книги из ГПНТБ / Когут, А. Е. Выбор экономичных параметров машин при конструировании

щая данные о назначении машины и области ее применения, крат­ кое описание конструктивных особенностей машины, а также ха­ рактеристику степени использования стандартных, нормализо­ ванных и унифицированных элементов, применение принципов агрегатирования при компоновке изделий. Кроме указанных видов работ, на этой стадии составляется карта технического уровня (ГОСТ 2.116—71 ЕСКД), патентный формуляр, производятся художественно-конструкторские разработки, осуществляются рас­ четы основных параметров, силовые, прочностные, тяговые, теп­ ловые и др.

Итак, на стадии разработки технического проекта приходится решать много сложных, порой даже противоречивых вопросов. Таких, например, как совместить минимальную металлоемкость с высокой жесткостью, художественную выразительность и тех­ нологичность конструкции. Тем более, что решение этих вопросов является, как правило, многовариантным.

В этой связи важное значение имеет проблема правильного определения экономической эффективности вариантов техниче­ ских решений и выбора из них наилучшего.

Технический проект после согласования в установленном порядке служит основанием для разработки рабочей документации. Эта стадия включает несколько этапов. Первым из них является этап разработки конструкторских документов для изготовления и испытаний (заводских, приемочных и т. п.) опытного образца (опытной партии). После проведения испытаний производится корректировка рабочей документации.

На втором этапе осуществляется разработка рабочей доку­ ментации установочной серии, по результатам испытания ко­ торой также производится корректировка рабочего проекта. На третьем этапе по результатам изготовления и испытания голов­ ной (контрольной) серии окончательно корректируется и отра­ батывается документация-, необходимая для серийного производ­ ства новых моделей машин.

Количество этапов разработки рабочей документации для различных видов машин является неодинаковым. Например, при создании крупногабаритных и металлоемких машин и оборудова­ ния (прокатных станов, шагающих экскаваторов и т. д.) исклю­ чается этап изготовления опытных образцов. При создании этих видов изделий принято выпускать головной образец, в соответ­ ствии с испытанием которого и корректируется конструкторская документация.

Рабочий проект машины, как правило, включает в себя техни­ ческие документы (чертежи деталей и общих видов, сборочные, габаритные и монтажные чертежи, схемы, сводные спецификации, ведомости покупных изделий, заимствованных и нормализованных деталей и т. п,), технические условия, инструкцию по эксплуата­ ции, паспорт, уточненный патентный формуляр и другие доку­ менты. По результатам корректировки проекта необходимо на

10

стадии рабочего проектирования уточнять расчет экономической эффективности новой модели.

Утвержденный рабочий проект является основанием для про­ изводства и последующего применения машин новой модели. Таким образом, конструирование является ответственной и слож­ ной стадией процесса исследование—производство. От решений, выдвигаемых конструкторскими организациями, во многом за­ висит изменение эффективности общественного производства.

Возрастающая роль конструкторских организаций в повышении эффективности проявляется в различных формах. С определенной степенью условности их можно разделить на четыре вида. Первая — это ускорение внедрения техники в производство за счет сокраще­ ния сроков ее конструирования. Сегодня продолжительность кон­ струирования многих видов машин весьма значительна. Время конструирования отдельных видов машин (мощных турбин, сверх­ звуковых лайнеров, шагающих экскаваторов и т. п.) составляет 5—10, а то и более лет. Нормативная продолжительность конструи­ рования таких, казалось бы, сравнительно несложных машин, как одноковшовые экскаваторы, занимает три года. На проектирова­ ние самоходных погрузчиков и скреперов предусматривается более четырех лет. Это установленные нормы. Фактические сроки нередко превышают нормативные.

Ускорение процесса конструирования новых моделей машин позволит быстрее ввести их в действие и тем самым получить до­ полнительный объем необходимой обществу продукции.

Вторая форма — это экономия затрат на конструкторские ра­ боты. В настоящее время расходы на конструкторские работы по конкретной теме принято калькулировать по следующим статьям затрат: материалы, покупные изделия и полуфабрикаты (за вы­ четом отходов), специальное оборудование для экспериментальных работ, основная заработная плата производственного персонала, накладные расходы, производственные командировки, контр­ агентские работы.

Наряду с калькуляциями, составленными по статьям затрат, в конструкторской организации для определения общих расходов по всем темам составляются сметы затрат по следующим экономи­ ческим элементам: материалы, основные и вспомогательные, спе­ циальное оборудование для научных и экспериментальных работ, топливо и энергия со стороны, инвентарь и оборудование, зара­ ботная плата, основная и дополнительная.

