6.3. Конструкторська підготовка виробництва

Сукупність взаємопов'язаних процесів зі створення нових або удосконалення наявних конструкцій виробів називають конструкторською підготовкою виробництва (КПВ). У результаті її здійснення створюється комплект конструкторської документації, яка містить дані, згідно з якими розробляють, виготовляють, контролюють, приймають, постачають, експлуатують та ремонтують виріб, забезпечується проектно-конструкторська підготовка виробництва, тобто "проектування нової продукції та модернізація виготовленої, розроблення проектів реконструкції переобладнання підприємства або окремих його підрозділів" [І, п. 8.3].

Зміст та обсяг робіт конструкторської підготовки виробництва залежить від призначення виробу, його складності, новизни, прогнозованого об'єму та строків випуску тощо. Виконується конструкторська підготовка виробництва із дотриманням вимог державних стандартів єдиної системи конструкторської документації (ЄСКД) [49], що встановлює єдині правила створення конструкторської документації, діє в усіх галузях примисловості та спрямована на підвищення продуктивності та якості праці конструкторів.

Організація проектно-конструкторських робіт (ПКР) має забезпечувати:

• розробку конкурентоздатних конструкцій виробів, які відповідають сучасному рівню техніки або перевищують його;

• виконання ПКР у стислі строки, щоб прискорити впровадження у виробництво, попередити моральне старіння виробу при високій якості результатів робіт;

• економічність ПКР шляхом оптимізації сумарних витрат на створення та освоєння виробництва нових видів продукції.

"Конструкція виробу- це сукупність властивостей виробу, яку характеризують склад його частин, призначеність, взаємна розташова-ність, форма, розміри і матеріали складових частин та види з'єднання їх між собою" [32, п. 4.14].

Проектування нового виробу, згідно з ЄСКД, включає такі стадії:

1. складання технічного завдання;

2. підготовка технічної пропозиції;

3. розробка ескізного проекту;

4. розробка технічного проекту;

5. підготовка робочої документації (робочого проекту).

Результати виконання кожної попередньої стадії після їхнього затвердження замовником ПКР стають основою розробки наступної стадії.

Технічне завдання - це "документ, що встановлює основну призначеність, показники якості виробу, техніко-економічні та спеціальні вимоги до нього та до обсягу, стадій розроблення і складу конструкторської документації" [32, п. 4.12]. Технічне завдання відображає вимоги замовника, містить основні вихідні дані для проектування виробу. Складає технічне завдання проектна організація або підприємство, що планує виготовляти цю продукцію, на основі аналізу технічного рівня виробів аналогічного призначення, умов експлуатації, реалізації, досягнень науки та техніки з метою розробки конкурентоздатної продукції. Після узгодження та затвердження розробником і замовником ПКР технічне завдання стає основою для підготовки технічної пропозиції.

Технічна пропозиція містить технічне та техніко-економічне обґрунтування доцільності розробки виробу на підставі аналізу технічного завдання та опрацювання можливих варіантів конструкції виробу [32, п. 6.2].

Технічна пропозиція обґрунтовує можливість та доцільність розробки нового виробу згідно з вимогами технічного завдання, містить розрахунки техніко-економічних параметрів можливих варіантів конструкції виробу, їхню порівняльну оцінку, аналіз патентних матеріалів, пропозицію вибору найкращого варіанта. Після затвердження технічна пропозиція стає підставою розробки ескізного проекту.

Ескізний проект включає документацію, що містить принципові конструктивні рішення, достатні, щоб отримати загальне уявлення про устрій та принципи роботи нового виробу, основні параметри, габаритні розміри, зокрема кресленик загального виду, необхідні кінематичні, гідравлічні, пневматичні, електричні схеми тощо.

З метою перевірки нових принципів роботи, правильності сполучення деталей, наочного представлення зовнішнього вигляду на цій стадії можуть виготовляти та випробувати макети, моделі майбутнього виробу або його складових частин.

