Параграф 1. Основные понятия производства и технологических процессов.
Понятие о производственном и технологическом процессах.
Производственный процесс - совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта выпускаемых изделий.
Изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии.
Деталь - изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала, без применения сборочных операций.
Производство классифицируется тремя категориями:
Типы. Виды. Части.
Типы производства - классификационная категория производства, выделяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий.
Тип производства - важнейшая характеристика, от которой зависит объем подготовки производства для выпуска изделия.
Различают три типа производства: I/ массовый, 2/ серийный, З/ единичный.
Массовым называют тип производства, или, проще, производство, характеризуемое большим объемом выпуска изделий непрерывно изготовляемых или ремонтируемых продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна рабочая операция. При массовом производстве для каждой операции выбирается наиболее производительное, дорогое оборудование /автоматы, полуавтоматы/, рабочее место оснащается сложными, высокопроизводительными устройствами и приспособлениями, в результате чего при большом объеме выпуска изделий достигается самая низкая себестоимость продукции.
Серийным называют производство, характеризуемое изготовлением повторяющимися партиями изделий. Размеры партий /количество заготовок одновременно подаваемых на рабочее место/ могут быть большими и малыми. Они определяют серийность производства. Различают производство крупносерийное, среднесерийное и мелкосерийное. Чем крупнее партии, тем реже сменяемость на рабочих местах, тем ближе производство приближается к массовому типу производства и тем дешевле может быть выпускаемая продукция. В приборостроении крупносерийным считается производство при объеме выпуска не менее 5 тыс. штук в год. Среднесерийное производство в интервале 1-5 тыс. штук в год. Мелкосерийное - до I тыс. штук в год. Эти цифры весьма условны. Более точно категорию серийности устанавливают для того или другого производства /завода, цеха, участка/, пользуясь коэффициентом закрепления операций – Кзо - по ГОСТ 3.1108-74 (это отношение числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течении месяца к числу рабочих мест).
Кзо - характеризует частоту смены технологических операций в среднем за смену, среднее время выполнения одной операции, производительность работы. Этот коэффициент применяется для расчета: численности рабочих, роста производительности труда, трудоемкости, производственной структуры, длительности переходного периода, занятости обслуживаемого персонала, календарно-плановых нормативов.
Единичным называют производство, характеризуемое малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление изделий, которых, как правило, не предусматривается. Здесь отсутствует цикличность производства, свойственная серийному производству. Отсутствие повторяемости изготовления ведет к поиску наиболее упрощенных путей изготовления продукции. Чаще всего так работают экспериментальные, ремонтные цехи и т.п. Рабочие здесь, как правило, высокой квалификации. Оборудование и оснастка - универсальные. Стоимость продукции - высокая.
Из рассмотренного выше видно, что тип производства в значительной степени влияет на технологические процессы изготовления деталей и сборки изделий. При разной серийности для изготовления одной и той же детали выбираются разные заготовки, применяется разное оборудование, оснастка, меняется структура технологического процесса. При этом изменяется и характер производственного процесса.
Количество деталей, подлежащих изготовлению за год, т.е. годовой объем выпускаемых деталей указывается в задании на проектирование технологического процесса. Одновременно с этим указывается и тип производства. Условно принято, что при мелкосерийном производстве -изготавливается деталей до 1000 шт. в год; при среднесерийном производстве - от 1000 до 5000 шт.; при крупносерийном или массовом производстве - свыше 5000 шт, в год. Единичное производство характеризуется отсутствием повторяемости изготовления данных деталей.
Вид производства - это классификационная категория производства, выделяемая по признаку применяемого метода изготовления изделия и наличия технологической подготовки производства. Например: литейное, сварочное, механообрабатывающее, сборочно-регулировочное и т.п.
Части производства - это понятие включает в себя основное и вспомогательное производство. Основное производство - это производство товарной продукции, которое изготавливает изделие для поставки, т.е. изготовление заготовок, готовых деталей и сборка их. Вспомогательное производство - это производство средств, необходимых для обеспечения функционирования основного производства. К последнему относятся: изготовление и ремонт средств технологического оснащения, производство или подача сжатого воздуха, тепловой и электрической энергии и т.п.
Технологический процесс - часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и /или/ определению состояния предмета труда. Под изменением состояния понимают изменение формы, размеров, физических свойств и т.п. К предметам труда относятся заготовки и изделия.
Основные требования к технологическому процессу:
1. Технологический процесс разрабатывается для изготовления или ремонта изделия или совершенствования действующего технологического процесса в соответствии с достижениями науки и техники.