Затраты на конструкторские работы имеют тенденцию к повы­ шению. Объясняется это тем, что возрастающие сложность и тру­ доемкость конструируемых машин требуют высококвалифициро­ ванных специалистов, применения дорогостоящих электронновычислительных машин, совершенной оргтехники и современных средств связи. Кроме того, постоянное улучшение условий твор­ ческого труда работников конструкторских организаций вызы­ вает необходимость в дополнительных вложениях.

11

В дальнейшем абсолютная величина затрат на конструирова* ние будет возрастать. Поэтому необходимо повысить отдачу конструкторских организаций так, чтобы удельные затраты на единицу создаваемого ими эффекта постоянно снижались.

Третьей формой проявления эффективности работы конструк­ торских организаций является улучшение качества технической и экономической документации (чертежей, схем, расчетов, фор­ муляров, спецификаций и т. п.). Ошибки, просчеты, допущенные в конструкторской документации, или ее несоответствие установ­ ленным требованиям не только затрудняют изготовление машины, вызывая дополнительные затраты и время на выяснение и устра­ нение этих ошибок,, но нередко приводят к созданию недоброка­ чественных изделий. Так, на Уралмашзаводе годовые потери от брака по причине плохо выполненной конструкторской докумен­ тации составили 37 тыс. руб. [31 ]. Количество дефектов по вине работников конструкторских организаций еще велико. В работе [18] приводится пример, когда в 20 тыс. листов технической доку­ ментации на изделие, переданное на один из заводов, было вне­ сено около 34 тыс. поправок.

В практике работы конструкторских организаций имеются случаи запуска в производство технически недоработанных мо­ делей машин. Например, на Одесском заводе фрезерных стан­ ков им. Кирова после того, как изделие 2В430 было принято к производству, дорабатывалось около 30% узлов; внесено было, около 200 различных изменений [22 ]. И такие случаи неединичны. В 1971 г. Главэкспертиза провела выборочную проверку проек­ тов, утвержденных министерствами и ведомствами. Из них более половины было возвращено на доработку.

Конечно, в результате освоения и особенно эксплуатации машин новой модели возможны и даже необходимы определенные доработки. Еще К. Маркс указывал, что «какой бы совершенной конструкции машина, например, не вступала в процесс произ­ водства, при ее употреблении на практике обнаруживаются не­ достатки, которые приходится исправлять дополнительным тру­ дом» [1 ]. Однако это не означает, что можно считать нормальным положение, когда дорабатывается значительная часть проекта по причине ошибок, просчетов, возникающих из-за небрежного, невнимательного или недобросовестного отношения к выполняемой работе. Задача работников конструкторских организаций состоит в сведении к минимуму конструктивных недоработок и полному устранению дефектов в технической и экономической докумен­ тации.

При конструировании важно также соблюдать комплектность и своевременность разработки документации. Нарушение этих условий затягивает создание, а следовательно, и потребление ма­ шин новой модели.

Бездефектная разработка документации — необходимое, но недостаточное условие повышения эффективности конструктор-

12

бКйх организаций. Дело в том, что по качеству выполнения доку* ментации еще нельзя судить о качестве и эффективности самой модели машины, представленной в проекте. Можно иметь пре­ красно выполненную конструкторскую документацию, состав­ ленную по всем правилам черчения, и машину плохого качества, с низкой эффективностью.

Так, несколько лет назад бывший Ленинградский научно-ис­ следовательский институт технологии машиностроения спроекти­ ровал для Сестрорецкого завода им. Воскова три автоматические линии. На их изготовление, которое осуществлялось по заранее разработанному проекту, было затрачено 66 тыс. руб. Однако все они оказались непригодными для работы.

В результате оснащения промышленности, сельского хозяй­ ства, строительства и транспорта машинной техникой экономи­ чески необоснованного качества народное хозяйство терпит ущерб до 10 млрд. руб. в год [42]. Поэтому, не умаляя значения без­ дефектной разработки конструкторской документации, следует все же заметить, что основная задача проектировщиков заклю­ чается в формировании наилучшего уровня качества и эффектив­ ности самой машины, а также в способах ее экономичного изготов­ ления и потребления.

Таким образом, конструирование моделей машин с оптимальным уровнем качества, обеспечивающим максимальную результатив­ ность, является четвертой — основной формой проявления эф­ фективности работы конструкторских организаций.

