1.3. Проектно-конструкторская подготовка производства

Технико-экономическое проектирование конкурентоспособных изделий происходит на основе системного анализа, при котором определяются необходимые свойства проектируемого изделия. Исходной информацией проектирования являются результаты маркетингового исследования. Проектируемое изделие может быть конкурентоспособным, если его рыночная цена будет меньше цены подобного существующего изделия с учетом удовлетворенности потребителя. Поэтому процесс проектирования сводится, прежде всего, к формированию свойств изделия исходя из его качественных показателей: точности, надежности, производительности, технологичности и др.

На основе выявленной совокупности свойств изделий определяется область функционирования изделия и формируются модели, позволяющие вычислить оптимальное значение свойства. Если выполняется условие

с<(ц+у),

где с – рыночная цена изделия;

ц – минимальная цена изделий-прототипов;

у – удовлетворенность потребителя.

процесс технико-экономического проектирования заканчивается и начинается техническая подготовка производства. В противном случае процесс проектирования повторяется, но в других конструкторских направлениях и областях функционирования.

Основная задача конструкторской подготовки производства — разработка конструкторско-технической документации на проектируемое изделие необходимого качества в минимальное время.

Одним из направлений сокращения времени подготовки производства является постадийное ведение процесса разработки документации, позволяющее использовать результаты каждой стадии для оформления за­каза на необходимые комплектующие изделия.

Проектно - конструкторская подготовка производства (ПКПП) включает в себя проектирование новой продукции и модернизацию ранее производившейся в соответствии с ЕСКД (единой справочно-конструкторской документацией), а так же разработку проекта реконструкции и переоборудования предприятия или отдельных его подразделений.

Содержание и объем ПКПП в основном зависит от цели ее проведения, типа производства, сложности и характера продукции.

Основными этапами проектно-конструкторской подготовки производства по разработке новых и модернизации производившихся изделий являются:

1. разработка технического задания;

2. разработка технического предложения;

3. составление эскизного проекта;

4. разработка технического проекта;

5. разработка рабочей документации и опытных образцов, для серийного и массового производства.

1. Техническое задание (ТЗ) - это документ, содержащий исходные данные для проектирования объекта. Это важный этап, выделяемый из непосредственно конструкторских работ, осуществляется разработчиком на основе исходных требований к продукции, предъявляемой заказчиком (состав изделия (или системы), показатели назначения, требования к надежности, технологичности, унификации и стандартизации, безопасности, экологии, эстетики и эргономики, перечень стран, в отношении которых должка быть обеспечена патентная чистота, условия эксплуатации, транспортировки. хранения и др.)

Техническое задание включает в себя изучение патентов, литературных источников, установление основных параметров нового изделия, планирование конструкторской подготовки производства, составление сметной калькуляции по разрабатываемой теме, предварительный анализ экономической эффективности проектируемой конструкции. Техническое задание в установленном порядке согласуется с заказчиком и предопределяет возможность начала процесса конструирования.

Таким образом, в техническом задании на проектирование обосновываются целесообразность и эффективность создания нового изделия. При этом предварительно тщательно анализируется современный технический уровень изделий аналогичного назначения как отечественных, так и зарубежных, с тем, чтобы обеспечить высокую конкурентоспособность нового изделия. Включение в техническое задание предельной цены заставляет конструкторов с первых же этапов конструкторской подготовки тщательно анализировать и оптимизировать варианты конструкторских решений, оперативно выявляя из них наиболее экономичные.

Однако следует заметить, что жестких требований к содержанию и детализации технического задания нет. Обязательными являются вопросы безопасности, экологии, ресурсосбережения. Содержание технического задания не должно в дальнейшем вызывать разночтение его заказчиком и исполнителем.

