Лекция 1. МАТИ – 3 курс.
Общие сведения об изготовлении ракета-носителей (РН) и космических аппаратов (КА).
Изготовление РН и КА начинается после завершения проектирования и конструирования этих РН и КА, когда готова конструкторская документация (КД) – чертежи, схемы, расчеты, текстовые документы. По этой КД и изготавливают РН и КА. Для изготовления разрабатывают (создают) технологические процессы (техпроцессы) и организовывают производственный процесс.
Конструкция РН и КА – это «что» надо сделать, а технология РН и КА – это «как» сделать эти РН и КА. Конструкция сначала существует на бумаге в виде КД, а затем с помощью технологии она воплощается в реальные детали, отсеки, целые РН и КА из металлических и неметаллических материалов.
РН и КА состоят из корпуса, двигательной установки и различных систем. Корпус состоит из отсеков, которые по конструктивному признаку делят на герметичные и негерметичные, а по технологическому признаку - на клепаные и сварные. Сварными являются баки и жилые отсеки пилотируемого КА, к конструкции которых предъявляются высокие требования по герметичности. Другие отсеки могут быть как сварными, так и клепаными. В сварных отсеках соединение деталей с помощью сварки, в клепанных отсеках – с помощью заклепок и винтов.
Изготовление – это получение из заготовок с помощью обработки на металлорежущих станках (механическая обработка), литьем или обработкой давлением готовых деталей. Для изготовления деталей на предприятии имеются специализированные цеха – цеха для обработки на металлорежущих станках, литейный цех, цеха для ковки и штамповки. В этих цехах установлены соответствующие станки, приспособления и оборудование.
Сборка – это соединение готовых деталей в отсеки РН и КА, а также соединение отсеков в целые РН и КА. Соединение производится с помощью крепежных деталей или сваркой. Крепежные детали – это заклепки, винты, болты, шайбы, гайки. При сборке также производится монтаж оборудования – установка и закрепления приборов, устройств и коммуникаций (кабелей и труб). Для сборки отсеков имеются сборочные цеха – цех для сборки сухих и ферменных отсеков, цех для производства герметичных отсеков с помощью сварки. В этих цехах установлено необходимое оборудование – стапели, оснастка, приспособления, транспортное и подъемное оборудование. Сборку отсеков в целые РН и КА, а также монтажные работы в них выполняют в цехе окончательной сборки, где также имеется необходимое оборудование. Отсеки РН и КА соединяются между собой по стыковочным шпангоутам с помощью болтов и штырей. Болты воспринимают продольные силы (растяжение), а штыри воспринимают поперечные силы (перерезывающие).
Испытания – это имитация на стендах условий полета для деталей, отсеков, агрегатов, приборов и систем, полностью собранных РН и КА для того, чтобы проверить их на прочность, вибрацию, герметичность, температуру, работоспособность и т.д. Предприятие-изготовитель РН и КА часть испытаний проводит само, а часть испытаний производится на специализированных предприятиях, например, испытание двигательной установки (ДУ) РН и КА. Испытания проводятся до получения положительного результата – деталь, агрегат, отсек, целиком РН или КА выдержали испытания. Если сразу не удается получить положительный результат при испытаниях, то в конструкцию детали, отсека, агрегата, целых РН или КА вносятся изменения и испытания проводятся снова пока не будет получен положительный результат.
Эксплуатация – это период в «жизни» РН и КА, который включает транспортировку на космодром, подготовку к старту, сам старт и полет. Период эксплуатации начинается, когда полностью готовая РН или КА покидает предприятие-изготовитель и заканчивается завершением полета для РН или КА. Для РН полет длится примерно 10-15 минут, когда РН выводит на космическую орбиту КА. Полет КА начинается после отделения КА от последней ступени РН и заканчивается сходом КА с орбиты. Продолжительность полета в зависимости от назначения КА от нескольких дней до нескольких лет.
Производственный процесс – это действия людей с помощью орудий производства для изготовления РН и КА на заводе. Люди – это рабочие, техники, мастера, инженеры, администраторы (менеджеры). Все эти люди получили соответствующие образование и специальность в профессионально-технических училищах, техникумах, институтах и университетах. В ходе своей работы периодически они обучаются на курсах повышения квалификации, чтобы быть в курсе новых, прогрессивных методов конструирования, изготовления, сборки, испытаний и эксплуатации. Т.е. учеба не заканчивается после окончания учебного заведения, а периодически продолжается на предприятии.
Орудия производства – это инструменты, станки, стапели, различное оборудование, транспортные средства, подъемные механизмы и т.д. Оборудование располагается в цехах завода, и на нем работники предприятия выполняют свою работу.