2. Технологический процесс разрабатывается для изделий, конструкция которых оптимизируется по заданным показателям.
3. Технологический процесс должен быть прогрессивным и обеспечивать повышение производительности труда и качества изделий, сокращение трудовых и материальных затрат на его реализацию.
4. Технологический процесс разрабатывают на основе имеющегося типового или группового технологического процесса, а при их отсутствии на основе использования ранее принятых прогрессивных решений, содержащихся в действующих единичных технологических процессов изготовления аналогичных изделий.
5. Технологический процесс должен соответствовать требованиям техники безопасности, промышленной санитарии и охране окружающей среды.
Виды технологических процессов:
Единичный технологический процесс разрабатывается для изготовления или ремонта изделия одного наименования, независимо от типа производства.
Типовой технологический процесс разрабатывается для изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.
Групповой технологический процесс разрабатывается для изготовления группы изделий с разными конструктивными признаками, но общими технологическими признаками.
Типизация технологических процессов как направление впервые была научно обоснована профессором ЛПИ А.П.Соколовским. При классификации деталей А.П.Соколовский предложил делить их на классы, подклассы и типы. Тип- представитель комплекса деталей /так называемых типоразмеров, которые отличают друг от друга только размерными характеристиками/, для которых можно разработать общий технологический процесс, называемый типовым. Метод работы по типовым технологическим процессам получил распространение в основном при крупносерийном типе производства.
Метод работы по групповым технологическим процессам /метод групповой обработки/ научно обоснован профессором кафедры технологии приборостроения ИТМО С.П.Митрофановым. Применение групповых технологических процессов позволяет достичь в мелкосерийном типе производства такой же производительности, как и в массовом типе производства.
Структура технологического процесса. Технологические процессы изготовления изделий, деталей и заготовок при их разработке и в производственных условиях могут быть делимы на следующие структурные составляющие:
Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. На операцию определяется норма времени и операция является, таким образом, единицей для планирования объема работы и рабочих мест в цехе /005,010, 015..../.
Установ - часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или собираемой сборочной единицы /А, Б, В,.../.
Технологический переход - законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке /1,2, 3 … / .
Вспомогательный переход - законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и /или/ оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода /пример - установка заготовки, смена инструмента и т.п./. Вспомогательные переходы не записываются в карту технологического процесса. При одновременной обработке несколькими инструментами нескольких поверхностей переход называется совмещенным. Нередко встречаются операции, состоящие всего из одного технологического перехода.
Рабочий ход - законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки и сопровождается изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки.
Позиция - фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования.
Прием - законченная совокупность действий человека при выполнении определенной части операции, применяемых при выполнении перехода или его части и объединенных одним целевым назначением. Например - включить станок, переключить подачи и т.п. Прием является частью вспомогательного перехода.
Разработка технологического процесса представляет собой важнейшую задачу при подготовке к производству новых изделий, создает предпосылки для прогрессивной организации производства, является основой для построения роботизированных комплексов и гибких автоматических производств.
Приступая к разработке технологического процесса, необходимо иметь исходную информацию: базовую, включающую в себя конструкторскую документацию и годовой объем выпуска изделия; руководящую, включающую в себя ГОСТы по ЕСТПП, ЕСТД и др., ОСТы, классификаторы деталей и операций, трудовые нормативы и т.п.; справочную, включающую в себя справочники, каталоги, паспортные данные на оборудование пособия и т.п.
Отработка конструкций деталей на технологичность.
Обеспечение технологичности конструкции изделия - это взаимосвязанные решения конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат и сокращение времени на производство, техническое обслуживание и ремонт изделия.
Под технологичностью конструкции понимается совокупность свойств, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и выполнения работ.
Отработка конструкций на технологичность ведется по выполненным чертежам и должна предшествовать разработке технологических процессов и представляет собой часть работ по обеспечению технологичности на этапах разработки конструкции изделия и постановке её на производство.
Отработка конструкций на технологичность должна производиться как конструкторами, так и технологами, а также производственниками, в процессе подготовки производства к выпуску изделия.
Отработка конструкции на технологичность производится на всех стадиях разработки конструкции, при технологическом оснащении производства и изготовлении изделия.
Этапы работ по разработке конструкции и действия по отработке на технологичность:
1. Техническое задание. Определение базовых показателей.
2. Техническое предложение. Анализ вариантов схем.
3. Эскизный проект. Анализ выбранной компоновки.