2. Техническое предложение - совокупность конструкторских документов, отражающих расчеты технических параметров и технико-экономическое обоснование целесообразности разработки документации изделия на основе технического задания. Расчеты выполняются по различным вариантам возможных решений их оценки с учетом конструкторских и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий. Техническое предложение разрабатывается обычно в случаях, когда это предусмотрено техническим заданием. Целью его разработки является выявление дополнительных и уточненных требований к изделию (технических характеристик, показателей качества и др.), которые не могли быть указаны в задании, но это целесообразно выполнить на основе предварительной конструкторской проработки и анализа различных вариантов изделия. После согласования с заказчиком и утверждения им техническое предложение становится основой выполнения всех последующих стадий конструкторской подготовки производства.

3. В процессе разработки эскизного проекта создается конструкторская документация, в которой содержатся принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а так же данные, определяющие назначение, параметры и габаритные размеры изделия.

Цель его разработки - установление принципиальных (конструктивных, кинематических, динамических, эксплуатационных и др.) решений, дающее общее представление о принципах работы и устройстве нового изделия, когда это целесообразно сделать до разработки технического проекта и рабочей конструкторской документации. При необходимости изготавливаются макеты, и проводится промежуточный технико-экономический анализ.

4. Технический проект должен содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве нового изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации. При его разработке уточняется общий вид нового изделия, выполняются чертежи основных узлов и агрегатов, их спецификации, монтажные и сборочные чертежи с расчетами на прочность, жесткость, устойчивость, технологичность, а также способы упаковки, возможности транспортировки и монтажа на месте использования, степень сложности изготовления, удобство эксплуатации, способы упаковки, целесообразность и возможность ремонта и др.

Кроме того, необходимо обеспечить минимальные издержки производства при соблюдении всех эксплуатационных требований к изделию. Иначе говоря, требуется добиться высокой технологичности конструкции изделия при заданных объемах и условиях производства. Поэтому именно на этой стадии особенно важна тесная взаимосвязь конструкторов и технологов, чтобы технологические требования в отношении способов изготовления и сборки были полностью выполнены. Проект обязательно обсуждается на Техническом совете и считается законченным, если его подписал заказчик или организация, утвердившая техническое задание.

5. Рабочая конструкторская документация составляется после утверждения и на основе технического проекта. В состав рабочей документации входят: чертежи всех деталей и сборочных единиц; схемы сборочных единиц, комплексов, комплектов; спецификации сборочных единиц, покупных изделий; технические условия; документы, регламентирующие условия эксплуатации и ремонта машины.

Круг работ, особенно на стадии разработки рабочей документации, может существенно отличаться от намеченного плана. Для условия единичного производства отпадают, например, работы, связанные с изготовлением и испытаниями опытного образца. Состав работ зависит также от сложности конструкции, степени ее унификации, уровня кооперирования и других факторов.

Есть существенные различия и в круге основных исполнителей. На крупных промышленных предприятиях разработку конструкции обычно ведет служба главного конструктора. Однако иногда проектирование нового изделия осуществляется специализированными проектными организациями, а на заводе-изготовителе разрабатываются или только уточняются рабочие чертежи, спецификации, технические условия и другая конструкторская документация. Работы по конструкторской подготовке производства представляют собой комплекс длительных, сложных и дорогостоящих процессов, в которых может возникнуть одна из двух главных опасностей:

1. Неподготовленное стремление сократить сроки и затраты может привести к созданию изделия низкого качества. Она или будет быстро снята с производства, или потребует многочисленных доработок в процессе технологической подготовки производства;

2. Длительные конструкторские работы, многочисленные испытания, многократные конструкторские улучшения могут привести к тому, что к моменту запуска в производство конструкция будет морально устаревшей и опять-таки будет быстро снята с производства.

Обязанность выполнения стадий и этапов разработки конструкторской документации устанавливается техническим заданием на разработку. Выполнение всех стадий конструкторской подготовки производства с обязательным проведением после изготовления опытного образца испытаний нового изделия рекомендуется лишь для более сложных конструкторских работ с высокой степенью новизны. Для изделий с невысокой степенью новизны допускается двухстадийное проектирование - технический проект и разработка рабочей документации. При модернизации существующих конструкций машин, оборудования, приборов объединяются стадии эскизного и технического проектов. Если новая техника разрабатывается по результатам законченной научно - исследовательской работы, то отчет по новой теме может заменить первую стадию разработки конструкторской документации - техническое предложение.