Технічний проект складається з документів, які містять остаточні технічні рішення, що дають повне уявлення про конструкцію розроблюваного виробу та вихідні дані для розроблення робочої конструкторської документації, у тому числі розрахунки на міцність, надійність; уточнення показників економічної ефективності. Технічний проект перед затвердженням розглядають, обговорюють, захищають на науково-технічній раді організації-розробника за участю зацікавлених сторін. Затвердження технічного проекту є передумовою початку розроблення робочої документації.

Робочий проект є завершальною стадією конструкторської підготовки виробництва і становить собою сукупність конструкторської документації, згідно з якою виготовляють, контролюють, приймають, постачають, експлуатують та ремонтують виріб.

Розробка робочого проекту включає три етапи:

• розробку дослідного зразка (дослідної партії) виробу;

• розробку установчої серії;

• розробку конструкторської документації для сталого серійного або масового виробництва.

Виготовлення та випробування дослідного зразка (дослідної партії) здійснюється за умови серійного або масового виробництва виробу для більш ретельного відпрацювання конструкції, коригування документації за результатами випробувань.

Виготовлення установчої серії відбувається з метою останньої перевірки конструкції з можливим внесенням необхідних змін, завершальним відпрацюванням конструкції виробу на технологічність, а також для перевірки, випробування оснащення технологічного процесу.

Конструкторською документацією серійного (масового) виробництва називають конструкторську документацію, остаточно опрацьовану за результатами виготовлення і випробування виробів установчої серії згідно із затвердженим та обладнаним технологічним процесом серійного (масового) виробництва.

Робоча документація розробляється на основі технічного проекту і конкретизує його дані.

Вона включає:

• робочі кресленики всіх деталей (крім стандартизованих) виробу із зазначенням необхідних розмірів, проекцій, матеріалу, чистоти поверхонь, допусків та ін., що надає можливість в майбутньому розробляти технологічні процеси виготовлення деталей у будь-якому типі виробництва;

• специфікації складанних одиниць;

• відомість покупних виробів, які використовуються;

• складанні та монтажні кресленики;

• експлуатаційні документи;

• патентний формуляр;

• програму, методику та акти попереднього та приймального випробування дослідного зразка (дослідної партії) та ін.

За результатами приймального випробування дослідного зразка (дослідної партії) конструкторську документацію уточнюють і згідно з відкоригованою конструкторською документацією виготовляють установчу серію та приймають рішення про підготовку до серійного (масового) виробництва розробленого виробу, його доопрацювання або припинення подальших робіт.

Продукція, яка підлягає поставленню на виробництво, має відповідати вимогам замовника розробки продукції, забезпечувати можливість її ефективного використання споживачем та можливість експорту.

Конструкторську документацію на дослідний зразок розробляють відповідно до положень стандартів ЄСКД (ДСТУ 3943, ГОСТ 2.102, ГОСТ 2.103, ГОСТ 2.105, ГОСТ 2.106, ГОСТ 2.116, ГОСТ 2.118, ГОСТ 2.119, ГОСТ 2.120, ГОСТ 2.301) [33, п. 5.3.2].

Коло робіт, які виконують на стадіях конструкторської підготовки виробництва, залежить від низки факторів, зокрема: типу виробництва, для якого проектують виріб (наприклад, в одиничному виробництві не виготовляють та не випробовують дослідні зразки), складності конструкції (для простих конструкцій можуть поєднувати стадії, наприклад, ескізний проект із технічним проектом), ступеня уніфікації виробу та ін., і може відрізнятися від розглянутого вище.

Рекомендований (згідно з ДСТУ 2974-2000) перелік конструкторських документів, які розробляють на виріб залежно від стадії розробки, наведено в таблиці 6.1.

