Забезпечення технологічності конструкцій виробів
В економному використанні матеріальних, енергетичних та людських ресурсів при створенні, застосуванні та оновленні сучасних складних виробів виключно важлива роль відводиться забезпеченню високої технологічності виробів – однієї з найголовніших функцій конструкторської підготовки виробництва. Ця функція передбачає взаємопов’язане вирішення відповідних конструкторських та технологічних завдань на всіх етапах проектно-конструкторських робіт і спрямована на досягнення оптимальних матеріальних витрат та витрат людської праці, а також зменшення часу на виробництво, експлуатацію та ремонт виробів. Вона реалізується завдяки спеціальним методичним підходам у процесі прийняття технічних рішень при конструюванні виробів.
Технологічність конструкції виробу – це сукупність властивостей виробу, яка визначає відповідність його конструкції для досягнення оптимальних витрат при виробництві, експлуатації та ремонті при заданих показниках якості, запланованих обсягах виробництва та умовах виконання робіт.
Відпрацювання конструкції виробу на технологічність виконується послідовно на всіх етапах проектно-конструкторських робіт і закінчується, зазвичай, на стадії розробки конструкторської документації для серійного або масового виробництва. Правильно виконані в процесі проектування роботи з відпрацювання технологічності виробу дають змогу вирішити ряд важливих питань, а саме:
- забезпечити простоту конструктивних рішень деталей та складальних одиниць (вузлів) виробу;
- обрати раціональну та економічно вигідну точність обробки поверхонь деталей, з яких складається виріб;
- визначити оптимальні розміри в конструкції з точки зору вибору найбільш раціональних баз для обробки та вимірів;
- застосувати прогресивні методи обробки деталей;
- обмежити до раціональних меж номенклатуру та типорозміри різьб, посадочних місць, діаметрів, довжин та інших конструктивних елементів.
Для оцінки технологічності конструкцій виробів застосовуються різноманітні показники, перелік яких і область застосування представленні у табл. 13.1. на прикладі таких виробів, як трубопровідна арматура.
Таблиця 13.1. Показники технологічності трубопровідної арматури
| № | Найменування показників | Стадії розробки конструкторської документації | ||||
| Ескіз-ний проект | Техніч-ний проект | Робоча конструкторська документація | ||||
| дослідного зразка | установ-чої серії | серійного виробництва | ||||
| Трудомісткість виготовлення виробу | О | О | О | О | О | |
| Коефіцієнт використання матеріалів | - | - | Δ | Δ | О | |
| Коефіцієнт складання конструкції | Δ | Δ | О | О | О | |
| Коефіцієнт застосування нових матеріалів | - | О | О | О | О | |
| Коефіцієнт впровадження у виробництво типових технологічних процесів | - | Δ | О | О | О | |
| Коефіцієнт точності обробки | - | - | Δ | Δ | О | |
| Коефіцієнт стандартизації | О | О | Δ | Δ | О | |
| Коефіцієнт уніфікації | - | Δ | Δ | Δ | О | |
| Трудомісткість ремонтів виробів | - | О | О | О | О | |
| Технологічна собівартість виробів | - | - | О | О | О |
Примітка: знак “О” означає, що розрахунок показника є обов’язковим ;
знак “Δ” означає, що розраховується приблизне значення показника; знак “-” означає, що показник не розраховується.
Узагальнюючим показником, який характеризує технологічність того чи іншого виробу, можна вважати показник технологічної собівартості, оскільки в ньому знаходять своє відображення в комплексі усі інші окремі показники технологічності.
Загальні вимоги щодо технологічності виробів у процесі виконання проектно-конструкторських робіт визначені у стандартах ЄСКД і зводяться до таких ключових положень:
- будь-яка складальна одиниця, що входить до складу виробу, повинна бути розділена на раціональне число окремих частин (деталей);
- конструкції складальних одиниць повинні забезпечувати можливість їх компонування із стандартних та уніфікованих деталей;
- конструкція деталі повинна, по можливості, складатися із стандартних та уніфікованих конструктивних елементів.
Технологічність конструкції – поняття відносне. Тобто, технологічність конструкції однієї і тієї ж машини для різних типів виробництва буде різною. Виріб, який в одиничному виробництві можна вважати досить технологічним, у серійному або масовому виробництві може бути зовсім не технологічним. Технологічність конструкції одного і того ж виробу буде різною також для заводів з різними виробничими можливостями. Якщо, наприклад, в одиничному виробництві використовуються верстати з числовим програмним управлінням, то показники технологічності конструкцій виробів для цих умов можуть дуже відрізнятися у позитивному відношенні порівняно з умовами одиничного виробництва, яке оснащене лише універсальним обладнанням.
Розвиток і впровадження у виробництво нової техніки також може вносити зміни у технологічність конструкцій, оскільки не технологічні раніше конструкції можуть стати досить технологічними при впровадженні нових методів обробки.