На повышение эффективности работы конструкторских орга­ низаций оказывает влияние ряд факторов, которые по содержанию можно дифференцировать на три группы. Это факторы, связанные с предметами труда, средствами труда и самим трудом работников конструкторских организаций. Они действуют не в изолированном виде, а в тесной взаимосвязи. Поэтому при нахождении наилучших путей совершенствования работы конструкторских организаций необходимо учитывать комплексное взаимодействие всех фак­ торов, стремиться к построению такой их комбинации, которая обеспечивает максимальное повышение эффективности конструк­ торской деятельности.

В настоящее время для повышения результативности конструк­ торских работ большое значение имеет их механизация. Примене­ ние машин позволяет значительно сократить сроки разработки проекта, повышает точность выполняемых работ, облегчает труд инженерно-технического персонала, освобождая его от механиче­ ского труда, повышает эффективность конструкторских органи­ заций без увеличения численности. Кроме того, применение ма­ шин дает возможность оперативно решать такие задачи, выполне­ ние которых без них было бы практически невозможно. Поэтому в последнее время намечается переход к автоматизированной си­ стеме конструирования. Однако практическая реализация этой идеи наталкивается на определенные трудности.

13

Во-первых, трудности методологического характера. Нужна разработать специальную теорию автоматизированного машин­ ного конструирования, решить комплекс экономических, эргоно­ мических, биомеханических, инженерно-психологических и дру­ гих проблем, рассматривающих взаимоотношения человека и машины.

Необходимым условием машинного конструирования является математическое обеспечение многих задач. Нужно разработать специальные алгоритмы для решения этих задач в условиях ком­ плексной автоматизации работ, которые предполагается осуще­ ствить в конструкторских организациях. Препятствием в переходе к полному машинному конструированию является тот факт, что сегодня не все виды творческого труда могут быть описаны мате­ матически.

Вторая трудность связана с техническим обеспечением. Внед­ рение автоматизированного конструирования требует создания не только отдельных моделей машин, но и целого комплекса но­ вого взаимосвязанного в одно целое оборудования: электронновычислительных машин, оргтехники и средств связи. Перед созда­ телями таких ансамблей должны стоять требования, которые обес­ печивали бы разработку оптимальной структуры и внутренней организации систем машин в этих ансамблях.

Третья трудность заключается в организационной подготовке машинного конструирования. Автоматизированная система кон­ струирования может эффективно функционировать только при соответствующей ей организации работ. Это предполагает тща­ тельный анализ и изменение структуры конструкторских органи­ заций, ' совершенствование и унификацию входной и выходной документации, установление форм документооборота, позволяю­ щих использовать машинную обработку и проведение других мероприятий. Необходимо также подготовить и переподготовить специальные инженерно-технические кадры, способные эффективно работать в условиях автоматизированной системы конструиро­ вания.

Даже простое перечисление указанных проблем свидетель­ ствует об огромной и сложной работе, которую нужно осу­ ществить прежде, чем приступить к широкому внедрению автома­ тизированных систем конструирования. Однако не следует делать вывод о принципиальной невозможности машинного конструи­ рования. Необходимо поэтапно, в плановом порядке внедрять ма­ шинное конструирование в практику работы.

В настоящее время могут быть вполне механизированы и даже автоматизированы различные виды работ как творческого, так и нетворческого характера. Имеющийся определенный практиче­ ский опыт нужно обобщить, проанализировать его положительные и отрицательные стороны с тем, чтобы наметить наиболее эффектив­ ные пути перехода в будущем к полностью автоматизированному конструированию.

14

Используемые в конструкторских организациях средства ме­ ханизации и автоматизации делятся на три группы. Это, во-первых, вычислительные машины (аналоговые и цифровые), во-вторых, средства оргтехники (средства размножения, копирования, обра­ ботки документов, инструменты, принадлежности для черчения и математических операций и т. д.),' в-третьих, средства связи и сигнализации (телефоны, диктофоны, телетайпы, селекторная связь и др.).

Особая роль принадлежит электронно-вычислительным маши­ нам (ЭВМ). В конструкторских организациях они могут приме­ няться как для управления деятельностью подразделениями, так и непосредственно в самом процессе конструирования.

Применение ЭВМ намного ускоряет инженерные решения, значительно уменьшает число ошибок, увеличивает точность и объективность расчетов. Так, время конструирования печатных плат и их технологической подготовки к производству (вплоть до выдачи чертежа) сократилось на ЭВМ с 4—5 мес. до 5—6 ч [11].

