6.3. Конструкторская подготовка производства

Содержание и объем работ конструкторской подготовки производства зависят от назначения изделия, его сложности, новизны, прогнозируемого объема и сроков выпуска и т.д. Выполняется конструкторская подготовка производства согласно требованиям государственных стандартов единой системы конструкторской документации (ЕСКД), которая устанавливает единые правила создания конструкторской документации, действует во всех отраслях промышленности и направлена на повышение продуктивности и качества работы конструкторов.

Организация проектно-конструкторских работ должна обеспечить:

• разработку конкурентоспособных изделий, которые отвечают современному уровню техники или превышают его;

• выполнение проектно-конструкторских работ в сжатые сроки, чтобы ускорить внедрение в производство, предупредить моральное старение изделия при высоком качестве результатов работ;

• экономичность проектно-конструкторских работ путем оптимизации суммарных затрат на создание и освоение производства новых видов продукции.

Конструкция изделия – это совокупность свойств изделия, которая характеризует состав его частей, назначение, взаимное расположение, форму, размеры и материалы составных частей и виды соединения их между собой.

Проектирование нового изделия, согласно ЕСКД, включает следующие стадии:

1. составление технического задания;

2. подготовка технического предложения;

3. разработка эскизного проекта;

4. разработка технического проекта;

5. подготовка рабочей документации (рабочего проекта).

Результаты выполнения каждой стадии после их утверждения заказчиком проектно-конструкторских работ являются основой для разработки следующей стадии.

Техническое задание (ТЗ) – это документ, который устанавливает основное назначение, показатели качества изделия, технико-экономические и специальные требования к нему и к объему, стадий разработки и составу конструкторской документации. Техническое задание отражает требования заказчика, содержит основные исходные данные для проектирования изделия. Составляет ТЗ проектная организация или предприятие, планирующее изготовлять эту продукцию, на основе анализа технического уровня изделий аналогичного назначения, условий эксплуатации, реализации, достижений науки и техники с целью разработки конкурентоспособной продукции. После согласования и утверждения разработчиком и заказчиком проектно-конструкторских работ технического задания оно становится основой для подготовки технического предложения.

Техническое предложение содержит техническое и технико-экономическое обоснование целесообразности разработки изделия на основе анализа технического задания и отработки возможных вариантов конструкции изделия.

Техническое предложение обосновывает возможность и целесообразность разработки нового изделия согласно требованиям технического задания, содержит расчеты технико-экономических параметров возможных вариантов конструкции изделия, их сравнительную оценку, анализ патентных материалов, предложение выбора наилучшего варианта. После утверждения технического предложения оно становится основой для разработки эскизного проекта.

Эскизный проект включает документацию, содержащую принципиальные конструктивные решения, достаточные, чтобы получить общие представления об устройстве и принципах работы нового изделия, основные параметры, габаритные размеры, в том числе чертеж общего вида, необходимые кинематические, гидравлические, пневматические, электрические схемы.

Для проверки новых принципов работы, правильности соединения деталей, наглядное представление внешнего вида на этой стадии изготовляют и апробируют макеты, модели будущего изделия или его составляющих частей.

Технический проект составляется из документов, которые содержат окончательные технические решения, дающие полное представление о конструкции изготавливаемого изделия и исходные данные для разработки рабочей конструкторской документации, в том числе расчеты на прочность, надежность; уточнение показателей экономической эффективности. Технический проект перед утверждением рассматривают, обговаривают, защищают на научно-техническом совете организации-разработчика при участии заинтересованных сторон. Утверждение технического проекта является предпосылкой начала разработки рабочей документации.

Рабочий проект является завершающей стадией конструкторской подготовки производства и представляет собой совокупность конструкторской документации, согласно с которой изготовляют, контролируют, принимают, поставляют, эксплуатируют и ремонтируют изделие.

Разработка рабочего проекта включает три этапа:

• разработка исследовательского образца (исследовательской партии) изделия;

• разработка установочной серии;

• разработка конструкторской документации для непрерывного серийного или массового производства.

Изготовление и испытание исследовательского образца (исследовательской партии) осуществляется в условиях серийного и массового производства изделия для более тщательной отработки конструкции, корректировки документации по результатам испытаний.

Изготовление установочной серии необходимо для последней проверки конструкции с возможным внесением необходимых изменений, окончательной отработки конструкции изделия на технологичность, а также для проверки и испытания оснащения технологического процесса.

Конструкторской документацией серийного (массового) производства называют конструкторскую документацию, окончательно апробированную по результатам окончательного изготовления и испытания изделий установочной серии согласно с утвержденным и оснащенным технологическим процессом серийного (массового) производства.

Рабочая документация разрабатывается на основе технического проекта и конкретизирует его данные.