Производственный процесс включает в себя: технологическую подготовку производства, материальное обеспечение, процессы получения заготовок, обработку деталей, сборку, контроль, испытания, транспортировку, хранение.
Технологическая подготовка производства – это разработка техпроцесса и разработка и изготовление оснастки и приспособлений.
Материальное обеспечение – это закупка на других предприятиях материалов, из которых будут делаться РН и КА. При создании конструкции РН и КА применяют разнообразные металлические и неметаллические материалы, лаки, краски, эмали, грунтовки, клеи, растворители и т.д.
Производственный процесс делится на два вида:
1) Основной – изготовление основной продукции ракетно-космического предприятия, которой являются детали, отсеки и полностью собранные РН и КА.
2) Вспомогательный – обеспечивает, обслуживает основной производственный процесс. К вспомогательному производственному процессу относят изготовление оснастки и приспособлений, обеспечение инструментом, оборудованием, материалами, уборку помещений, обеспечение цехов и других помещений электроэнергией, водой, теплом, транспортировку материалов, деталей, отсеков РН и КА на территории предприятия, хранение материалов, деталей, отсеков и полностью собранных РН и КА.
Технологический процесс – это процесс преобразования исходных материалов (заготовок, полуфабрикатов) в готовые детали. Техпроцесс – это также процесс сборки отсеков из готовых деталей, а из готовых отсеков - РН и КА. Техпроцесс является главной частью производственного процесса. Разработка техпроцесса – это придумать его и записать с необходимыми подробностями на бланках.
Техпроцесс изготовления деталей или выполнения сборки сопровождается контролем. Контроль – это проверка соответствия детали, отсека или целых РН или КА требованиям чертежа, технических описаний и других конструкторских документов. Контролируют соответствие размерам, шероховатости поверхности, марке материала и другим требованиям. В цехе существует специальная служба – Бюро технического контроля (БТК), контролеры которой и проверяют изготовленные детали, отсеки, РН и КА. БТК обеспечивает качество продукции. Если у БТК нет никаких замечаний, то на деталь ставится клеймо о том, что деталь качественная. Аналогичная отметка делается в сопроводительной документации на отсек или на РН или КА.
Общий технологический процесс изготовления РН или КА складывается из многочисленных техпроцессов изготовления отдельных деталей, сборки отдельных сборочных единиц (узлов), отсеков изделия и всего изделия. Изделие – это РН и КА. На ракетно-космическом заводе имеются заготовительные цеха, которые готовят заготовки и полуфабрикаты к последующей обработке. Имеется большая группа цехов по изготовлению деталей – механическая обработка на станках, литьем, обработкой давлением. Дальше эти готовые детали попадают в сборочные цеха, где из них изготавливают отсеки РН и КА – негерметичные (сухие) отсеки (проставки, фермы, головные обтекатели) и герметичные отсеки (баки и жилые отсеки). Затем эти отсеки поступают в цех окончательной (общей) сборки, где отсеки соединяются между собой и на отсеках устанавливают и монтируют оборудование, приборы и агрегаты, трубы и кабели. После этого РН или КА полностью собраны, их подвергают контролю и комплексным испытаниям. После успешного прохождения контроля и испытаний РН или КА готовы к отправке на космодром.
Техпроцесс имеет определенную структуру и состоит из отдельных элементов, важнейшим из которых является технологическая операция.
Технологической операцией (техоперацией) называется законченная часть техпроцесса, выполняемая на одном рабочем месте, над одной деталью, одним рабочим. Техоперация подразумевает постоянство трех факторов: рабочего места, детали (заготовки) и рабочего. Изменение какого-либо из этих трех факторов определяет новую техоперацию. Техоперация сборки уже будет относится к нескольким рабочим местам, к нескольким деталям и к нескольким рабочим, т.к. сборка выполняется уже с несколькими деталями (от нескольких штук до нескольких тысяч), несколькими рабочими (бригада рабочих), находящихся на нескольких рабочих местах. Так, например, техпроцесс сборки отсека выполняется в стапеле бригадой рабочих.
Технологические операции делятся на две группы:
1) Основные – связаны с изменением геометрических форм, размеров, внутренней структуры и свойств обрабатываемой детали. Применительно к сборке это техоперации, связанные с изменением положения одних деталей по отношению к другим и соединение этих деталей между собой разными способами. К основным операциям относят также операции термообработки и окраски. Термообработка изменяет механические характеристики металлических деталей, меняя их прочность, жесткость, твердость поверхностного слоя и т.д. Лако-красочные покрытия предназначены для защиты металлов от коррозии.