Использование ЭВМ приводит также к качественным измене­ ниям труда. Так, работники конструкторских организаций освобождают себя не только от выполнения чисто механической, рутинной работы, но также во много раз усиливают свои интел­ лектуальные возможности, подобно тому как орудия труда в промышленности повышают физические функции рабочего.

Электронно-вычислительные машины открывают большие воз­ можности и для многовариантного экономического анализа кон­ струируемых моделей. Например, для выполнения сравнитель­ ного анализа эффективности четырех типов экскаваторов в усло­ виях влияния пяти различных факторов был затрачен всего 1 ч машинного времени при одном операторе вместо 11 500 ч, ко­ торые потребовалось бы затратить при выполнении работ вруч­ ную.

При технико-экономическом обосновании параметров конструи­ руемых машин нередко возникает необходимость в предвидении их поведения в эксплуатации. Для этого создаются опытные мо­ дели, которые испытываются на специальных стендах или в реаль­ ных условиях. Однако для ряда видов машин такой путь не всегда приемлем из-за огромных затрат или определенной опасности испытаний. Построение математической модели испытуемого объекта и просчет на быстродействующих ЭВМ его поведения в заданных условиях являются эффективным средством решения этой задачи.

Одновременно следует заметить, что применение ЭВМ в кон­ структорских организациях не самоцель, а лишь средство повы­ шения эффективности работ этих организаций. Поэтому исполь­ зование ЭВМ для выполнения тех или иных видов работ должно

15

Проведение предварительного обоснования внедрения ЭВМ не­ обходимо еще и потому, что затраты по их производству и экс­ плуатации еще высокие.

Стоимость отечественных электронно-вычислительных машин составляет сотни тысяч рублей. Сравнительно «простая» машина «Киев» стоит около 400 000 руб. Существуют электронно-вычис­ лительные машины, стоимость которых достигает нескольких миллионов рублей. Например, американская ЭВМ «ИБМ-7030» стоит 6 млн. долл. В ближайшее время в нашей стране ожидается промышленное производство машин третьего поколения серии ЕС ЭВМ. Предполагается, что их стоимость будет в несколько раз выше стоимости, применяемой в народном хозяйстве машины «Минск-32».

Значительными являются также эксплуатационные затраты ЭВМ. Расходы по их эксплуатации за пять лет ориентировочно превышают затраты по производству в четыре — шесть раз [10].

Большие затраты по производству и применению электронновычислительных машин — одно из основных препятствий их эко­ номичного внедрения в практику конструирования изделий. Для устранения такого положения необходимо использовать все пути повышения экономичности ЭВМ.

Важным средством решения этой задачи является не только унификация самих ЭВМ, но также унификация и нормализация их деталей, увеличение степени их преемственности и повторяв- . мости. Это приведет к массовому производству деталей ЭВМ, а следовательно, и к снижению затрат по их производству.

Уменьшение стоимости-ЭВМ возможно и за счет других кон­ структивных решений (рациональной компоновки, разработки логических, принципиальных, адресно-монтажных и других схем, обеспечения минимального веса, габаритов и т. п.), а также меха­ низации, автоматизации конструирования и производства. Рез­ кое снижение стоимости предполагается получить в связи с ши­ роким применением интегральных схем по сравнению с применяе­ мыми сейчас твердыми и гибридными микросхемами.

Значительные резервы повышения экономичности электронновычислительных машин кроются не только в сфере их создания, но и потребления. Например, увеличение степени использования ЭВМ по времени приводит к росту объема выполняемых работ, а следовательно, к снижению условно-постоянных и общих затрат на единицу производимой работы. Среднее время загрузки ЭВМ по стране составляет сейчас только 12 ч в сутки, а в отдельных орга­ низациях еще ниже. Так, в 1972 г. средняя суточная загрузка универсальных ЭВМ, находящихся в распоряжении ленинград­ ских КБ и НИИ, равнялась 8,04 ч, а малых ЭВМ — 5,3 ч. Не­ обходимо повысить степень эксплуатации электронной техники. Для организаций, которые не в состоянии загрузить ЭВМ пол­ ностью, целесообразно «продавать» их время заинтересованным организациям. Нужно также шире практиковать совместное

16

владение ЭВМ и организацию вычислительных центров. Важным средством лучшего использования вычислительной техники яв­ ляется повышение ее надежности. При эксплуатации малона­ дежных ЭВМ требуются значительные затраты времени и труда на проведение профилактических работ, технических осмотров и проверок на отыскание неисправностей и их устранение. Для выполнения этих работ нужны обслуживающий персонал высокой квалификации, контрольно-измерительная аппаратура, запасные элементы и вспомогательные материалы.

