Организация и планирование машиностроительного производства
..pdfпроектирования являются результаты маркетингового исследования, по зволяющие составить вариативный ряд изделий-прототипов, имеющих минимальную цену Сщц,. Проектируемое изделие может стать конкурен тоспособным, если его рыночная цена (с) будет меньше цены подобного существующего изделия с учетом предполагаемого эффекта у потребите ля (е). Поэтому процесс проектирования сводится прежде всего к форми рованию параметров изделия исходя из его качественных показателей: точности, надежности, производительности, технологичности и др.
На основе выявленной совокупности параметров изделий определя ется область функционирования изделия и формируются модели, позво ляющие вычислить оптимальное значение параметра. Если выполняется условие с < (Cmin+e), процесс организационно-экономического проекти рования заканчивается и начинается техническая подготовка производст ва. В противном случае процесс проектирования повторяется, но в других конструкторских направлениях и областях функционирования.
Основная задача конструкторской подготовки производства — раз работка конструкторско-технической документации на проектируемое изделие необходимого качества в минимальное время.
Одним из направлений сокращения времени подготовки производст ва является постадийное ведение процесса разработки документации, по зволяющее использовать результаты каждой стадии для оформления за каза на необходимые комплектующие изделия.
В соответствии с Единой системой конструкторской документации (ЕСКД) конструкторская подготовка производства состоит из пяти ста дий подготовки документации.
1. Р а з р а б о т к а т е х н и ч е с к о г о задан ия(Т З) .Т ехни ческое задание, предваряющее собственно конструкторскую подготовку производства и подготавливаемое, как правило, совместно с заказчиком, организацией-разработчиком конструкции и изготовителем, включает:
— наименование изделия и область применения; основание для разработки, т.е. перечень документов, регламентирую
щих разработку;
—цель, эксплуатационное и функциональное назначение, перспек тивность разработки;
—источники разработки, т.е. перечень НИР, патентов, публикаций
ит.д.;
—технические (или тактико-технические) требования: состав изде лия (или системы), показатели назначения, требования к надежности, технологичности, унификации и стандартизации, безопасности, эколо гии, эстетики и эргономики, перечень стран, в отношении которых долж на быть обеспечена патентная чистота, условия эксплуатации, транспор
тировки, хранения и др.;
—экономические показатели: ориентировочная экономическая эф фективность, лимитная (предельная) цена, годовая потребность и др.;
—перечень этапов разработки с указанием инвестиций;
—порядок контроля и приемки;
—приложения.
Таким образом, в техническом задании на проектирование обосновы ваются целесообразность и эффективность создания нового изделия. В нем должны содержаться все основные исходные данные для проектиро вания. При этом предварительно тщательно анализируется современный технический уровень изделий аналогичного назначения как отечествен ных, так и зарубежных, с тем чтобы обеспечить высокую конкурентность нового изделия. Включение в техническое задание лимитной (предель ной) цены заставляет конструкторов с первых же этапов конструкторской подготовки тщательно анализировать и оптимизировать варианты конст рукторских решений, оперативно выявляя из них наиболее экономичные.
Однако следует заметить, что жестких требований к содержанию и детализации технического задания нет. Роль технического задания может выполнять договор, заявка заказчика, контракт, протокол. В любом слу чае обязательными являются вопросы безопасности, экологии, ресурсо сбережения. Содержание технического задания не должно в дальнейшем вызывать разночтение его заказчиком и исполнителем.
2. Т е х н и ч е с к о е п р е д л о ж е н и е (ТП). В техническом предложении, подготавливаемом разработчиком, входят документы, обосновывающие принятый вариант для дальнейшей конструкторской разработки, его технико-экономическое обоснование на основе техни ко-экономического анализа вариантов возможных решений. После согла сования с заказчиком и утверждения им техническое предложение стано вится основой выполнения всех последующих стадий конструкторской подготовки производства.
3. Э с к и з н ы й п р о е к т В процессе выполнения эскизного проекта разрабатываются кинематические, электрические и другие необ ходимые схемы, предварительные чертежи общих видов, составляются спецификации сборочных единиц, изготавливаются (при необходимо сти) макеты, проводится промежуточный технико-экономический ана лиз.