2) Вспомогательные – это операции контроля качества, комплектования (из каких деталей состоит сборка), маркировки, клеймения, складирования и т.д. Маркировка – это нанесение на деталь ее обозначения («имени»), чтобы было понятно к какому отсеку и к какому изделию относится эта делать. Маркировка может выполняться разными способами – краской, на бирке, выбиваться на поверхности детали. Клеймение, как уже говорилось, - это отметка БТК о том, что деталь качественная, т.е. соответствует требованиям конструкторской документации.
На первом этапе испытаний проводится экспериментальная проверка работоспособности отдельных деталей и приборов. Определяются их ресурсы (время безотказной работы), прочность, взрыво- и пожаробезопасность, нетоксичность, устойчивость к возможным изменениям температуры и других условий. Если в процессе испытаний обнаруживаются отклонения в работе аппаратуры или элементов конструкции от заданных требований, то анализируются их причины, слабое звено дорабатывается и направляется на повторные испытания.
После того как поэлементные испытания завершены, приступают к испытаниям отдельных отсеков РН и КА, а затем всей конструкции РН и КА и их систем в сборе.
Проверяют прочность корпуса, т.е. всех отсеков РН и КА. Исследуется вибропрочность. Собранный отсек закрепляется на вибростенде и подвергается воздействию синусоидальных (переменных) сил. Проводятся испытания на статическую прочность, подвергая отсек статическому действию сил и моментов. Имитируют также силы и моменты, которые будут действовать на РН и КА при наземной транспортировки и подготовки к старту.
Испытывают не только корпус РН и КА, но и их агрегаты и системы. Испытания проходит двигательная установка. Испытывают разделение РН на ступени, а КА на отсеки. Испытывают работу стыковочных агрегатов КА. Испытаниям подвергаются и все остальные системы РН и КА – жизнеобеспечения, терморегулирования, телеметрии, радиосистемы, электроснабжения и другие.
Все эти испытания позволяют выявить возможные дефекты и неисправности, устранить их. За счет этого обеспечивается надежность (безотказная работа) РН и КА в настоящем полете.
Лекция 2. МАТИ - 3 курс.
Создание технологических процессов.
Техпроцессы являются основой производственного процесса, так как на основе разработанных техпроцессов определяются следующие данные:
1) для организации снабжения основными и вспомогательными материалами и оборудованием,
2) для планирования,
3) для набора рабочей силы,
4) для транспортного хозяйства предприятия,
5) для расчета производственных площадей,
6) для структурной организации всего предприятия.
Техпроцессы разрабатываются при проектировании новых и реконструкции существующих заводов, а также при постановке на производство новых изделий на существующих заводах.
Но даже при выпуске уже освоенных изделий на действующих заводах непрерывно происходит совершенствование техпроцессов, вызванное конструктивными изменениями изделий, внедрением более совершенных методов обработки, необходимостью оптимизации отдельных процессов и операций, внедрением новых типов заготовок и т.д.
Задача проектирования техпроцессов характеризуется:
1) Многовариантностью возможных решений, каждое из которых может обеспечить заданные требования конструкторской документации. Т.е. для изготовления любой детали можно создать несколько вариантов техпроцесса, для каждого отсека РН и КА также можно создать несколько вариантов техпроцесса по их сборке. При наличии нескольких вариантов техпроцессов необходимо иметь для выбора оптимального варианта критерии оценки (выбора), которыми могут быть, например, себестоимость, производительность, количество рабочих и т.д. При проектировании техпроцесса всегда производится выбор варианта.
2) Все операции и этапы проектирования техпроцесса взаимосвязаны, поэтому изменения на каком-либо этапе проектирования техпроцесса вызывают изменения на многих предыдущих этапах проектирования.
Взаимосвязанность операций и этапов разработки техпроцесса приводит к решению задачи проектирования техпроцессов методом последовательных приближений. В начале делается предварительная схема техпроцесса. На следующих этапах на основе подробного анализа и расчетов эти решения уточняются и конкретизируются. Каждое уточнение является некоторым изменением данного этапа и вызывает необходимость некоторого изменения уже разработанных предыдущих этапов, т.е. каждое уточнение есть повторение ряда предыдущих этапов с учетом новых данных, полученных на последнем этапе. Такие уточнения при проектировании техпроцесса производятся несколько раз, в результате чего получается окончательный вариант техпроцесса.
Стадии разработки техпроцесса:
1) получение исходных данных;
2) анализ исходных данных и выбор вида заготовки;
3) разработка маршрутной технологии (схемы или плана процесса изготовления);
4) разработка отдельных операций (операционной технологии);
5) расчет общих показателей техпроцесса и выбор рационального варианта (технико-экономический анализ).