Она включает в себя:

• рабочие чертежи всех деталей (кроме стандартизированных) изделия с определением необходимых размеров, проекций, материала, чистоты поверхностей, допусков и др. показателей, которые дают возможность в будущем разрабатывать технологические процессы изготовления деталей для любого типа производства;

• спецификации сборочных единиц;

• ведомость об используемых покупных изделиях;

• сборочные и монтажные чертежи;

• эксплуатационные документы;

• патентный формуляр;

• программу, методику и акты предыдущего и приемо-сдаточного испытания исследовательского образца (исследовательской партии) и др.

По результатам приемо-сдаточного испытания исследовательского образца (исследовательской партии) конструкторскую документацию уточняют и согласно откорректированной конструкторской документацией изготавливают установочную партию и принимают решение о подготовке к серийному (массовому) производству разрабатываемого изделия, или его доработки, или прекращение дальнейших работ.

Продукция, подлежащая вводу в производство, должна соответствовать заказчика разработки продукции, обеспечивать возможность ее эффективного использования потребителем и возможность экспорта.

Конструкторскую документацию на исследовательский образец разрабатывают в соответствие с положениями стандартов ЕСКД (ДСТУ 3943, ГОСТ 2.102, ГОСТ 2.103, ГОСТ 2.105, ГОСТ 2.106, ГОСТ 2.116, ГОСТ 2.128, ГОСТ 2.119, ГОСТ 2.120, ГОСТ 2.301).

Работы, выполняемые на стадиях конструкторской подготовки производства, зависят от ряда факторов:

• тип производства, для которого проектируется изделие (например, в единичном производстве не изготовляют и не испытывают исследовательские образцы);

• сложность конструкции (для простых конструкций можно объединить стадии, например, эскизный проект с техническим проектом);

• степень унификации изделия и др.

Рекомендованный перечень конструкторских документов представлен в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Перечень документов, разрабатываемых на изделие в зависимости от стадии разработки

Название документа	Технич. предложение	Эскизный проект	Технич. проект	Раб. документация иссл. образца	Прим.
Техническое задание	+	+	+	+
Чертеж детали	–	–	о	+
Сборочный чертеж	–	–	–	+	в том числе на тару и упаковку
Чертеж общего вида	о	о	+	–
Габаритный чертеж	о	о	о	о
Монтажный чертеж	–	–	–	+
Художественно-конструкторский эскиз внешнего вида	–	+	+	+
Схемы	о	о	о	о
Спецификация	–	–	–	+
Ведомость спецификации	–	–	–	о
Ведомость покупных изделий	–	о	о	о	рекомендовано составлять на изделие, предназначенное для самостоятельной поставки
Эксплуатационные документы	–	–	–	о
Ведомость эксплуатационных документов	–	–	–	о	рекомендовано ведомости не составлять для сборочных единиц, если они входят в состав более сложного изделия
Ведомость эскизного проекта	–	+	–	–
Ведомость технического проекта	–	–	+	–
Ведомость технического предложения	+	–	–	–
Пояснительная записка	+	+	+	–
Карта технического уровня и качества	о	о	о	о
Технические условия	–	–	о	о
Патентный формуляр	–	о	о	о
Ведомость согласования использования покупных изделий	–	о	о	+
Программа и методика испытаний	–	о	о	о
Акты испытаний	–	о	о	+
Справка о метрологическом обеспечении изделия	–	о	о	о
Электромонтажный чертеж	–	–	–	о
Программа документации и комплект алгоритмов	–	–	–	о

Условные обозначения к таблице:

«+» – документ является обязательным;

«о» – необходимость составления документа определяет разработчик;

«–» – документ не составляют.

Результатом проведения метрологической экспертизы конструкторской документации должно быть обеспечение документальной ответственности рабочих размеров необходимой точности, а также рекомендации касательно возможностей усовершенствования методов и способов измерения и упрощения контрольных операций.

Создание новых конкурентоспособных изделий предусматривает отработку их конструкций на технологичность в процессе выполнения всех стадий конструкторской подготовки производства. Под технологичностью конструкции понимают совокупность свойств конструкции изделия, которые проявляются в возможности достижения оптимальных затрат труда, материальных ресурсов, времени при технологической подготовки производства, изготовлении, эксплуатации, ремонте по сравнению с соответствующими установленными значениями показателей.

Для оценки технологичности изделия используют следующие численные показатели как абсолютные, так и удельные (в расчете на единицу главного параметра изделия): суммарная материалоемкость изделия, удельная материалоемкость изделия, коэффициент использования материала (отношение массы после обработки к норме затрат материала), суммарная трудоемкость изделия, удельная трудоемкость изделия, удельная себестоимость изделия, удельная трудоемкость эксплуатационных ремонтов, удельная трудоемкость профилактического обслуживания функционирующего изделия, удельные расходы на эксплуатационные ремонты и др.

