УДК 338.24:338.3:658.5

БЕРЕЖЛИВОЕ ПРОИЗВОДСТВО НА «АВИАСТАР СП»

А.В. Шкодкин, студент; В.В. Рыжков, канд. техн. наук Воронежский государственный технический университет

В работе представлен анализ внедрения системы бережливого производства на авиастроительном предприятии.

ЗАО «Авиастар - СП» г. Ульяновск – самое крупное авиастроительное предприятие Российской Федерации, входящее в транспортный дивизион Объединенной Авиастроительной Корпорации (ОАО «ОАК»), выпускающее самолеты Ан -124, Ил - 76,

Ту - 204.

Согласно стратегическим целям ОАК, доля выручки корпорации от продаж гражданских самолетов должна к 2035 вырасти до 45% c нынешнего уровня в менее чем 20%, а в целом на мировом рынке гражданской авиации доля ОАК с уровня в менее 1% должна уже к 2025 году возрасти до 4,5% [1]. Перед предприятиями поставлены следующие цели:

- увеличение производительности труда промышленных организаций самолетостроения до 19 184 тыс. рублей на одного человека в год к 2025 году;

-снижение себестоимости поставляемых самолетов на основе повышения производительности труда и увеличения серийности производства, обеспечение эффективной ритмичной загрузки организаций на период реализации Программы;

-увеличение к 2025 году до 3,2% и 10,9% долей мирового рынка

вденежном выражении в гражданском и военном самолетостроении

соответственно.

Таким образом, целевым ориентиром стратегии развития предприятий, входящих в ОАО «ОАК», является создание высококонкурентной продукции и закрепление позиций на мировом рынке в качестве третьего производителя по объемам выпуска авиационной техники.

Решение столь грандиозных задач невозможно без коренного улучшения организации производства. Наиболее эффективный способ реорганизации - это использование концепции бережливого

286

производства. Это современная технология повышения мотивации и мобилизации персонала.

Бережливое производство - концепция управления производственным предприятием, основанная на постоянном стремлении к устранению всех видов потерь. При этом, бережливое производство предполагает вовлечение в процесс оптимизации бизнеса каждого сотрудника и максимальную ориентацию на потребителя. Философия бережливого производства предполагает представление бизнеса как потока создания ценности для потребителя, наличие гибкости, своевременное выявление и сокращение потерь, постоянное улучшение всех видов деятельности на всех уровнях организации, вовлечение и развитие персонала с общей целью повышения удовлетворенности потребителей [2].

На ЗАО «Авиастар - СП» разработана концепция развития инструментов бережливого производства до 2020 года, в соответствии с которой ежегодно проводятся работы по развитию данного направления, начиная с «пилотных участков» и постепенно увеличивая «охват» до всех подразделений предприятия. Во всех подразделениях предприятия, проводится планомерная работа по совершенствованию производственного процесса, которая ведет к повышению производительности труда, снижению цикла сборки продукции. Наиболее действенным инструментом реализации нововведений являются события быстрого улучшения (СБУ). Специфика внедрения СБУ состоит в том, что они реализуются за короткий период времени. В цехе создается рабочая группа, которая выявляет проблемы и устраняет их за счет внутренних ресурсов предприятия.

Согласно распоряжению исполнительного директора «АвиастарСП», с целью расширения программы внедрения бережливого производства и проведения мероприятий быстрого улучшения в цехах агрегатно-сборочного производства на участках изготовления люков и дверей с участием консультантов компании «Прогресстех», «Simpler Consulting Ltd» и представителей ОАО «ОАК» были сформированы кайдзен – команды.

Топ-менеджеры ЗАО «Авиастар-СП» и участники кайдзен – команд прошли обучение инструментам бережливого производства

287

проводимое консультантами компании «Прогресстех» и «Simpler Consulting Ltd».

Эти команды внедряли события быстрого улучшения, проходящие в три этапа:

1.Подготовка (3 недели)

Сбор данных о подразделении; определение количества и состав Кайдзен-команд; определение и постановка целей; обучение участников Кайдзен-команд.

2. Проведение СБУ (1 неделя)

Создание текущего состояния, идеального состояния, будущего состояния; создание нового процесса, прогон и отладка; быстрые улучшения; наработка вопросов для включения в мероприятия.

