения, и допуска­емые отклонения устанавливаются в зависимости от вида изделия и стадии разработки конструкторской документации отраслевыми стандар­тами или стандартами предприятия. Число показателей должно быть минимальным, но достаточным для оценки технологичности конструкции.

Порядок организации взаимоотношений предприятия - разработ­чика конструкторской документации, предприятия - изготовителя и специализированных технологических институтов, и порядок принятия решения устанавливается отраслевыми стандартами.

Отрабатывает кон­струкцию изделия на технологичность предприятие, которое разраба­тывает конструкторскую документацию, т.е. ОКБ или серийные конструк­торские бюро. К отработке изделия на технологичность, как правило, привлекаются технологические службы предприятия-изготовителя, а также специализированные институты. Отработку конструкции изделия на технологичность проводят путем комплексного использования при выполнении опытно-конструкторских работ:

• оптимизационных методов выбора физико-химических и механических свойств материалов и видов исходных заготовок, точности обработки и шероховатости поверхности деталей, формы и расположения поверхности деталей и видов соединений их с сопрягаемыми деталями;

• размерного анализа конструктивных исполнений деталей и сбо­рочных единиц;

• унификации составных частей конструктивных элементов и мате­риалов;

• типизации конструктивных схем и компоновок их составных частей;

• агрегатирование и обеспечение взаимозаменяемости изделия и его составных частей:

• модульного построения систем и устройств;

• функционально-стоимостного анализа изделия и его составных частей;

• экономико-математического моделирования взаимосвязей основ­ных функциональных и конструктивно-технологических характеристик изделия, влияющих на затраты труда и материалов при разработке, изготовлении техническом обслуживании и ремонте, с показателями эффективности производства или эксплуатации изделия.

При этом используется опыт предприятия-изготовителя, новые методы изготовления деталей, узлов, агрегатов, а также сборки и отработки систем. Кроме того, учитываются объем выпуска изделия и перспективы его расширения; взаимосвязь достигнутых показателей технологичности с другими показателями уровня качества; оптималь­ные условия работы завода изготовителя; наличие производственных площадей; перспективы внедрения новых передовых технологических процессов, методов и средств производства.

Отработка конструкции на технологичность - процесс, протека­ющий постоянно. Работы по повышению технологичности, внесения из­менений в конструкцию в процессе серийного производства не должны нарушать стабильного хода производственного процесса. Обычно изме­нения, повышающие технологичность изделия вносят с определенной серии в зависимости от вида, назначения, объема работ по ТПП, а также от условий производства по эксплуатации.

В соответствии с отраслевым стандартом по изделиям приборострое­ния, каждый предмет обладает свойствами, обуславливающими его различия или сходства с другими предметами и проявляющимися во взаимодействии с ними. Например, радиоэлектронная аппаратура, работающая на самолете во взаимодействии с механическими и гидрав­лическими приводами.

Если попытаться дать свойству изделия какую-либо количественную или качественную относительную оценку, то она и будет являться показателем, характеризующим данное свойство. Для системы управление, например, такая оценка, позволяет судить об относительном состоянии предмета и принимать решения об изменении его или стабилизации. Как предлагает А. М. Войчинский, блоки радио­электронной аппаратуры при оценке на технологичность их показате­ли можно разделить на четыре класса: электронные, электромехани­ческие, механические и радиотехнические. В специальную группу блоков он предлагает выделить соединительные, коммутационные и распреде­лительные устройства. Ко всем классам относится базовый показатель - трудоемкость изготовления блока:

, (1.16)

где – трудоемкость конструкции предшествующей мо­дели проектируемого блока;

- коэффициент сложности блока, определяемый сравнением соответствующих технических требо­ваний к старой и новой конструкциям;

– коэффициент снижения трудоемкости изготовления изделия.

, (1.17)

где - планируемый рост производительности труда;

- период времени начала проектирования до запуска в производство.

В связи с тем, что сама по себе технологичность является весь­ма обобщенным показателем конструктивно-технологического решения, в качестве критериев оценки значимости частных показателей можно принять систему основных и дополнительных показателей технологичности : трудоемкость изделия , материалоемкость , технологическую себестоимость , серийнопригодность , уровень организации производства и труда

Так как сами критерии для различных конструкций в различной степени влияют на технологичность, необходимо установить и значимость или предпочтительность для самих критериев.

Для этого можно использовать метод парных сравнений. Все процедуры метода показаны на примере оценки значимости критериев.

По условию задачи имеем 5 объектов для сравнения:

, , , ,

Метод парных сравнений позволяет построить квадратную матрицу предпочтительности (табл. 1.5).

Коэффициент предпочтительности - является числовой мерой – аналогом нашего представления значимости одного объекта по отноше­нию к другому по выбранному критерию - в нашем случае технологичности.

Квадратная матрица предпочтительности Таблица 1.5

	Матрица предпочтительности					Расчетная матрица
	=	>	=	>	<	5,5	25,75	0,212
	1,0	1,5	1,0	1,5	0,5
	<	=	=	=	<	4	19,00	0,157
	0,5	1,0	1,0	1,0	0,5
	=	=	=	>	<	5	23,75	0,196
	1,0	1,0	1,0	1,5	0,5
	<	=	<	=	=	4	19,75	0,163
	0,5	1,0	0,5	1,0	1,0
	>	>	>	=	=	6,5	33,00	0,272
	1,5	1,5	1,5	1,0	1,0
Σ							121,25	1,000

Эксперт последовательно и попарно сравнивает объекты, дает им оценку знаками “<”, “>” или “=”, заполняя верхние от диагонали ячейки матрицы (нижние от диагонали ячейки заполняют­ся с обратным знаком). Так, например, для рассматриваемого изделия эксперт считает, что трудоемкость в большей степени влияет на технологичность, чем материалоемкость , т.е. > , но = , > , < .

Аналогично эксперт производит сравнение > и т.д. заполняя последовательно знаками ячейки матрицы.

Кроме заполнения матрицы предпочтительности эксперт дол­жен указать, во сколько раз могут, по его мнению, отличаться значимости объекта, т.е. на основе опыта оценивает соотношение крайних значений предпочтительности. В данном случае он указыва­ет одну из трех качественных характеристик: "сильное различие крайних значений", "среднее" или "незначительное". Этот шаг в решении задачи нужен для выбора значения как числовой меры - аналога. При расчете значимости критериев и частных показателей рекомендуется следующие значения ( и -сравниваемые объекты).

1. При сильном различии крайних значений в оценке значимости показателей

2. При среднем различии крайних значений

3. При незначительном различии крайних значений

Дальнейшее решение задачи проходит без эксперта с помощью следующих шагов:

1. Подставим в таблицу предпочтительности вместо знаков соответствующие числа аналогов ( , табл. 1.5.)

2. Находим для каждого -го критерия и заносим их в расчетную матрицу.

3. Определяем сумму произведений на соответствующие , т.е. значения приоритетов , . В общем виде имеем:

4. Получаем относительное значение приоритетов или значи­мости γ_i критериев К_i.

Устанавливая знаки предпочтения, эксперт оценивает, как тот или иной частный показатель влияет на трудоемкость . По этой методике можно установить предпочтительность част­ных показателей, например, на материалоемкость и других критери­ев .