4. Т е х н и ч е с к и й п р о е к т . В техническом проекте наиболее трудоемкими являются работы, связанные с конструкторской разработ кой узлов, агрегатов, механизмов, приборов данного изделия. На этом этапе требуется не только дать конструкторское оформления всех компо нентов изделия (кроме чертежей деталей), провести большое количество расчетов, связанных с обеспечением прочности, жесткости, надежности всех сборочных единиц изделия, но и обеспечить минимальные издержки
производства при соблюдении всех эксплуатационных требований к из делию. Иначе говоря, требуется добиться высокой технологичности кон струкции для заданных объемов и условий производства. Поэтому имен но 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. |
Р а з р а б о т к а |
р а б о ч е й д о к у м е н т а ц и и . Разработ |
ка рабочей документации в условиях серийного и тем более массового |
||
производства распадается |
на подготовку: |
|
— документации опытного образца (или опытной партии), на основе которой производятся его изготовление и предварительные заводские, за тем приемочные испытания, в процессе которых проводится корректи ровка документации;
—недостающих чертежей;
—документации установочных серий, на основе которой проводят ся изготовление и испытание, при необходимости — с корректировкой документации;
—документации серийного или массового производства, на основе которой проводятся изготовление и испытание головной (контрольной) серии, окончательная корректировка документов для технологической подготовки и освоения производства.
Круг работ, особенно на стадии разработки рабочей документации, может существенно отличаться от указанного. Для условия единичного производства отпадают, например, работы, связанные с изготовлением и испытаниями опытного образца. Состав работ зависит также от сложно сти конструкции, степени ее унификации, уровня кооперирования и дру
гих факторов.
Есть существенные различия и в круге основных исполнителей. На крупных промышленных предприятиях разработку конструкции обычно ведет служба главного конструктора. Однако иногда проектирование но вого изделия осуществляется специализированными проектными орга низациями, а на заводе-изготовителе разрабатываются или только уточ няются рабочие чертежи, спецификации, технические условия и другая конструкторская документация. В табл. 1.9 показаны функции и исполни тели стадий конструкторской подготовки производства в одной из отрас лей машиностроения.
Работы по конструкторской подготовке производства представляют собой комплекс длительных, сложных и дорогих процессов, в которых может возникнуть одна из двух главных опасностей:
1) неподготовленное стремление сократить сроки и затраты может привести к созданию конструкции низкого качества. Она или будет быст ро снята с производства, или потребует многочисленных доработок в процессе технологической подготовки производства;
2) длительные конструкторские работы, многочисленные испыта ния, многократные конструкторские улучшения могут привести к тому, что к моменту запуска в производство конструкция будет морально уста ревшей и опять-таки будет быстро снята с производства.
Таблица 1.9. Основные функции и исполнители конструкторских работ
на промышленном предприятии
Функция |
Службы |
и подразделения |
||
|
исполнителей |
|||
А. Разработка конструкторской документации на новые и |
|
|
|
|
модернизируемые изделия |
|
|
|
|
А.1. Согласование и утверждение технического задания |
ОГК, |
ЗК, |
ПС |
|
А.2. Разработка технического предложения |
ОГК, |
ПС |
|
|
А.З. Разработка эскизного проекта |
ОГК, |
ЗК, |
ПС |
|
А.4. Разработка технического проекта |
ОГК, |
ЗК, |
ПС |
|
А.5. Разработка рабочей документации |
ОГК, |
ЗК, |
ПС |
|
А.5.1. Опытного образца (опытной партии) |
ОГК, |
ЗК, |
ПС |
|
А.5.2. Установочной серии |
ОГК, |
ЗК, |
ПС |
|
А.5.3. Установившегося серийного (массового) производст |
ОГК, |
ЗК, |
ПС |
|
ва |
|
|
|
|
А.6. Выявление и правовая охрана научно-технического ре |
ОГК, |
ОГТ, |
ОПС |
|
шения |
|
|
|
|
А.7. Контроль за соблюдением нормативной документации, |
ОГК, |
ОПС, |
СС |
|
международных правил и положений |
|
|
|
|
Б. Изготовление, испытания и приемка опытного образца, |
ОГК, ЦВП, ОГТ, ОПС |
|||
установочных и головных серий |
|
|
|
|
В. Обеспечение производственной и эксплуатационной тех |
ОГК, |
ОГТ |
|
|
нологичности |
|
|
|
|
У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я : ОГК — отдел главного конструктора; ОГТ — отдел главного технолога; ПС — патентная служба, ЗК — заказчик; ОПС — организация и предприятия-смежники; ЦВП — цехи вспомогательного производства; СС — служба стандартизации.