На этой стадии не только определяется фактическая экономическая эффективность, но и по данным оперативного и бухгалтерского учета оценивается реальное влияние нового изделия на всю систему хозяйственных показателей завода изготовителя и предприятия – потребителя.

Требования, предъявляемые к проектированию новой и модернизации основной продукции:

непрерывное совершенствование качества продукции – повышение ее мощности, надежности, долговечности, прочности, легкости, улучшения внешнего вида и т.п.;

повышение уровня технологической конструкции, под которой понимается облегчение процесса изготовления продукции и возможность применения прогрессивных методов изготовления при заданном объеме производства;

снижение себестоимости новой продукции, достигаемое за счет упрощения и совершенствования конструкции, замены дорогих материалов более дешевыми, но не ухудшающими качество выпускаемой продукции, снижение эксплуатационных затрат, связанных с применением продукции;

использование при проектировании продукции существующих стандартов, ГОСТов, ОСТов, номограмм и т.д. и унифицированных изделий.

Поэтому следует рассмотреть основные организационные пути, которые позволяют при обеспечении необходимых качественных характеристик изделия подготовить его к производству быстро и как можно с мень­шими затратами. К их числу можно отнести:

- широкое применение принципов стандартизации и унификации;

- обеспечение технологичности конструкции изделия.

Одним из эффективных направлений, позволяющих повысить качество проектируемых изделий, уменьшить трудоемкость, сократить время конструкторской подготовки, является применение конструкторских решений, базирующихся на принципах унификации и стандартизации. При использовании унифицированных и стандартизованных на 70—80% элементов конструкции изделия цикл создания и освоения новых машин сокращается на 15—25%.

Конструкторская унификация — это сокращение необоснованного многообразия конструкторских решений. (типовых элементов). Унификация устраняет излишнее разнообразие типов конструкций самих изделий, форм и размеров деталей и заготовок, профилей и марок материалов и создающая условия для специализированного производства повторяющихся изделий и их элементов.

Унификация является базой агрегатирования, т.е. создания изделий путем их компоновки из ограниченного числа, унифицированных элементов, а также конструкционной преемственности, которая означает приме­нение в конструкции нового изделия уже освоенных в производстве сборочных единиц и деталей.

Стандартизация это установление необходимого минимума типов и параметров машин, механизмов, приборов, средств автоматизации, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий с учетом развития машиностроительной отрасли.

Одним из важнейших направлений конструкторской унификации является сокращение номенклатуры изделий, имеющих одинаковое или сходное эксплуатационное назначение. Оно реализуется путем создания параметрических рядов изделий, аналогичных по своей кинематике. рабочему процессу, различных по габаритам, мощности или другим основным эксплуатационным параметрам (грузоподъемность автомобиля или крана, рабочий объем цилиндров двигателя, производительность компрессора и т.д.). Параметрические ряды создаются, как правило, в соответствии с одним из основополагающим стандартов: «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел» (ГОСТ 8032-—84). Параметрические ряды формируют в каждой отрасли пер­спективный типаж изделий, что экономически благоприятно ограничивает их возможную номенклатуру.

Благодаря унификации в пределах параметрического ряда удается на основе принципов агрегатироваиия создать необходимое количество изделий за счет небольшого числа типоразмеров сборочных единиц.

Следующее важное направление сокращения номенклатуры сборочных единиц и деталей за счет их унификации и стандартизации (например, подшипники, крепежные элементы, муфты и др.). Конструктор в своей работе использует альбомы стандартных элементов, исследует возможности унификации конструкций, использование взаимозаменяемости. На промышленных предприятиях и в проектных организациях применяют нормоконтроль конструкторской документации с обязательной визой нормоконтролера, без которой документация не утверждается руководителем.