К исходным данным техпроцессов, относятся:
а) сборочный чертеж,
б) детальный (рабочий) чертеж,
в) технические условия,
г) производственная программа (объем выпуска),
д) чертежи заготовки,
е) данные об оборудовании,
ж) нормативные и инструктивные материалы (руководящие материалы),
з) особые требования и критерии оптимизации.
Сборочный чертеж позволяет представить конкретные условия работы отсека, узла и детали, сопряжения (взаимное расположение и соединение деталей) в узле, что важно для выбора оптимального варианта сборки, а часто и изготовления. Сборочный чертеж должен быть выполнен в соответствии с ЕСКД (Единой системой конструкторской документации). В нем должны быть все проекции, разрезы и сечения, размеры, допуска, посадки, шероховатости и другие данные, позволяющие четко представить все сопряжения деталей и их взаимодействие в эксплуатации.
Детальный (рабочий) чертеж является основным исчерпывающим документом, составленным на основе ЕСКД и определяющим собой данную деталь. Детальный чертеж должен иметь необходимое количество проекций, разрезов, сечений, размеров, предельных отклонений, требований шероховатости поверхности, данные о материале, покрытии, термообработке и другие данные, дающие четкое представление о детали.
Технические условия (ТУ) на изготовление составляются на наиболее сложные и ответственные детали, узлы, агрегаты и отсеки РН и КА. ТУ представляют собой текстовой документ. Они содержат указания о назначении объекта; требования к нему, которые нужно выполнить в процессе изготовления или сборки; методы контроля, хранения; требования к таре, транспортировке, клеймению и т.д. Технические условия учитываются при выборе вариантов решения задачи проектирования техпроцессов.
Производственная программа (объем выпуска) позволяет определить при проектировании техпроцесса, из какого вида производства (массового, серийного, единичного) нужно исходить при решении таких задач, как способ получения заготовки, степень подробности операций, механизация операций, выбор оборудования, нормирование, определение количества рабочих и т.д.
Иногда для сложных деталей делают чертеж заготовки, из которой будет изготавливаться эта деталь. Чертеж заготовки не относится к исходным данным для проектирования техпроцесса, но иногда он или некоторые данные о заготовке могут быть заданы заранее как исходные. Чертеж заготовки должен быть выполнен в полном соответствии с ЕСКД. На нем могут быть требования по надежности и точному получению отдельных ответственных поверхностей. Отдельно разрабатываются технические условия на заготовку.
Данные об оборудовании при проектировании техпроцесса обязательно учитываются. Свободный выбор оборудования может представиться только при проектировании технологических процессов для новых цехов и заводов, а для существующих заводов приходится исходить из имеющегося оборудования и его наилучшего использования и лишь при острой необходимости закладывать в проектируемый процесс новое оборудование.
Руководящие материалы во многих случаях определяют принятие конкретных решений, являясь обобщенными результатами огромного производственного опыта. К ним относятся различные ГОСТ-ы, нормали (ОСТ-ы и СТП), нормативы, альбомы типовых техпроцессов, инструкции, каталоги оборудования и инструмента, периодическая информация, литература и т.д.
Из множества возможных техпроцессов необходимо выбрать один, для чего должны быть заданы критерии выбора. К критериям выбора могут относится:
1) обеспечение минимальной себестоимости обработанной детали,
2) максимальной производительности техпроцесса,
3) минимального числа производственных рабочих,
4) использование минимальных производственных площадей и т.д.
Маршрутной технологией называется перечень всех операций техпроцесса в порядке их следования с указанием данных об оборудовании, оснастке и кратким описанием содержания операций. Разработка маршрутной технологии является промежуточным этапом проектирования технологического процесса для серийного и массового производства, тогда как для единичного и опытного производства маршрутная технология может быть конечной целью разработки технологического процесса. В последнем случае она оформляется в специальных документах - маршрутных картах определенной формы, где кроме краткого описания содержания операции указывается оборудование, оснастка.
Главной задачей при проектировании маршрутной технологии является определение количества и последовательности операций. Количество операций укрупнено определяется конструкцией детали, узла или агрегата, заданным объемом выпуска, выбранным типом заготовки.
После решения вопросов о количестве и порядке операций при проектировании техпроцесса переходят к разработке каждой операции. При этом каждая операция делится на элементы: переходы, проходы, приемы. При проектировании операций техпроцесса уточняются маршрут обработки, выбор оборудования, приспособлений, инструмента, уточнение точности и шероховатости поверхности, назначение режимов резания при мехобработке.
Каждая техоперация подробно записывается на бланках, которые затем брошюруются и получается полный техпроцесс. На этих же бланках проставляется время для каждой техоперации (нормирование) и указывается квалификация рабочего. После этого по такому техпроцессу в цехе можно выполнять работу.