Поэтому следует рассмотреть основные организационные пути, кото рые позволяют при обеспечении необходимых качественных характери стик изделия подготовить его к производству быстро и с возможно мень шими затратами. К их числу можно отнести:
—широкое применение принципов стандартизации и унификации;
—обеспечение технологичности конструкции изделия.
Одним из эффективных направлений, позволяющих повысить качест во проектируемых изделий, уменьшить трудоемкость, сократить время конструкторской подготовки, является применение конструкторских ре
шений, базирующихся на принципах унификации и стандартизации. При использовании в проектируемых 70—80% унифицированных и стандарт ных элементов конструкции цикл создания и освоения новых машин со кращается на 15—25%.
Конструкторская унификация — это сокращение необоснованного многообразия конструкторских решений. Унификация устраняет излиш нее разнообразие типов конструкций самих изделий, форм и размеров де талей 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 элемен тов, а также конструкционной преемственности, которая означает приме нение в конструкции нового изделия уже освоенных в производстве сбо рочных единиц и деталей.
Стандартизация — это установление необходимого минимума ти пов и параметров машин, механизмов, приборов, средств автоматизации, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий с учетом разви тия машиностроительной отрасли.
Одним из важнейших направлений конструкторской унификации яв ляется сокращение номенклатуры изделий, имеющих одинаковое или сходное эксплуатационное назначение. Оно реализуется путем создания параметрических рядов (гамм) изделий, аналогичных по своей кинемати ке, рабочему процессу, различных по габаритам, мощностным или дру гим основным эксплуатационным параметрам (грузоподъемность авто мобиля или крана, рабочий объем цилиндров двигателя, производитель ность компрессора и т.д.). Параметрические ряды создаются, как прави ло, в соответствии с одним из основополагающим стандартов «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел» (ГОСТ 8032—84). Параметрические ряды формируют в каждой отрасли пер спективный типаж изделий, что экономически благоприятно ограничива ет их возможную номенклатуру.
Благодаря унификации в пределах параметрического ряда удается на основе принципов агрегатирования создать необходимое количество из делий за счет небольшого числа типоразмеров сборочных единиц.
Выбор оптимального параметрического ряда определяется исследова нием потерь (возникающих, например, от завышения массы сборочной единицы при установке ее на изделие, требующей меньшей прочности) и выгод от снижения себестоимости с увеличением объема выпуска в связи с унификацией.
Следующее важное направление — сокращение номенклатуры сбо рочных единиц и деталей за счет их унификации и стандартизации (на пример, подшипники, крепежные элементы и др.). Конструктор в своей работе использует альбомы стандартных элементов, исследует возмож
ности унификации конструкций, использование конструкционной преем ственности.
На промышленных предприятиях и в проектных организациях приме няют нормоконтроль конструкторской документации с обязательной ви зой нормоконтролера, без которой документация не утверждается руко водителем. Кроме того, нормоконтролеры ведут учет ошибок в докумен тации, консультируют разработчиков по вопросам ее оформления, систе матизируют поступающие нормативные документы.
Большое значение имеет стандартизация форм и размеров поверхно стей нестандартизованных деталей, позволяющая использовать стан дартный инструмент и существенно сократить сроки и затраты в техноло гической подготовке и освоения производства. Сокращение числа марок и сортамента материалов, применение стандартных профилей приводят к сокращению складских запасов и улучшению материально-технического снабжения. Унификация заготовок (изготовление близких по конфигура ции деталей из одинаковых заготовок) позволяет применять высокопро изводительные технологические процессы в заготовительных цехах и су щественно сократить производственный цикл изготовления продукции.
Система основных показателей унификации и стандартизации оцени вается коэффициентами, приведенными в табл. 1.10.