Таблиця 6.1 Перелік конструкторських документів, які розробляють на виріб залежно від стадії розробки

Назва документа	Технічна пропозиція	Ескізний проект	Технічний проект	Робоча документація дослідного зразка	Примітка
Технічне завдання	+	+	+	+
Кресленик деталі	-	-	0	+
Складанний кресленик	-	-	-	+	У тому числі на тару та упаковку
Кресленик загального виду	О	0	+	-
Габаритний кресленик	0	0	0	0
Монтажний кресленик	-	-	-	+
Художньо-конструкторський ескіз зовнішнього виду	-	+	+	+
Схеми	О	0	0	о
Специфікація	-	-	-	+
Відомість специфікації	—	-	-	0
Відомість покупних виробів	-	0	0	0	Рекомендовано складати на виріб, призначений для самостійної поставки
Експлуатаційні документи	-	-	-	0
Відомість експлуатаційних документів	-		-	0	Рекомендовано відомості не складати для складан-них одиниць, якщо вони входять до складу більш складного виробу
Відомість ескізного проекту	-	+	-	-
Відомість технічного проекту	-	-	+	-
Відомість технічної пропозиції	+	-	-	-
Пояснювальна записка	+	+	+	-
Карта технічного рівня і якості	0	О	о	0
Технічні умови	—	-	0	0
Патентний формуляр	-	0	о	о
Відомість узгодження використання покупних виробів	-	0	о	+
Програма та методика випробувань	-	0	0	0
Акти випробувань	-	0	о	+
Довідка про метрологічне забезпечення виробу	-	0	о	о
Електромонтажний кресленик	-	-	-	0
Програма документації та комплект алгоритмів	-	-	-	о

Примітки. Умовні позначення до таблиці:

"+" - документ є обов'язковим;

"О" - необхідність складання документа визначає розробник;

"-" - документа не складають.

Результатом проведення метрологічної експертизи конструкторської документації має бути забезпечення документальної відповідності робочих вимірів необхідної точності на основі правильно встановлених норм точності, а також рекомендації стосовно можливостей удосконалення методів та засобів вимірювань і спрощення контрольних операцій [78, с. 171].

Створення нових конкурентоздатних виробів передбачає відпрацювання їхніх конструкцій на технологічність у процесі виконання всіх стадій конструкторської підготовки виробництва. Під технологічністю конструкції розуміють сукупність властивостей конструкції виробу, які виявляються у можливості досягнення оптимальних витрат праці, матеріальних ресурсів, часу при технологічній підготовці виробництва, виготовленні, експлуатації, ремонті порівняно з відповідними показниками конструкції виробів того самого призначення у разі забезпечення встановлених значень показників якості, запланованих_хоб-сягів виробництва, умов виготовлення, експлуатації та ремонту. Для оцінки технологічності виробів використовують численні показники, як абсолютні, так і питомі (у розрахунку на одиницю головного параметру виробу), зокрема: сумарна матеріаломісткість виробу, питома матеріаломісткість виробу, коефіцієнт використання матеріалу (відношення маси після обробки до норми витрат матеріалу), сумарна трудомісткість виробу, питома трудомісткість виробу, питома собівартість виробу, питома трудомісткість експлуатаційних ремонтів, питома трудомісткість профілактичного обслуговування виробу, що функціонує, питомі витрати на експлуатаційні ремонти та ін.

Підвищенню технологічності конструкцій сприяє використання типових конструкторських рішень, стандартизації, уніфікації виробів та їхніх частин.

Стандартизація - це діяльність з вирішення задач, що повторюються у сферах науки, техніки, економіки, спрямована на встановлення оптимального ступеня впорядкування у визначеній галузі, пов'язана з розробкою, опублікуванням та використанням стандартів.

Стандартом називають документ, який встановлює обов'язкові вимоги до об'єкта стандартизації, та затверджується відповідним органом залежно від категорії цього нормативного документа. Розрізняють такі категорії стандартів: державні стандарти України (ДСТУ), галузеві стандарти України, технічні умови, стандарти підприємств, міжнародні та міждержавні стандарти.

Об'єкти стандартизації дуже різноманітні. У машинобудуванні до них належать типи та параметри машин, механізмів, методи випробувань, засоби контролю, правила маркірування, пакування, транспортування, експлуатації, ремонту та ін.