Нормированием техопераций называется расчет времени, необходимого для их выполнения. Нормирование техопераций влияет на качество и производительность работы, на величину заработной платы и интенсивность работы рабочего.
Научно-технически обоснованная норма времени - время, необходимое для выполнения операции с учетом типа производства, достижений при выполнении подобных работ в отрасли, передового опыта новаторов производства и передовых принципов технологии и организации производства. Технически обоснованная норма времени определяется расчетом и уточняется экспериментально.
Одновременно с нормированием определяется разряд квалификации работы по тарифно-квалификационным справочникам, разработанным для каждой отрасли промышленности. По техпроцессу определяют количество и специальность основных производственных рабочих.
Лекция 3. МАТИ – 3 курс.
Типы производства и их характеристики.
Степень разработки техпроцессов, т.е. их объем, содержание, подробность зависит от типа производства. В машиностроении, куда также входит производство РН и КА, различают три типа производства:
1) единичное,
2) серийное,
3) массовое.
Эти три типа производства отличаются друг от друга разными признаками, важнейшими из которых являются объем выпуска изделий и широта номенклатуры изделий. Изделия для ракетно-космической отрасли – это РН и КА. Объем выпуска изделий – это сколько РН или КА производит предприятие за единицу времени. Например, объем выпуска предприятия12 РН и 6 КА за год.
Номенклатура изделий – это сколько различных изделий производит предприятие. Широта номенклатуры изделий – насколько много различных изделий производится на предприятии. Например, из объема выпуска изделий 12 РН и 6 КА за год – это 8 РН тяжелого класса и 4 РН легкого класса, 2 КА представляют собой модули к орбитальной станции, а 4 КА являются спутниками. Таким образом, номенклатура изделий такого предприятия – это 4 изделия (2 различных РН и 2 различных КА).
Основной характеристикой типа производства является коэффициент закрепления операций.
Коэффициент закрепления операций – это отношение числа всех технологических операций, выполняемых за месяц, к числу рабочих мест. Другими словами, коэффициент закрепления операций – это число технологических операций, выполняемых на одном рабочем месте в течение месяца, т.е. сколько технологических операций «закреплено» за данным одним рабочим местом. Рабочее место – это оборудование и пространство для рабочего, который использует это оборудование. Например, это рабочий за станком, рабочий за сборкой отсека на стапеле.
Единичное производство.
Единичным называется производство, характеризуемое широкой номенклатурой и малым объемом выпуска изготовляемых изделий. Для него коэффициент закрепления операций имеет значение больше 40. Т.е. на одном рабочем месте за месяц выполняется более 40 технологических операций. Продукцией заводов единичного производства являются изделия, не имеющие широкого применения и изготовляемые по индивидуальным заказам. В ракетно-космической отрасли единичное производство часто встречается, т.к. многие КА изготавливаются в количестве нескольких штук или в единственном экземпляре.
Характерными признаками единичного производства являются:
1) Неповторяемость производства данного изделия или повторяемость через неопределенные промежутки времени. В ракетно-космической отрасли КА может быть изготовлен в одном единственном экземпляре и больше такой КА изготавливаться не будет. Или к изготовлению такого КА могут вернуться через некоторое неопределенное время, если возникнет необходимость.
2) Преимущественное применение оборудования и оснастки универсального характера. Такое оборудование и оснастка позволяют изготавливать различные РН и КА. Это оборудование и оснастка должны иметь возможность быстрой переналадки с выпуска одного изделия на другое.
3) Расположение оборудования в цехах группами по типам, например станки для механической обработки деталей располагают группами или стапели для сборки отсеков РН или КА также располагаются в цехе группами.
4) Преимущественное применение стандартного или нормализованного рабочего и измерительного инструмента и стандартных методов контроля. Такие инструменты и методы годятся для различных РН и КА. Стандартные – это значит инструмент или метод контроля соответствуют государственному стандарту (ГОСТ-у), который действует для всех отраслей промышленности страны. Нормализованный – это говорит о соответствии нормали, т.е. отраслевому стандарту (ОСТ-у) конкретной отрасли машиностроения или стандарту конкретного предприятия (СТП). Специальные инструменты и методы контроля более удобные в работе, но более сложные и дорогие и их применяют, когда объем выпуска изделий больше, чем в единичном производстве.
5) Наличие высококвалифицированных рабочих. Такие рабочие изготавливают различные детали, отсеки РН и КА. Это профессионалы, которые справятся с изготовлением детали или сборкой отсеков любой степени сложности.