Таблица 1.10. Система основных показателей унификации и стандартизации
Показатель |
Расчетная формула |
Принятые обозначения |
Коэффициент унифика ции изделия
Коэффициент стандарти зации изделия
Обобщенный показатель унификации и стандартиза ции изделия
'/г |
II 3 |
зЧ |
X |
|
|
^= Ш У т
кунст= кун + кст
Шу,, — количество типоразмеров де талей, унифицированных с деталями других изделий; ш — общее количест во типоразмеров деталей
Шст— количество |
типоразмеров |
стандартных деталей |
в изделии |
Коэффициент унифика ции конструкционных эле ментов (для каждого вида резьбы, паза, фаски и др.)
Коэффициент унифика ции марок и сортамента применяемых материалов (для каждого вида материа ла— стали, чугуна, пласт массы и т.д.
кУнэ
7" " |
II |
|
- Пр/ / п ,
3
/ III
/ “‘унст
пр — число значений размеров кон струкционных элементов во всех ори гинальных деталях;
п, — суммарное число применяе мых конструкционных элементов дан ного вида во всех оригинальных дета лях
шм — число применяемых марок и сортамента каждого материала; — число наименований оригинальных, унифицированных и стандартных де талей, кроме покупных
Экономия (руб./шт.), которая может быть получена в производстве при переходе к унифицированным конструкциям, определяется в первую очередь сравнением затрат на материалы, заработную плату производст венных рабочих и расходов, связанных с работой оборудования:
1) экономия затрат на материалы
Эм |
Z (G PL U H |
(ОрЦ „)уй, |
где Gp — расход материала на одну деталь, кг; Цм — цена материала, р/кг; Шуи — число типоразмеров унифицированных деталей; «и» и «ун» — индексы, относящиеся к оригинальным и унифицированным конструкциям;
2) экономия затрат по заработной плате
3L = С^шт^ч )ун»
где tun — норма штучного времени на деталь; L, — часовая заработная плата рабочего, (включая дополнительную заработную плату и начисле ния);
3) экономия затрат, связанных с работой оборудования
I ( y s M4)H
Э = |
1=1 |
___ ( t ц п - S м ч ) у Н > |
|
IT1 |
|
где SM4_ себестоимость |
машино-часа работы оборудования; |
|
4) общая экономия |
затрат |
(р/год) |
Эг = (Эм+ 3L+ 30)Nr,
где Nr — годовой объем выпуска.
Важную роль в обеспечении конкурентоспособных конструкций, по вышении эффективности организационной системы создания и освоения новой техники играет их производственная и эксплуатационная техноло гичность.
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 производствен ные издержки (а для этого минимальную трудоемкость и материалоем кость) и короткий производственный цикл ее изготовления.
Эксплуатационная технологичность изделия проявляется в сокраще нии затрат времени и средств на техническое обслуживание и ремонт в за висимости от его ремонтопригодности, т.е. приспособленности преду преждать, обнаруживать и устранять отказы и неисправности.
Для обеспечения производственной технологичности изделию при дается такая форма и выбираются такие материалы, которые обеспечива ют, при условиях выполнения им заданных функций, наиболее экономич ное его изготовление. При этом изделие, технологичное для условий мел косерийного производства, может оказаться нетехнологичным при его массовом выпуске (и наоборот). К нетехнологичным относят конструк ции, изготовление которых известными способами либо невозможно, либо вызывает неоправданное усложнение технологических операций, увеличение их трудоемкости, а также увеличение материалоемкости са мих изделий.