3. Сопровождение (3 недели)

Активное сопровождение и корректировка достигнутых улучшений; формирование и утверждение мероприятий.

За прошлый год производственными подразделениями предприятия подано 560 кайдзен-предложений, из них признано перспективными и внедрено 295 [3].

Пример реализации СБУ – улучшение планировочного решения (рисунок 1).

Одной из главных целей было сокращение цикла сборки люков и дверей самолета. Для решения этой проблемы применялась диаграмма «спагетти» перемещения одного рабочего за цикл сборки. В результате нововведения потери рабочего времени необходимого для перемещения по цеху в ходе выполнения производственных операций сократились на 10,7 часов (рисунок 2). Средний цикл сборки в итоге снизился на 36 смен или 30%.

После проведения начальных этапов реализации инструментов бережливого производства в производственных подразделениях предприятия организовывались сбор и обсуждение предложений по улучшению.

Одним из важнейших этапов внедрения системы бережливого производства является процесс обучения персонала.

Для решения поставленной задачи на ЗАО «Авиастар-СП» разработана многоступенчатая модульная система обучения персонала, позволяющая подбирать удобные и наиболее эффективные программы и виды обучения, такие как:

288

1. Лекционное обучение. Первый курс электронного обучения по бережливому производству «Рациональная организация рабочих мест» включен в программу «Школы мастеров», которая организована на предприятии.

2.Электронно-дистанционное обучение на рабочих местах и в учебном классе с использованием информационно-обучающего портала.

3.Практическое обучение в учебных классах (моделирование

производственных процессов, тематические тренинги). 4. Практическое обучение в подразделениях.

Рисунок 1 – Событие быстрого улучшения

289

Система обучения «Авиастар-СП» неоднократно признавалась лучшей среди предприятий ОАО «ОАК».

Курсы обучения основам бережливого производства включают:

1.Минимально достаточное производство (МДП).

2.Рациональная организация рабочих мест (Система «5S»).

3.Визуальный менеджмент деятельности (ВМ).

4.Защита от ошибок (Poka Yoke).

5.Производственная система «Точно в срок» (JIT).

6.Построение карт потока создания ценности (VSM).

7.Система всеобщего ухода за оборудованием (TPM).

Для методического обеспечения программы разработаны:

1. Положение «По мотивации персонала участвующего во внедрении производственной системы и работе с кайдзенпредложениями в подразделениях ЗАО «Авиастар-СП».

2. Регламент о снижении издержек.

Подготовлена программа обучения по курсу «Бережливое производство» для студентов высших учебных заведений и сотрудников предприятия.

В настоящее время работники предприятия ежегодно подают более 5 000 предложений, в подразделениях предприятия реализуются более сотни проектов и различного рода мероприятий, экономический эффект от реализации которых превышает сотни миллионов рублей.

Литература

1.http://www.uacrussia.ru/ru/corporation/strategy/

2.Левинсон У., Рерик Р. Бережливое производство: синергетический подход к сокращению потерь. М.: РИА "Стандарты и

качество", 2007. - 272 с.

3. http://www.aviastar-sp.ru/press_center/company_news/

Voronezh State Technical University

LEAN PRODUCTION «AVIASTAR SP»

A. V. Shkodkin, V.V. Ryzhkov

The paper presents an analysis of the introduction of lean manufacturing system in the aircraft manufacturing enterprise.

Key words: lean production, aircraft production.

291

УДК 621.73

СХЕМА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОКОВОК, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В АВИАКОСМИЧЕСКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1Л.И. Тищук, канд. техн.наук; 1К.Н. Соломонов, д-р техн. наук; 2С.Н. Лежнев, канд. техн. наук

1Филиал Ростовского госуниверситета путей сообщения в г. Воронеж 2Рудненский индустриальный институт

(Республика Казахстан, г. Рудный)

Представлены результаты исследований картины течения металла по полотну заготовки при производстве поковок для авиакосмической промышленности в процессах ковки и объемной штамповки. Обоснована «псевдонормальная» кинематическая схема течения металла. Приведены результаты виртуальных и лабораторных экспериментов.