4. Технический проект. Отработка технологичности сборочных единиц.
5. Рабочий проект. Отработка технологичности деталей.
Технолог работает над технологичностью конструкции исходя из следующих положений и в следующей последовательности:
1. Определяется вид изделия - деталь или сборочная единица. Для детали - одни требования технологичности, для сборки - другие, что будет пояснено ниже.
2. Определяется тип производства, в условиях которого будет изготовляться конструкция.
3. Устанавливается вид технологичности. Технологичность подразделяют на производственную и эксплуатационную. Производственная технологичность проявляется в сокращении затрат, средств и. времени на: конструкторскую подготовку производства, технологическую подготовку производства и изготовление изделия. Эксплуатационная технологичность проявляется в сокращении затрат средств и времени на: техническое обслуживание изделия и ремонт изделия.
Производственная технологичность должна обеспечивать снижение: трудоемкости и себестоимости изготовления изделия. Эксплуатационная технологичность должна обеспечивать снижение: трудоемкости и стоимости обслуживания изделия в процессе эксплуатации (непосредственное обслуживание, профилактика, подготовка к ремонту, ремонт и т.п.).
4. Определяется вид оценки технологичности конструкции. Оценка технологичности конструкции может быть качественной и количественной. Качественная оценка предшествует количественной и определяется на основе опыта изготовления.
Обеспечение качественной оценки технологичности конструкции достигается опытом конструктора и технолога. Количественная оценка ведется с помощью системы показателей и применяется главным образом для сборочных единиц и специфицированных изделий.
Производственная технологичность достигается и оценивается в первую очередь качественно за счет:
I. Повышения серийности при изготовлении (обработке, сборке, испытаниях и т.п.) как следствие создания единообразных конструкций путем:
а) унификации, изделий, сборочных единиц и деталей путем приведение нескольких разных конструкций к одной, в частности, за счет заимствования из других изделий и повторяемости деталей и сборочных единиц в пределах, одного изделия;
б) создания параметрических рядов на основе базовой конструкции;
в) стандартизации изделий, сборочных единиц, деталей и их элементов (резьбовых элементов, диаметров отверстий, галтелей и т.п.). Здесь возможны следующие категории стандартов ГОСТ, ОСТ, РСТ, СТП, международные стандарты, например JSO и другие.
Каждая новая деталь приводит к разработке нового технологического процесса, а суммарная трудоемкость подготовки производства.
Количественная оценка дает взвешенную оценку и определяется системой показателей одной новой детали средней сложности составляет около 500 нормо-часов.
2. Рационального назначения материалов и. снижения его расходов за счет:
а) выбора наиболее дешевого материала без потери качества производства;
б) выбора наиболее дешевого вида заготовок: прокат, литье, штамповка и др.;
в) наиболее экономного расходования материалов путем изменения конструкции, назначения припусков и др.;
г) выбора наиболее легко обрабатываемого материала;
д) сокращения объема дорогой механической обработки;
е) снижения массы деталей и изделия в целом;
ж) ограничения номенклатуры применяемых материалов в изделии.
3. Выбора рациональных по форме и элементам конструкций деталей, обеспечивающих:
а) жесткость конструкции;
б) взаимозаменяемость (отсутствие иди сокращение пригоночных операций);
в) удобство и низкую стоимость изготовления деталей за счет правильной расстановки размеров;
г) правильное расположение элементов детали и их унификации и др.
4. Изучении условий производства, где будет изготавливаться изделие:
а) наличия оборудования, оснастки, унифицированных технологических процессов, традиций производства, наличия квалифицированных кадров;
б) применение прогрессивных технологических процессов;
в) применение средств автоматизации производственных процессов и многое другое.
Учитывая вышеизложенное, становится ясным, что конструктор может создать качественную, технологичную конструкцию изделия, сборочной единицы и детали только хорошо зная производство и технологию изготовления изделия. Следует отметить что то, что технологично в условиях одного производства, может стать не технологичным в условиях другого.
Отработка конструкции изделия на технологичность представляет собой комплекс работ по снижению трудоемкости, материалоемкости и себестоимости в процессе разработки, изготовления и эксплуатации изделия.
В зависимости от типа производства одна и та же конструкция может выполняться в разных вариантах с выбором наиболее экономичной заготовки в данных, конкретных условиях. На рис, 1.1а изображена наиболее рациональная конструкция кронштейна - литая. При такой конструкции достигается наименьший расход металла (масса наименьшая), наименьший объем механической обработки. Однако в условиях мелкосерийного производства может оказаться, что литая конструкция детали будет менее экономичной, чем, например, сварная, рис.1.1б. При единичном типе производства, когда нужно изготовить всего несколько деталей, наиболее рациональной может стать конструкция, показанная на рис. 1.1в, вырезанная непосредственно из полосовой или толстолистовой стали.