Показатели технологичности могут быть:
• абсолютными (масса изделия и его элементов, нормы расхода мате риалов, точность изготовления, общее количество элементов, трудоем
кость и др.); |
|
|
|
|
• относительными |
(удельные |
показатели и |
коэффициенты) |
|
(табл. 1.11). |
|
|
|
|
Таблица 1.11. Система основных показателей технологичности |
||||
________ Показатели |
I |
Расчетна» формула |
Принятые |
обозначения |
А.Производственные
А.1. Абсолютные
Суммарная материало- |
G0 = G,p + G„ + G„ |
— расход материала на заготов |
||
емкость изделия |
|
ки из черных металлов; Ga— то же из |
||
|
|
цветных металлов; G„ — то же из неме |
||
|
|
таллических материалов |
||
Суммарная трудоем- |
tm = t, + tu + tce + t„ |
t, — трудоемкость |
заготовительных |
|
кость изделия |
|
работ; t* — то же механической обра |
||
|
|
ботки; |
^ — то же |
сборочных работ; |
|
|
t„ — то |
же прочих |
работ |
Себестоимость изде |
S |
|
|
|
лия |
|
|
|
|
Показатели
А.2. Относительные
Удельная материало емкость изделия
Коэффициент исполь зования материалов
Удельная трудоем кость изделия
Удельная себестои мость изделия
Б.Эксплуатационные
Б.1. Абсолютные
Трудоемкость профи лактического обслужива ния
Трудоемкость эксплуа тационных ремонтов
Б.2. Относительные
Удельная трудоем кость обслуживания из делия
Удельная трудоем кость эксплуатационных ремонтов
Удельные затраты на обслуживание изделия
Удельные затраты на эксплуатационные ре монты
Расчетная формула |1 |
Принятые обозначения |
g , = < %
"» |
/G . |
tу = |
/ Г |
t <>6
ч
Р — определяющий эксплуатацион ный параметр изделия (производитель ность, мощность и т.д.);
G4 — чистая масса изделия
Могут использоваться и другие абсо лютные показатели, например Go6 и Gp — материалоемкость обслуживания и эксплуатационных ремонтов; s^ и Sp — затраты на обслуживание и экс плуатационных ремонтов и др.
Показатели технологичности во многих случаях могут оказать суще ственное влияние на окончательную оценку конкурентоспособности но вых изделий.
При отработке конструкции на технологичность различают:
—базовые показатели технологичности — для изделий, обладаю щих общими конструкционными признаками с проектируемым;
—показатели технологичности проектируемого изделия;
—уровень технологичности как отношение значений показателей. Этот уровень заносится в карту технического уровня изделия.
Работы по обеспечению технологичности конструкции сборочных единиц и деталей осуществляют в такой последовательности: выявляют их функции; определяют возможность объединения функций и уменьше ния их числа; выявляют возможность преемственности конструкций де-
талей, а также унификации и стандартизации конструкций; определяют рациональность конструкторских решений по показателям табл. 1.11.
Основными путями повышения технологичности на ранних стадиях проектирования являются строгое соответствие конструкции функцио нальному назначению изделия, использование принципов создания пара метрических рядов и внутрисемейственной унификации, сокращение числа звеньев в размерных цепях и др. Это позволяет применить принци пы агрегатирования, упрощающие сборку и снижающие ее трудоемкость.
Особенно расширяется круг вопросов, связанных с обеспечением тех нологичности, при разработке рабочей документации. На этой стадии обосновывается выбор материалов, типа заготовок с учетом объема вы пуска, обеспечиваются взаимозаменяемость деталей, минимальная тру доемкость сборки.
Рассмотрим некоторые конструкторские пути повышения техноло гичности путем снижения материалоемкости и трудоемкости изделий.
При анализе влияния материалоемкости конструкции на себестои мость изделия полезно оперировать не только общей, но и структурной, а также удельной материалоемкостями. Структурная материалоемкость позволяет исследовать рациональность выбранной номенклатуры мате риалов, возможность исключения дорогостоящих и дефицитных мате риалов, применения унифицированных и стандартных профилей проката и заготовок. Удельная материалоемкость необходима для сравнения ва риантов изделий одинакового эксплуатационного назначения, но различ ной мощности, производительности.
Главным критерием снижения затрат на основные материалы можно считать:
•уменьшение расхода материалов на изделие, определяемое сниже нием массы изделия и конструкторскими мероприятиями по повышению коэффициента использования материалов;
•выбор рационального материала.
Очень часто конструктор имеет возможность выбрать при проектиро вании детали материалы нескольких марок, обеспечивая при этом одина ковые эксплуатационные свойства конструкции. Однако эти материалы будут отличаться по цене, а,возможно,и по трудоемкости обработки. Так, при применении легированной стали вместо углеродистой, допускающей более высокие напряжения, масса детали может уменьшится. При этом затраты на материалы в расчете на единицу массы возрастут, изменятся затраты на обработку, а также некоторые статьи косвенных затрат. Сле довательно, себестоимость детали при требуемых значениях прочност ных характеристик может иметь минимум, который и определит наибо лее целесообразный вид материала.