Повышению технологичности конструкции способствует использование типовых конструкторских решений, стандартизация, унификация изделия и его частей.

Стандартизация – это деятельность по решению задач, повторяющихся в сфере науки, техники, экономики, которая направлена на установление оптимальной степени упорядочивания в определенной области, которая связана с разработкой, опубликованием и использованием стандартов.

Стандартом называют документ, который устанавливает обязательные требования к объекту стандартизации, и утверждается соответствующим органом в зависимости от категории этого нормативного документа. Различают следующие категории стандартов: ДСТУ (державні стандарти України), отраслевые стандарты Украины, стандарты предприятий, международные и межгосударственные стандарты, технические требования.

Объекты стандартизации в машиностроении – это типы и параметры машин, механизмов, методы испытаний, средства контроля, правила маркировки, упаковки, транспортировки, эксплуатации, ремонта.

Стандартизация направлена на ограничение многообразия объектов стандартизации целесообразным минимумом. При этом стандарты должны быть динамичными, прогрессивными, перспективными.

Конструкторская унификация – это комплекс мероприятий, которые ликвидируют необоснованное многообразие элементов (например, типов конструкций изделий, форм и размеров деталей, заготовок, марок, профилей, материалов и др.) без сокращение многообразия систем или ситуаций, в которых они используются.

Унификация является базой агрегирования, т.е. создание изделий путем их компоновки с ограниченным количеством унифицированных элементов и конструктивной наследственностью, т.е. использование в конструкции нового изделия уже освоенных в производстве сборочных единиц и деталей.

Важным направлением конструкторской унификации является сокращение номенклатуры изделий путем создания параметрических рядов изделий. Каждый параметрический ряд представляет собой совокупность изделий, аналогичных по своему назначению, кинематике, рабочему процессу, на различных по значениям основных эксплуатационных параметров (грузоподъемность крана, продуктивность сварочного аппарата, мощность двигателя и др.). Параметрический рад строят по увеличению или уменьшению главного параметра изделия.

Конструкторская унификация и стандартизация являются предпосылкой для сокращения сроков проектирования, освоения производства, трудоемкости и, соответственно, себестоимости нового изделия.

Степень унификации и стандартизации характеризуется коэффициентами, которые используют как дополнительные показатели технологичности изделия:

• коэффициент унификации –

К_у = n_у / n_з , где n_у – количество типоразмеров деталей, унифицированных с деталями других изделий, n_з – общее количество типоразмеров деталей в изделии;

• коэффициент стандартизации –

К_с = n_с / n_з , где n_с – количество типоразмеров стандартных деталей в изделии;

• обобщенный показатель (коэффициент) унификации и стандартизации – К_ус = К_у + К_с;

• коэффициент повторяемости –

К_повт = g_общ / n_з , g_общ – общее количество деталей в конструкции машины (кроме крепежных);

• коэффициент конструктивной последовательности –

К_пос = g_заим / g_общ , g_заим – количество деталей, заимствованные из других конструкций;

• коэффициент унификации марок и профилей используемых материалов (для каждого вида материала – стали, чугуна и т.д.) –

К_ум = n_м / n_ус , где n_м – количество марок и профилей каждого используемого материала, n_ус – количество наименований оригинальных, унифицированных и стандартных деталей, кроме покупных.

В результате стандартизации, унификации изделий и их частей достигается повышение серийности производства, что дает возможность реализовать преимущества специализированного производства, создаются предпосылки для сокращения длительности технической подготовки производства и затрат на их осуществление, повышение продуктивности труда и, наконец, уменьшение себестоимости изделия.

Особую роль в конструктивной подготовке производства играет использование функционально-стоимостного анализа (ФСА). Этот метод системного исследования функций объекта(изделия, процесса, структуры), направленный на выявление оптимальных технических решений, которые дают возможность реализовать полезные функции с минимальными затратами на их осуществление при сбережении или улучшении качества объекта.

Метод функционально-стоимостного анализа (ФСА) основан на идеи, согласно которой изделие необходимо рассматривать как объект реализации различных функций, и в том числе ненужных.

Во время проектирования изделия конструктор должен поддерживать тесную связь со всеми службами предприятия, от которых зависит обеспечение технологичности конструкции (службы маркетинга, технологической, стандартизации, экономического анализа, технического контроля, материально-технического обеспечения, сбыта, сервисного обслуживания и др.).

Форма организации работ по конструкторской подготовки производства зависит от развитости конструкторских служб предприятия. Большие предприятия самостоятельно проектируют новые изделия силами специалистов службы главного конструктора. Для небольших и средних предприятий новые изделия проектируют специализированные проектно-конструкторские организации, а на предприятиях только уточняют конструкторскую документацию с учетом конкретных условий производства.