рис.1.1
Технологическая подготовка производства.
Основные положения Единой Системы Технологической Подготовки Производства / ВСТПП/.
Под технической подготовкой производства понимается весь комплекс подготовительных работ, необходимый для освоения производства нового изделия на данном предприятии. Кроме того, техническая подготовка ведется в процессе, как конструктивного совершенствования освоенных изделий, так и совершенствования технологии их изготовления. Техническая подготовка производства включает в себя в качестве основных составляющих конструкторскую подготовку производства /КПП/ и технологическую подготовку производства /ТПП/, а также организационную часть подготовки нового производства.
В настоящее время применяется термин научно-техническая подготовка производства, включающая в себя и работы по подготовке производства при проведении научно-исследовательских работ. Конструкторской подготовкой производства называют ту часть технической подготовки производства, которая выполняется конструкторской службой предприятия /или другой конструкторской организацией/ по обеспечению выпуска конструкторской документации, необходимой для освоения нового изделия и совершенствования его после освоения. В процессе конструкторской подготовки производства, обычно еще в стадии эскизного проектирования нового изделия, определяется возможность его изготовления на данном производстве, наличие необходимого оборудования с соответствующими размерными и точностными характеристиками, позволяющими организовать производство.
Под технологической подготовкой производства понимают ту часть технической подготовки производства, которая выполняется технологической службой предприятия или с помощью других технологических организаций, по обеспечению выпуска технологической документации, по изготовлению оснастки и внедрению технологических процессов.
Последовательность работ по ТПП можно представить в виде типового сетевого графика.
График 1.1. Сетевая модель ТПП.
1 - Получение конструкторской и технико-экономической документации.
2 - Конструкция технологически отработана.
3 - Технологические процессы спроектированы.
4 - Спроектировано или выбрано оборудование.
5 - Оснастка спроектирована.
6 - Оборудование и оснастка изготовлены.
7 - Технологические процессы отработаны.
8 - Изготовлены средства механизации и автоматизации вспомогательных операций и переходов ( в основном это погрузо-разгрузочные и транспортные работы).
9 - Получены окончательные нормативы.
10 - Внедрена наилучшая организация производства.
11 - Выпуск изделия и технико-экономической документации.
В представленном графике показаны укрупненные работы, характерные для подготовки производства к выпуску нового изделия. Такие этапы работ в реальном графике уточняются до конкретного исполнителя работ.
Этапы конструкторской и технологической подготовки производства тесно взаимосвязаны. Конструктор должен хорошо знать производственные условия предприятия, для которого проектируется новое изделие. Только в этом случае изделие может быть достаточно технологичным. Конструктор должен стремиться применять детали и сборочные единицы ранее освоенные производством. Это позволяет значительно сокращать во времени этап ТПП, учитывая, что подготовка каждой новой детали в среднем занимает до 500 н/ч. Недооценка конкретных условий производства со стороны конструкторской службы ведет к удорожанию изделия, к удлинению срока его освоения.
Технологическая подготовка производства весьма трудоемка и сложна. При этом длительные затраты времени на технологическую подготовку новых изделий - приборов, машин, аппаратов и т.п. значительно задерживает освоение новых изделий. В современных условиях технологическая подготовка производства должна основываться на стройной системе, обеспечивающей минимальные сроки подготовки к производству новых изделий, использовать для этого самые эффективные методы и средства.
В основу системы положены унификация и стандартизация технологических процессов. Это означает первоочередное применение унифицированных /типовых или групповых/ технологических процессов, а также первоочередное применение специализированной оснастки вместо специальной и автоматизация инженерного труда на основе применения вычислительной техники. Система включает в себя решение следующих основных задач:
- организацию технологической подготовки производства на базе типовой, структурной схемы и типовых положений;
- обеспечение технологичности конструкций изделий, подлежащих изготовлению;
- разработку технологических процессов с учетом организационно-технологического анализа производства, расчета производственных мощностей, составления необходимых планировок оборудования, определения материальных и трудовых нормативов и т.п.
- управление веем процессом технологической подготовки производства, с учетом, что ТПП является функциональной подсистемой всей технической подготовки производства и управление ею должно обеспечивать взаимосвязь с другими функциональными подсистемами управления производством.