В единичном производстве техпроцессы детально не разрабатываются. Они разрабатываются лишь до стадии маршрутной технологии, т.е. перечня операций в порядке их выполнения. Нормирование производится укрупненно по нормативным справочникам или на основании статистических данных подобных работ. Нормирование – это определение времени на выполнение технологической операции и сколько будет стоить выполнение этой технологической операции.
Такие неподробные, укрупненные разработки техпроцессов при единичном производстве вполне оправданы, т.к. изделие изготавливается один или несколько раз и затем, как правило, больше не изготавливается никогда.
Серийное производство.
Серийным называется производство, характеризуемое ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями (сериями), и значительным объемом выпуска. В зависимости от количества изделий в серии и значения коэффициента закрепления операций различают три вида серийного производства:
а) Мелкосерийное производство – коэффициент закрепления операций свыше 20 до 40 включительно, т.е. на одном рабочем месте за месяц выполняется от 20 до 40 технологических операций.
б) Среднесерийное производство – коэффициент закрепления операций свыше 10 до 20 включительно.
в) Крупносерийное производство – коэффициент закрепления операций свыше 1 до 10 включительно.
Организационные формы серийного производства зависят от величины объема выпуска изделий. При большой номенклатуре и незначительных объемах выпуска (мелкосерийное производство) они приближаются к формам единичного производства. При ограниченной номенклатуре и значительном объеме выпуска (крупносерийное производство) они приближаются к организационным формам массового производства.
Характерными признаками серийного производства являются:
1) Цикличность производства, т.е. повторяемость изготовления отдельных изделий через планируемые промежутки времени, что отражается в планировании и организации производства.
2) Превышение количества операций над числом рабочих мест, что ограничивает возможность специализации рабочих мест и оборудования. Специализированные рабочие места и оборудование предназначены для выполнения одной и той же технологической операции.
3) Оборудование и оснастка, рабочий и измерительный инструмент, методы контроля могут быть как универсальные, так и специализированные, в зависимости от того, какое это производство – мелкосерийное, среднесерийное или крупносерийное.
4) Наличие рабочих средней квалификации. Здесь уже не требуется наличие высококвалифицированных рабочих, как в единичном производстве, но в то же время квалификация рабочих должна быть достаточно высокой.
Серийное производство по сравнению с единичным имеет ряд экономических преимуществ (является более рентабельным) по следующим причинам:
1) Себестоимость (сколько «себе» стоит изготовить) изделий в серийном производстве значительно ниже, чем в единичном производстве, что объясняется снижением расходов на документацию, оснастку и снабжение, так как они раскладываются на значительное количество выпускаемых изделий. По одной и той же документации и на одной и той же оснастке изготавливается уже несколько одинаковых РН или КА.
2) Снижением расходов на заработную плату в связи с широким применением приспособлений и более низкой средней квалификацией рабочей силы (рабочих).
3) Снижением расходов на материалы и полуфабрикаты в связи с регулярным их приобретением в значительных количествах и повышением коэффициента использования металла – заготовки и полуфабрикаты по своей форме могут быть приближены к готовой детали, и меньше металла уйдет в стружку при обработке на станках.
В серийном производстве технологические процессы разрабатываются уже более подробно по сравнению с единичным производством. Операции техпроцессов разрабатываются уже с указанием переходов и режимов обработки. Такая подробная разработка техпроцессов, будучи экономически оправданной, позволяет значительно лучше организовать и повысить качество и эффективность производства.
В ракетно-космической отрасли мелкосерийное и среднесерийное производство встречается, т.к. объем выпуска отдельных РН довольно значительный.
Массовое производство.
Массовым называется производство, характеризуемое узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых в течении продолжительного времени.
Коэффициент закрепления операций для массового производства равен 1, т.е. на одном рабочем месте в течение длительного периода времени выполняется одна и та же операция, что позволяет максимально специализировать каждую операцию и в полной мере применять принципы научной организации труда. Номенклатура изделий на заводах массового производства весьма ограничена и часто выражается в одном изделии.
Постоянство выполняемых операций обеспечивает расстановку оборудования в соответствии со следованием операций техпроцесса. Такая система массового производства получила название поточного производства. Синхронизацией времени на каждой техоперации достигается его максимальная эффективность – деталь была обработана на одном рабочем месте и сразу поступает на следующее рабочее место и обрабатывается по следующей технологической операции.
Поточное производство создает условия для механизации межоперационной транспортировки деталей, что позволяет резко сократить межоперационные заделы. Межоперационные заделы – запас готовых деталей между двумя соседними технологическими операциями. Дальнейшим развитием поточного производства является конвейерное и автоматизированное производство. Конвейер транспортирует изделие (деталь или сборку) от одной техоперации к другой. Синхронизация времени исключает простои оборудования и рабочего. Автоматизированное производство исключает человека при выполнении отдельных технологических операций. Если такие техоперации следуют одна за другой, то образуется автоматизированный участок без участия рабочих.