Стандартизація спрямована на обмеження різновидів об 'єктів стандартизації доцільним мінімумом, при цьому стандарти мусять бути динамічними, прогресивними, перспективними.

Конструкторська уніфікація - це комплекс заходів, які ліквідують необгрунтовану різноманітність елементів (наприклад, типів конструкцій виробів, форм і розмірів деталей, заготовок, марок, профілів, матеріалів тощо) без скорочення різноманітності систем або ситуацій, в яких вони використовуються, що створює передумови для використання переваг спеціалізованого виробництва.

Уніфікація є базою агрегатування, тобто створення виробів шляхом їхнього компонування з обмеженої кількості уніфікованих елементів, та конструкційної спадкоємності, тобто застосування у конструкції нового виробу вже освоєних у виробництві складальних одиниць та деталей.

Важливим напрямом конструкторської уніфікації є скорочення номенклатури виробів шляхом створення параметричних рядів (гам) виробів. Кожний параметричний ряд становить собою сукупність виробів, аналогічних за своїм призначенням, кінематикою, робочим процесом, але різних за значеннями основних експлуатаційних параметрів, (наприклад, вантажопідйомність крана, продуктивність зварювального апарата, потужність двигуна і т.п.). Для вибору економічно раціонального розрядження параметричного ряду використовують економіко-математичні моделі оптимізації типорозмірного ряду, враховують можливе зменшення собівартості, пов'язане із зростанням обсягів випуску у зв'язку з уніфікацією. Параметричний ряд будують за зростанням чи зменшенням головного параметра виробу.

Конструкторська уніфікація, стандартизація є передумовою скорочення строків проектування, освоєння виробництва, трудомісткості і, відповідно, собівартості нового виробу.

Так, наприклад, стандартизація форм, поверхонь нестандартизова-них деталей (діаметрів валів, отворів, нарізок та ін.) дає змогу використовувати стандартний інструмент та скорочувати строки і вартість технологічної підготовки виробництва.

Ступінь уніфікації та стандартизації характеризується коефіцієнтами, які використовують як додаткові показники технологічності виробу:

коефіцієнт уніфікації - К

де п - кількість типорозмірів деталей, уніфікованих з деталями інших виробів;

п_з - загальна кількість типорозмірів деталей у виробі;

коефіцієнт стандартизації - К_с

де п_с - кількість типорозмірів стандартних деталей у виробі;

узагальнений показник (коефіцієнт) уніфікації і стандартизації - К

коефіцієнт повторюваності - К

^де &w ~ загальна кількістьдеталей в конструкції машини (окрім кріпильних);

коефіцієнт конструктивної наступності - К_н:

де g - кількість деталей, запозичених з інших конструкцій;

коефіцієнт уніфікації марок і профілів матеріалів, що використовуються (для кожного виду матеріалу - сталі, чавуну і т.д.) — К_м

де и_и - кількість марок і профілів кожного матеріалу, які використовуються; п _с - кількість найменувань оригінальних, уніфікованих і стандартних деталей, окрім купованих.

Унаслідок стандартизації, уніфікації виробів та їхніх частин досягається підвищення серійності виробництва, що дає змогу реалізувати переваги спеціалізованого виробництва; створюються передумови для скорочення тривалості технічної підготовки виробництва та витрат на її здійснення, підвищення продуктивності праці і, нарешті зменшення собівартості виробу. Крім економічності у виробництв, новий виріб мусить мати високі експлуатаційні якості (порівняно з найкращими світовими зразками), для оцінки яких використовують експлуатаційні показники: продуктивність, коефіцієнт корисної дії, питомі витрати палива або енергії на одиницю потужності, довговічність, надійність, безпека роботи, зручність обслуговування, трудомісткість ремонту тощо.