В процессе производства различных транспортных систем, в том числе в авиационной и космической промышленности, важное значение имеет предотвращение образования различных дефектов и получение качественных поковок с ярко выраженными плоскостными участками, имеющих ребра жесткости.

До сегодняшнего дня достаточно спорным остается вопрос о схеме течения металла в процессах пластического формоизменения плоских заготовок. Формообразование поковок в процессах ковки и объемной штамповки в значительной степени определяется кинематической схемой течения металла.

В качестве одного из способов решения задачи моделирования картины течения металла по плоскости контакта в процессах ковки и объемной штамповки разработана так называемая «эквидистантная теория» («экви-теория») [1], основанная на трех известных принципах: наименьшего сопротивления, кратчайшей нормали и наименьшего периметра.

Разработанная теория действительна для деталей, имеющих ярко выраженное полотно (т.е. плоскостные участки). Несмотря на кажущуюся ограниченность области применения данной экви-теории, известно, что детали с признаком «плоскостности» составляют

292

обширный класс изделий, используемых, в частности, в ракето- и самолетостроении, да и вообще транспортном машиностроении [2].

Теоретические и экспериментальные исследования различных схем деформирования материалов проводились в разное время многими учеными. Например, немецкий ученый Карл фон Зоббе в начале прошлого века проводил эксперименты на стальных образцах. Позднее Тарновским И.Я., Головиным А.Ф., Губкиным С.И. и др. в результате изучения закономерностей формоизменения металла были получены кинематические схемы течения металла, которые можно считать традиционными.

Головиным А.Ф. была предложена так называемая «нормальная» схема, основанная на принципе кратчайшей нормали. При такой схеме течения металла линии тока направлены по нормали к контуру заготовки. В этом случае прямоугольная пластина в ходе осадки должна превращаться в многоугольник. В реальных же процессах прямоугольник после деформации приобретает форму эллипса.

В соответствии со схемой, предложенной Тарновским И.Я., линии тока направлены вдоль радиусов некоторой окружности, под углом к контуру заготовки. Радиальная схема предполагает, что при свободной осадке прямоугольного параллелепипеда, когда деформация однородна, сечение деформируемого параллелепипеда в «плоскости свободного формоизменения» все время остается подобным прямоугольником. При такой схеме в процессе деформирования прямоугольник увеличивается в размерах, но не меняет своей формы.

Указанные схемы противоречивы и нуждаются в доработке, т.к. не объясняют так называемые «эллипсность» и «ушки», которые наблюдаются в реальных процессах. К тому же эти схемы объясняют формоизменение металла только в некоторых предельных случаях, нормальная – при максимальном трении, а радиальная – при полном его отсутствии. Очевидно, что в реальных условиях практически невозможно получить коэффициент трения максимально приближенный к 0 или 1.

Попытку объединить нормальную и радиальную схемы предпринимали и в конце прошлого века. Высказывалась идея о том, что в начальный момент деформирования имеет место нормальная кинематическая схема течения металла, а затем – псевдорадиальная,

293

которая сочетает в себе элементы нормальной и радиальной (рисунок 1): линии раздела течения металла в соответствии с такой схемой расположены так же, как в нормальной, но линии тока имеют разрывы, обусловленные наличием двух зон течения металла [3].

Рисунок 1 – Псевдорадиальная кинематическая схема

слева при kф ̶> 0, справа при kф ̶> 1

течения металла:

Очевидно, что в реальных процессах это невозможно. Виртуальные и лабораторные эксперименты опровергают представленные схемы. К тому же указанные схемы не объясняют активное формообразование угловых зон поковок.

С целью изучения картины течения металла авторами проводились виртуальные (с помощью программного комплекса Deform) и лабораторные эксперименты по осадке плоских прямоугольных заготовок, которые показали, что на кинематическую схему течения металла существенное влияние оказывает трение [4].

Сила трения определяется множеством условий: вид трения, физико-химическое состояние контактирующих поверхностей, наличие в процессе трения химических реакций, температура деформации и т.д. При описании контактного трения в процессах горячей объемной штамповки, ковки и прессования, особенно при больших степенях деформации, применяют закон трения Зибеля. В связи с этим используется понятие «фактор трения» kф, а не «коэффициент трения».