В ракетно-космической отрасли массовое производство не встречается, т.к. РН и КА являются дорогими и сложными изделиями, объем выпуска которых незначителен. Зато в некоторых других отраслях машиностроения массовое производство широко применяется, например, в автомобильной промышленности, где сборка автомобилей происходит на конвейере, где широко применяют автоматизированные (роботизированные) участки, как для изготовления деталей, так и для выполнения сборочных работ.
Для массового производства характерным является:
1) Применение узкоспециализированного оборудования и оснастки, предназначенных для выполнения одной технологической операции с максимальной эффективностью (минимум времени и максимум качества).
2) Специальных рабочих и контрольных инструментов, дающих также максимальную эффективность.
3) Высокая механизация и автоматизация рабочих и вспомогательных процессов, в том числе поточное производство, конвейер, автоматизированные участки.
4) Применение рабочей силы низкой квалификации, вплоть до обученных операторов, правда монотонность работы по выполнению одних и тех же повторяющихся технологических операций (конвейер), вызывает быструю утомляемость и ухудшение внимания рабочих, что снижает качество изделий. Для частичного снятия этой проблемы служат периодические перерывы в работе.
5) Применение специальных заготовок, близких по конфигурации к готовым деталям, что сокращает объем механической обработки и повышает коэффициент использования металла.
Большие первоначальные затраты на организацию массового производства незначительно отражаются на себестоимости изделий, вследствие распределения их на большое количество изделий. Массовое производство является самым рентабельным типом производства - себестоимость изделий массового производства минимальная по сравнению с другими типами производства.
В последние годы, учитывая высокую рентабельность и эффективность массового производства, разрабатываются особые методы организации производства (например, групповые методы обработки), которые позволяют в серийном и даже в мелкосерийном производстве применять организационные формы массового производства. Например, при групповом методе обработки деталей, из похожих по форме и по технологическим методам обработки деталей образуют группы. Такие группы деталей перемещаются от станка к станку, из одного цеха завода в другой. Это намного более эффективно, чем каждая из этих деталей по отдельности совершала бы подобные перемещения по цеху и предприятию. Эффективность – это выигрыш по времени, по деньгам, но при обязательном высоком качестве изделий.
Технологические процессы для массового производства разрабатываются досконально, до приемов, с подробнейшей дифференциацией (разбиением на составные части) операций, что позволяет более точно, на научной основе, проводить нормирование труда.
Опытное производство.
В производстве РН и КА часто встречается, так называемое, опытное производство, которое по своим организационным формам аналогично или близко к единичному производству. Опытным называется производство образцов или серий изделий для проведения исследовательских работ при разработки конструкторской и технологической документации.
Задача опытного производства – это проверить конструкцию или технологический процесс нового изделия, которое предполагается затем изготавливать на предприятии. Опытное производство состоит из цехов, в которых сначала изготавливают детали, а затем осуществляют сборку отсеков РН или КА. Опытное производство позволяет выявить ошибки в конструкторской документации и в технологических процессах. Это еще называют отработать конструкторскую и технологическую документацию. По результатам работы в опытном производстве в чертежи и техпроцессы вносят необходимые изменения. Т.е. опытное производство – это своеобразные «опыты» при первом изготовлении новых РН и КА для выявления возможных ошибок.
После того, как изделие отработано в опытном производстве, конструкторскую и технологическую документацию передают на основное производство предприятия, где изготавливают РН и КА, которые пойдут в полет или будут использованы для наземных испытаний.
Лекция 4.
Особенности ракетно-космического производства.
Производство РН и КА существенно отличается от производства других изделий машиностроения. Это объясняется тем, что РН и КА по своей конструкции являются оригинальными и сложными изделиями. Кроме этого технологические процессы для изготовления деталей РН и КА, процессы их сборки и испытаний часто не имеют аналогов. Производство РН и КА имеет следующие особенности:
1) применение новых материалов;
2) широкое кооперирование;
3) быстрая переналадка оборудования;
4) применение плазово-шаблонного метода производства;
5) широкое применение листовых элементов в конструкции;
6) система испытаний;
7) макетирование размещения оборудования.
Применение новых материалов.