Якщо узагальнювальним показником виробничої технологічності є собівартість виробу, експлуатаційної технологічності - питомі експлуатаційні витрати (у розрахунку на одиницю головного параметра виробу), то комплексна оцінка економічності нового виробу має здійснюватися на основі показників його економічної ефективності (періоду окупності додаткових капітальних вкладень, рентабельності тощо).

Відпрацювання конструкції виробу на технологічність починають з виявлення та аналізу вихідних матеріалів для її оцінки, далі уточнюють обсяг випуску, визначають і порівнюють показники технологічності подібних конструкцій кращих світових зразків та виробу, що проектується, та розробляють поліпшувальні заходи.

Технологічність конструкції складальних одиниць та деталей відпрацьовують таким способом: виявляють функції основних складальних одиниць і деталей; визначають можливості зменшення їхньої кількості в конструкції виробу; виявляють можливості стандартизації, уніфікації елементів виробу; визначають технологічну раціональність конструкційних рішень стосовно габаритних розмірів, використаних матеріалів, методів отримання заготовок та ін.

Вирішення задачі забезпечення технологічності конструкції виробу пов'язане насамперед із:

• встановленням раціональних значень основних технічних параметрів (розширення діапазону числових значень експлуатаційних параметрів веде до створення складних та дорогих конструкцій);

• утворенням параметричних рядів та уніфікації всередині параметричного ряду;

• ліквідацією зайвих ланок у конструкційній схемі, використанням агрегатування;

• раціональним розподілом виробу на складові, щоб виконувати роботи з окремих складанних одиниць паралельно, забезпечити зручність монтажу, регулювання, обслуговування при експлуатації;

• обґрунтуванням вибору матеріалів, заготовок, зближенням форм та розмірів заготовок та готових деталей з метою зменшення матеріаломісткості виробу, що одночасно сприяє і зменшенню його трудомісткості.

Особливу роль у конструкторській підготовці виробництва відіграє використання функціонально-вартісного аналізу (ФВА). Це метод системного дослідження функцій об'єкта (виробу, процесу, структури), спрямований на виявлення оптимальних технічних рішень, які дають змогу реалізувати корисні функції з мінімальними витратами на їхнє здійснення при збереженні або поліпшенні якості об'єкта.

Метод ФВА ґрунтується на ідеї, згідно з якою виріб потрібно розглядати як об'єкт реалізації різних функцій, серед них і, можливо, непотрібних (прямо не стосуються призначення виробу, не є необхідними), витрати на реалізацію яких є зайвими.

У методології ФВА використовують методи прикладної математики (теорію графів, метод дерева цілей, експертні оцінки та ін.), форми колективного пошуку найкращих рішень - мозковий штурм, морфологічний аналіз, метод контрольних питань та ін.

Специфічними задачами ФВА є: визначення значущості функцій, значущості матеріальних носіїв у забезпеченні виконуваних функцій; виявлення витрат на матеріальні носії та розподіл їх за функціями; побудова функціонально-вартісних діаграм; визначення відповідності між величиною витрат і значущістю функцій; виявлення зайвих функцій та елементів конструкції.

ФВА дає змогу вимірювати співвідношейня між витратами на реалізацію функції та її корисністю, відшукувати необов'язкові витрати та відмовлятися від них [92].

Під час проектування виробу конструктор мусить підтримувати тісний зв'язок з усіма службами підприємства, від яких залежить забезпечення технологічності конструкції (маркетингу, технологічною, стандартизації, економічного аналізу, технічного контролю, матеріально-технічного забезпечення, збуту, сервісного обслуговування та ін).

Задачу забезпечення технологічності конструкції треба вирішувати на основі наявних виробничих можливостей та перспектив розвитку виробництва.

Форма організації робіт з конструкторської підготовки виробництва залежить від розвинутості конструкторських служб підприємства. Великі підприємства самостійно проектують нові вироби силами спеціалістів служби головного конструктора. Для невеликих та середніх за розміром підприємств нові вироби проектують спеціалізовані проектно-конструкторські організації, а на підприємствах тільки уточнюють конструкторську документацію із врахуванням конкретних умов виробництва.