Анализируя результаты виртуальных и лабораторных экспериментов и используя накопленные данные, относящиеся к реологическим особенностям материалов, а также опыт исследования уже существующих кинематических схем течения металла и зависимость их от различных факторов, можно предположить, что

294

промежуточная кинематическая схема содержит элементы как нормальной, так и радиальной схем течения металла.

Исходя из сказанного логично предположить, что в процессах пластической деформации, при условиях трения близких к реальным, течение металла подчиняется некоторой «псевдонормальной» кинематической схеме течения металла [5], в соответствии с которой в начальный момент деформирования движение частиц металла происходит в соответствии с нормальной кинематической схемой течения металла (рисунок 2, а), а в дальнейшем линии тока направлены перпендикулярно, но уже не реальному, а условному контуру (рисунок 2, б). Именно «псевдонормальная» схема положена в основу наших исследований и разработанной методики построения линий раздела течения металла [6], т.к. такая кинематическая схема течения металла дает возможность наиболее точно описать реальную картину течения металла, к тому же она объясняет и, так называемые, «ушки».

Рисунок 2 – Псевдонормальная кинематическая схема течения металла

Из анализа результатов компьютерного моделирования [7, 8] и полученных экспериментальных данных следует, что с увеличением силы трения наблюдается переход от радиальной схемы к нормальной, и имеет место некоторая промежуточная схема течения, в которой явно выражена зависимость формообразования от условий трения. Таким образом, эксперименты подтверждают, что при реальных условиях трения наблюдается «псевдонормальная» кинематическая схема течения металла.

Выводы:

1. В реальных процессах пластической деформации, при факторе трения 0,2÷0,6, течение металла подчиняется некоторой

295

псевдонормальной кинематической схеме течения металла, в соответствии с которой в начальный момент деформирования движение частиц металла происходит по нормалям к контуру заготовки, а в ходе дальнейшей деформации линии тока направлены под углом к контуру.

2. Различные вариации промежуточной кинематической схемы течения металла служат некоторой масштабной моделью закона наименьшего сопротивления, при котором радиальная и нормальная схемы являются предельными случаями промежуточной кинематической схемы течения металла.

3. На кинематическую схему течения металла существенное влияние оказывает трение, что подтверждается многочисленными виртуальными и лабораторными экспериментами. С увеличением трения наблюдается переход от радиальной схемы к нормальной.

Литература 1. Соломонов К.Н., Федоринин Н.И., Тищук Л.И. Моделирование

технологических методик пластического деформирования // Изв. Самарского НЦ РАН, 2017, № 1, с. 517-519.

2. Тищук Л.И., Соломонов К.Н. Применение неразрушающего контроля в процессах производства и эксплуатации транспортных систем // Авиакосмические технологии (АКТ-2013): труды XIV Всероссийской научно-технической конференции. – Воронеж: Элист, 2013. – С. 287-291.

3.Соломонов К.Н., Свирин В.В. Анализ кинематических схем течения металла с помощью виртуального эксперимента // Технология легких сплавов, 2010, № 3, с. 58-64.

4.Тищук Л.И., Соломонов К.Н. Влияние трения на формоизменение плоской заготовки // Изв. вузов. Черная металлургия, 2018, № 3, с. 251-253.

5.Тищук Л.И., Соломонов К.Н., Мазур И.П. и др. Исследование картины течения металла при осадке // Вестник Магнитогорского

государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2017,

№3, с. 37-44.

6.Соломонов К.Н., Федоринин Н.И., Тищук Л.И. Методика

построения линии раздела течения металла в процессах осадки

296

плоских заготовок // Вестник научно-технического развития, 2016, № 2, с. 36-55.

7.Solomonov K.N. Application of CAD/CAM systems for computer simulation of metal forming processes // Materials Science Forum, 2012, v. 704-705, s. 434-439.

8.Соломонов К.Н. Автоматизированное проектирование инструмента и технологий объемной штамповки // Кузнечноштамповочное производство. ОМД, 2003, № 8, с. 42-48.