Низкая надежность машин приводит к простоям, сокращению полезного фонда рабочего времени, росту затрат на единицу работы. Чем выше надежность ЭВМ, тем больше, при прочих равных усло­ виях, их экономическая эффективность. Для увеличения эффек­ тивности ЭВМ необходимо возложить на них решение наиболее серьезных задач. Ориентация их использования только в управ­ ленческой деятельности конструкторских организаций (бухгал­ терского учета, планирования, материально-технического снаб­ жения и т. п.) может не дать высоких результатов. Значительно шире нужно использовать электронную технику в творческом процессе конструирования изделий для решения сложных инже­ нерно-экономических задач. Сдерживающим фактором роста эф­ фективности является большой удельный вес подготовительно­ заключительного времени. Время подготовки задач для решения на вычислительной машине во много раз больше машинного времени. В результате такое качество ЭВМ, как их быстродей­ ствие, не проявляется в полной мере в деле сокращения сроков конструирования объектов.

Механизация и автоматизация подготовительных работ, ши­ рокое внедрение библиотек стандартных и ранее разработанных программ и алгоритмов — важное средство повышения эффектив­ ности использования ЭВМ.

Электронно-вычислительными машинами управляет человек, поэтому для эффективного их использования необходимо соответ­ ствие качественных характеристик машины психофизиологиче­ ским возможностям человека.

Максимальное соответствие антропометрических данных чело­ века, характеристики его органов чувств, создание благоприятных условий (освещенности, окраски, акустики, температуры и т. п.) положительно влияют на работников, сокращают число допускае­ мых ошибок и просчетов, увеличивают полезность ЭВМ. Для по­ вышения эффективности работы конструкторских организаций важное значение имеет не только применение ЭВМ, но и других технических средств, используемых для выполнения чертежных, копировальных, множительных и тому подобных работ. Внедрение технических средств резко снижает трудоемкость этих работ, увеличивает производительность труда. Например, применение чертежно-графического автомата «Итекан», созданного в ин­

производительности труда на чертежных работах в 50—300 раз в зависимости от вида работ [27].

Одним из факторов повышения производительности труда ра­ ботников конструкторских организаций является правильное использование современных копировально-множительных машин, сфера применения которых постоянно увеличивается.

Если некоторое время назад множительная техника конструк­ торских организаций состояла в основном из светокопировальных машин с мокрым способом проявления синек, то сегодня все шире внедряются целые комплексы множительной техники, позволяю­ щей освободиться от рутинного ручного труда при калькировании и размножении технико-экономической документации. Так, с вво­ дом в действие ротационных копировально-множительных машин типа РЭМ-600К полностью отпадает необходимость в копироваль­ ном бюро, численный состав которого в конструкторских органи­ зациях нередко достигает 10% от общей численности работников. Эти машины могут быть также успешно использованы для размно­ жения необходимой документации с ватмана, синьки и кальки.

Повышению эффективности работы конструкторских организа­ ций способствует также оснащение всех рабочих мест работников совершенными средствами оргтехники и средствами связи. Не­ обходимо увеличить объем их производства и число их видов.

2.ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МАШИН

ИИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

Использование средств труда в системе общественного мате­ риального производства имеет исключительно важное значение для его эффективного развития. Но в составе самих средств труда определяющая роль принадлежит механическим орудиям труда, т. е. машинам, представляющим, по образному выражению

К.Маркса, «костную и мускульную систему производства». Отмечая огромную роль машин в развитии социалистического

производства и повышения его эффективности, В. И. Ленин писал, что «нужно всюду больше вводить машин, переходить

кприменению машинной техники возможно шире» [7]. Поэтому

внародном хозяйстве нашей страны с каждым годом растет число создаваемых машин и оборудования.

Объем производства машиностроения и металлообработки увеличился в 1970 г. по сравнению с 1940 г. в 28,2 раза, а по от­ дельным видам машиностроительных изделий объем производства

вфизических единицах увеличился еще больше. Например, за тот же период произошло увеличение производства бульдозеров

в280,8, экскаваторов в 103,3, электровозов в 35,7 раза. Кроме того, за годы советских пятилеток освоено производство таких

18

Та б л и ц а 1

Динамика производства важнейших видов машин

1 В дореволюционной России на отдельных машиностроительных заводах выпускалось незначительное количество автомобилей, данные о производстве которых не сохранились.