Сокращение числа марок и сортамента материалов, применение стандартных профилей приводят к сокращению складских запасов и улучшению материально-технического снабжения. Унификация заготовок (изготовление близких по конфигурации деталей из одинаковых заготовок) позволяет применять высокопроизводительные технологические процессы в заготовительных цехах и существенно сократить производственный цикл изготовления изделий.

Важную роль в обеспечении конкурентоспособных изделий, повышении эффективности организационной системы создания и освоения новой техники играет их производственная и эксплуатационная технологичность.

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.

Дня обеспечения производственной технологичности изделию придается такая форма, и выбираются такие материалы, которые обеспечивают, при условиях 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 изделий, изготовление которых известными способами либо невозможно, либо вызывает неоправданное усложнение технологических операций, увеличение их трудоемкости, а также увеличение материалоемкости самих изделий.

Основными направлениями повышения технологичности являются строгое соответствие конструкции функциональному назначению изделия, использование принципов стандартизации и унификации, 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 и узлов, минимальная трудоемкость сборки.

При анализе влияния материалоемкости конструкции на себестоимость изделия полезно оперировать не только обшей, но и структурной, а также удельной материалоемкостями.

Структурная материалоемкость позволяет исследовать рациональность 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.

Главным критерием снижения затрат на основные материалы можно считать:

1. Уменьшение расхода материалов на изделие, определяемое снижением массы изделия и конструкторскими решениями по повышению коэффициента использования материалов;

2. Выбор рационального материала.

Очень часто конструктор имеет возможность выбрать при проектировании детали материалы нескольких марок, обеспечивая при этом одинаковые эксплуатационные показатели изделия. Однако эти материалы будут отличаться по цене, массе, а, возможно, и по трудоемкости обработки. Так, при применении легированной стали вместо углеродистой, которая способна выдерживать более высокие напряжения, масса детали 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 подходящий материал. 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 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.

Одним из главных условий снижения трудоемкости изготовления является правильный выбор процесса обработки детали, уменьшение технологических припусков, 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, квалитетов точности и классов шероховатости. Обработку резанием часто сменяют точные методы формообразования деталей — штамповки, литье под давлением и др.

Стоимость материалов, их которых изготавливают машину, составляет от 30 до 60% полной стоимости машины. Экономию на стоимости материалов можно получить, как путем уменьшением количества потребного материла на машину, так и заменой дорогостоящего материала более дешевым. Но не всегда дешевый материал оказывается выгоднее более дорогого. Например, чтобы изготовить небольшую шестерню из чугуна, необходимо сначала сделать модель, отформовать ее, залить чугуном и обработать полученную отливку; скорее проще и дешевле будет отрезать диск нужной толщины от стальной заготовки круглого сечения соответствующего диаметра и для получения шестерни обработать ее на станке.

При применении литья необходимо иметь в виду, что если принять стоимость одной тонны отливок из серого чугуна равной единице, то для стоимости различного вида литья ориентировочно принимают следующее соотношение: серый чугун – 1, стальное литье – 2, ковкий чугун – 3, бронзовое литье – 8.

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 — увеличением мощности, скорости, производительности и т.д. Однако важно, чтобы себестоимость и цена нового изделия в расчете на единицу производительности уменьшались бы, 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 закреплением за объектом проектирования ведущего конструктора и ведущего технолога или созданием комплексных конструкторско-технологических отделов.

Важная роль в достижении высокой конкурентоспособности новых изделий, в частности, их технологичности принадлежит экспериментальным цехам и участкам. 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 — изготовление опытных образцов и небольших опытных партий, а в некоторых случаях и их испытания — экспериментальные цехи и участки комплектуются, как правило, универсальным оборудованием или оборудованием с числовым программным управлением (ЧПУ), на котором можно было бы изготовить любые необходимые детали, 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 статистических методов, позволяющих оперативно маневрировать ресурсами, обеспечить выравнивание загрузки производственных участков. Оптимизация загрузки опытного производства выполняется на основе применения методов математического моделирования.