В ракетно-космической технике применяют материалы, которые используются и в других отраслях машиностроения, например, в авиационной промышленности. Наряду с этим, часто требуются совершенно новые материалы, неиспользуемые в других отраслях. Двигательная установка ракетного двигателя работает в очень напряженных условиях: высокие температура и давление в камере сгорания; вибрация двигателя; разрушение поверхностного слоя (эрозия) камеры сгорания и сопла двигателя истекающими раскаленными газами (пламенем); коррозионное воздействие компонентов топлива на материалы двигателя. Поэтому материалы для двигателя должны обладать: высокой прочностью (не разрушаться) и жесткостью (не деформироваться), в том числе и при высоких температурах; коррозионной стойкостью; антиэрозионными свойствами.
Многоразовые космические корабли, спускаемые аппараты одноразовых космических кораблей, головные обтекатели ракета-носителей требуют применения теплозащиты – материала неприменяемого в других отраслях. Теплозащита служит для защиты металлической или композиционной (пластиковой) конструкции РН и КА от высоких температур (до 2000 град. С), возникающих из-за трения РН или КА, движущихся с огромной скоростью, об атмосферу Земли. Теплозащита покрывают конструкцию снаружи. Для многоразовых КА эта теплозащита также должна быть многоразовой, выдерживающая десятки полетов.
Космические аппараты, работающие в космосе, требуют применения теплоизоляционного материала, защищающего от холода космоса или от жары от Солнца – для чего применяют, например, экранно-вакуумную теплоизоляцию (ЭВТИ). ЭВТИ – новый материал, не применявшийся ранее в других отраслях машиностроения.
Герметичные отсеки РН и КА (баки и жилые отсеки), негерметичные отсеки (сухие), ферменные отсеки часто изготавливаются из новых сплавов алюминия. Так баки, работающие с криогенными компонентами топлива (жидкие кислород и водород), должны выдерживать низкие температуры, примерно –200 град. С. Современные головные обтекатели РН делаются из трехслойных композиционных материалов – стеклопластика, углепластика, боропластика. Сухие и ферменные отсеки также сейчас нередко делаются из этих композиционных материалов.
Все эти материалы должны обеспечить минимальную массу конструкции РН и КА, т.к. чем легче конструкция РН и КА, тем большую полезную массу (исследовательская, научная, служебная аппаратура) можно вывести в космос.
Новые материалы имеют высокую стоимость. Неизученность их свойств обусловило развитие специализированных научно-исследовательских институтов. Для обработки новых материалов разрабатывают новое оборудование и новые технологические процессы.
Широкое кооперирование.
Современные РН и КА являются сложными изделиями, состоящими из тысяч различных деталей. Из этих деталей состоят многочисленные приборы, агрегаты, устройства, приборы, отсеки РН и КА. Все эти детали изготавливать на одном предприятии было бы сложно из-за их разнообразия, а кроме того невыгодно с точки зрения денег и времени. Поэтому для разработки (конструирования), изготовления и испытаний РН и КА создается кооперация.
В эту кооперацию входят десятки предприятий. Одно из них является главным предприятием, которое называют головным или базовым. Головное предприятие кооперации выполняет большую часть всех работ. Оно разрабатывает, изготавливает, испытывает многие детали, устройства, агрегаты и отсеки.
Некоторые приборы и агрегаты изготавливаются на других предприятиях кооперации и затем отправляются на головное предприятие. Эти другие предприятия называются предприятими-смежниками. На предприятиях-смежниках изготавливают ракетные двигатели РН и КА, электронные приборы системы управления, телеметрии и других систем РН и КА. Ряд предприятий, входящих в кооперацию, обеспечивают снабжение других предприятий кооперации материалами – металлом, пластиком, эмалями, лаками и другими. Металл поставляется в виде листов, профилей, труб, отливок, поковок многочисленных сплавов и марок.
Головное предприятие осуществляет окончательную сборку РН или КА в цехе окончательной (общей) сборки. Полностью собранные РН и КА проходят испытания и затем отправляются на космодром для запуска в космос.
Для того, чтобы все работы в кооперации выполнялись наиболее быстро и качественно, составляется единый план работ. В нем указывается какое предприятие что делает, кому и в какие сроки поставляет, сколько получает денег за сделанную работу.
Государственный Космический Научно-Производственный Центр (ГКНПЦ) им. М.В.Хруничева является головным предприятием кооперации по изготовлению РН «Протон», «Рокот», «Ангара», орбитальных станций и модулей к ним, например станция «Мир» и Международная Космическая Станция (МКС). ГКНПЦ им. М.В.Хруничева изготавливает все отсеки, многие системы и агрегаты, а двигательные установки, отдельные электронные приборы или системы получает от предприятий-смежников.
ГКНПЦ им. М.В.Хруничева обеспечивает работой не только своих работников (примерно 20000 чел.), но и работников около 300 предприятий-смежников (более 100000 чел.).