1Branch of Rostov State University of Railway Engineering in Voronezh 2Rudnensky Industrial Institute (Rudny, Republic of Kazakhstan)

SCHEME OF FORMING OF THE FORGINGS,

USED IN THE AEROSPACE INDUSTRY

1L.I. Tishchuk, 1K.N. Solomonov, 2S.N. Lezhnev

Presents results of researches a metal flow picture on the plane of workpiece in the production of forgings for the aerospace industry in processes of forging and bulk stamping. The «pseudo-normal» kinematic scheme of metal flow is proved. Results of the virtual and laboratory experiments are given.

Key words: forging, bulk stamping, flat workpiece, kinematic scheme of metal flow, metal flow picture, flow line.

УДК 536.24

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОСНОВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОЙ КИСЛОРОДАЗОТОДОБЫВАЮЩЕЙ

СТАНЦИИ ТКДС-100В

Д.П. Посанчуков, науч. сотрудник, А.И. Сороколетов, курсант, М.И. Cлюсарев, д-р техн. наук

Военный учебно-научный центр ВВС «Военно-воздушная академия»

Для жидкостных режимов работы газодобывающей станции ТКДС-100В обоснована возможность повышения энергетических показателей функционирования основного теплообменника путем рационального использования его теплопередающей поверхности при перераспределении потоков теплоносителей.

297

Для снабжения воздушных судов азотом и кислородом в полевых условиях используют мобильные воздухоразделительные установки (ВРУ). Применяемый в них холодильный цикл высокого давления характеризуется высокими затратами энергии, поэтому вопрос снижения энергопотребления при их эксплуатации является актуальным.

Потери энергии в ВРУ являются аддитивной величиной, поэтому для их снижения необходимо рассматривать возможности уменьшения потребления энергии в отдельных аппаратах технологической схемы. В силу особенностей конструкции основного теплообменника транспортабельной кислородазотодобывающей станции ТКДС-100В его энергоэффективность можно повысить следующим образом.

Основной теплообменник газодобывающей станции ТКДС-100В является трехпоточным. При этом обратный поток отбросного газа движется в межтрубном пространстве. В трубном пространстве по одной части проходит прямой поток сжатого воздуха, а по другой при реализации газового режима работы ВРУ, движется или азот, или кислород [1]. Так как на жидкостных режимах работы станции продукционные трубы не используют, то для улучшения энергетических характеристик работы основного теплообменника через эти трубы можно направить часть прямого потока. Из-за увеличения поверхности теплопередачи температурный режим работы основного теплообменника изменится.

Для оценки энергоэффективности предлагаемого решения задачи проведем сравнительный расчет основного теплообменника, функционирующего в штатном и предлагаемом режимах.

Предположим, что теплопритоки из окружающей среды отсутствуют, коэффициенты теплопередачи по длине теплообменного аппарата остаются постоянными, как и теплофизические свойства потоков, которые соответствуют средним температурам теплоносителей, условия теплоотдачи в межтрубном пространстве будем считать неизменными.

Скорости в основных и продукционных трубах основного теплообменника определяли из уравнения постоянства массового расхода сжатого воздуха и уравнения равенства гидравлических

298

сопротивлений его параллельных потоков в основных и продукционных трубках (учитывали только потери по длине).

Коэффициент гидравлического сопротивления и теплоотдачу в витых трубах определяли по справочным формулам из [1].

Коэффициенты теплопередачи без учета термического сопротивления стенки рассчитывали по формуле [1]:

где φ – коэффициент оребрения труб, dн и dвн – их наружный и внутренний диаметры.

Средневзвешенное значение коэффициента теплопередачи при движении сжатого воздуха через основные и продукционные трубы определяли по соотношению:

где F2 и F3 – наружные поверхности основных и продукционных труб.

Температуры T на концах теплообменного аппарата, коэффициент теплопередачи K и поверхность теплообмена F связаны между собой соотношением [2]:

обратного и прямого потоков, G1 - массовый расход обратного потока, cp - удельная теплоемкость при постоянном давлении. Индекс "н"

соответствует входу, "к" - выходу теплоносителей из теплообменного аппарата, "1" - обратный поток, "2" - поток сжатого воздуха в основных трубах, "3" - поток сжатого воздуха в продукционных трубах.

Расчеты проводили для основного теплообменника транспортабельной кислородазотодобывающей станции ТКДС-100В с

299

использование исходных данных из технической документации завода-изготовителя:

число, диаметр и коэффициент оребрения основных труб – N2 =

24; d2 = 6x1 мм; ϕ2 = 2,9;

число, диаметр и коэффициент оребрения продукционных труб –

N3 = 5; d3 = 6x1,5 мм; ϕ3 = 3,86; средний диаметр навивки труб – D =

0,1975 м;

прямой поток - расход G20 = 0,07156 кг/с; давление p2 = 20 МПа; начальная и конечная температуры – T2н = 283 К, Т2к = 127,1 К;

плотность ρ2 = 397,5 кг/м3; вязкость µ2 = 27,64 10-6 Па.с; теплоемкость

сp2 = 1773,7 Дж/(кг.К); число Прандтля Pr2 = 1,07; теплопроводность λ2

= 0,046 Вт/(м.К);

обратный поток - расход G1 = 0,1375 кг/с; давление p1 = 0,13 МПа; начальная и конечные температуры T1н = 123 К, T1к = 253 К; теплоемкость сp1 = 1044,5 Дж/(кг.К); коэффициент теплоотдачи в

межтрубном пространстве α1 = 205,7 Вт/(м2.К).

При работе основного теплообменника в штатном режиме для заданных значений температур потоков на входе и выходе из аппарата, а также рассчитанных величин водяных эквивалентов W1 и W2 и коэффициента теплопередачи К20 = 122,9 Вт/(м2.К) из уравнения

(3) определили удовлетворяющее ему значение F = F2=15,0 м2.

Далее с учетом найденной величины поверхности теплопередачи уточнили температуру обратного потока T1к = 260,8 K на выходе из основного теплообменника по уравнению [2]

Так как температуры потоков на входе в основной теплообменник можно считать неизменным, то соотношения (3) и (4) позволяют рассчитать конечные температуры потоков в случае, когда часть сжатого воздуха пропускается через продукционные трубы. Полагая в

(3) и (4) K = К23 = 113,1 Вт/(м2.К), а F = F2+F3 найдены значения конечных температур прямого и обратного потоков, равные

соответственно T2к = 126,3 К, T1к = 261,5 К.

300

Таким образом, использование продукционных труб для охлаждения прямого потока приводит к снижению недорекуперации на концах основного теплообменника на 0,8 К, что согласно [3] позволяет уменьшить затраты энергии примерно на 2,0 %, а уменьшение среднелогарифмической разности температур между теплоносителями при этом составляет T = 1,0 К.

Для оценки эффективности функционирования основного теплообменника станции ТКДС-100В проанализируем показатели, используемые для характеристики их технического совершенства.

Температурная эффективность теплообменника может быть оценена следующим выражением [1]:

а потери от необратимости процесса теплообмена из-за наличия конечной разности температур между теплоносителями можно оценить количественно через увеличение энтропии горячего и холодного теплоносителей на концах теплообменного аппарата согласно уравнению:

Гидравлическое совершенство теплообменного аппарата может быть охарактеризовано энергетическим коэффициентом.

где Q - тепловая нагрузка теплообменника, Nп - потребная мощность

на перемещение теплоносителя через теплообменник.

Сравнение показателей энергоэффективности основного теплообменника для сравниваемых вариантов реализации его работы приведены в таблице 1.

301

Таблица 1 - Сравнение показателей функционирования основного теплообменника в предлагаемом и штатном режимах

Учитывая, что потребляемая газодобывающей станцией мощность составляет около 200 КВт, предлагаемый способ функционирования основного теплообменника дает возможность, при эксплуатации ВРУ без внесения изменений в массогабаритные характеристики теплообменного аппарата снизить энергопотребление, а также уменьшить термодинамические потери в основном теплообменнике от необратимости процессов теплообмена.

Для уточнения отмеченных эффектов необходимо принять во внимание теплопритоки их окружающей среды и изменение теплофизических свойств теплоносителей по длине теплообменных труб.

Литература 1. Алексеев, В.П. Расчет и моделирование аппаратов криогенных

установок [Текст] / В.П. Алексеев, Г.Е. Вайнштейн, П.В. Герасимов. – Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 280 с.

302