Технологічність конструкції також є комплексне поняття. Не можна технологічність конструкції розглядати ізольовано, тобто без взаємозв’язку і без урахування особливостей та умов виконання окремих технологічних операцій. Наприклад, відпрацьована на технологічність конструкція заготовки виробу не повинна ускладнювати наступну механічну обробку цієї заготовки. В той же час, відпрацювання на технологічність конструкції деталі слід здійснювати не тільки з метою спрощення механічної обробки, але й з урахуванням виконання попередніх заготівельних процесів і наступних операцій, намагаючись при цьому отримати найменшу трудомісткість і найменшу собівартість виготовлення виробу в цілому.
Шляхом підвищення технологічності конструкції можна збільшити випуск продукції при наявності тих же засобів виробництва. Якщо обрати правильний підхід до питання технологічності, то трудомісткість виготовлення виробів можна скоротити на 15-25 %, а собівартість їх виготовлення на 5-10 %.З іншого боку, недооцінка технологічності конструкціїчасто призводить до необхідності незапланованого корегування робочих креслень, збільшення строків технічної підготовки виробництва та додаткових витрат на виробництво продукції.
Поняття технологічності конструкції виробів розповсюджується не тільки на їх виробництво, але і на область їх експлуатації. Конструкція машини повинна бути зручною для обслуговування і ремонтопридатною в експлуатаційних умовах. Це дуже важливо, оскільки витрати на усі види ремонтів під час експлуатації виробів дуже часто перевищують вартість нових виробів. Підвищення ремонтопридатності виробів забезпечується легкістю їх розбирання та складання, дотриманням принципу вузлової заміни та вузлового ремонту елементів виробів, введення в конструкцію змінних швидкозношуваних деталей, а також можливістю швидкого їх відновлення у процесі ремонтів до робочого стану.
Відпрацювання конструкції виробу та технологічність починається вже на стадії розробки технічного завдання при проектуванні нового виробу. Ця робота продовжується і поглиблюється на стадіях розробки ескізного і технічного проектів, а також на стадії розробки робочої документації. Кінцеве корегування конструкції виробу на технологічність здійснюється на стадії виготовлення та випробування дослідних зразків виробів.
На всіх стадіях проектно-конструкторських робіт конструкторська документація (креслення, схеми) на вироби підлягає обов’язковому технологічному контролю, який можна розділити на внутрішній та зовнішній.
Внутрішній технологічний контроль під час розробки конструкторської документації виконують спеціалісти того ж самого підприємства (організації), яке займається цією розробкою.
Зовнішній технологічний контроль виконують, зазвичай, спеціалісти підприємства, яке буде виготовляти вироби. Проектно-конструкторські роботи при цьому виконуються іншим підприємством (організацією). Кількість перевірок встановлюється умовами договору між підприємством-розробником документації і підприємством, яке буде випускати за цією документацією вироби.
Висока технологічність конструкції виробів досягається за рахунок впровадження відповідних конструктивних, технологічних та експлуатаційних заходів.
Експлуатаційні заходи забезпечення технологічності включають в себе: забезпечення надійності та довговічності виробів; забезпечення зручності обслуговування виробів та його ремонтів; скорочення витрат запасних частин у процесі експлуатації виробів.
До конструктивних заходів забезпечення технологічності конструкції виробів можна віднести: простота компоновки окремих деталей, складальних одиниць і виробу в цілому; розділення виробу на самостійні складальні одиниці, які допускають незалежне їх складання між собою, а також їх контроль та випробування; вибір найпростіших геометричних форм деталей; раціональний вибір конструктивних матеріалів; стандартизація та уніфікація складальних одиниць та інших елементів конструкції.
Головне призначення стандартизації полягає в тому, що вона дозволяє уникнути необґрунтованої кількості типів і конструкцій виробів, форм та розмірів деталей і заготівок, профілів і марок матеріалів, організаційних методів виробничих процесів. Стандартизація є одним із ефективних методів прискорення науково-технічного прогресу, підвищення ефективності виробництва і продуктивності праці. Стандартизація є основою управління якістю промислової продукції.
Державна система стандартизації передбачає такі категорії нормативно-технічних документів: державні стандарти України (ДСТУ); галузеві стандарти України (ГСТУ); міжнародні та міждержавні стандарти; технічні умови (ТУ); стандарти підприємств (СТП).
Основними видами державних стандартів в машинобудуванні являються стандарти: технічних умов; параметрів (розмірів); типів і основних параметрів; конструкцій і розмірів; марок; сортаменту; технічних вимог; правил прийому; методів випробувань; правил маркірування, упаковки, транспортування і зберігання; методів і засобів перевірки мір і вимірювальних приладів; правил експлуатації і ремонту; типових технологічних процесів.
Крім цього, за останні роки почала розвиватися стандартизація в області організації виробництва. Її продукцією є стандарти організаційного типу, наприклад, ДСТУ 3973 – 2000. Система розроблення та поставлення продукції на виробництво. Правила виконання науково-дослідних робіт. Загальні положення; ДСТУ 3974 – 2000. Система розроблення та поставлення продукції на виробництво. Правила виконання дослідно-конструкторських робіт. Загальні положення.
Розглянемо зміст і призначення деяких перерахованих вище видів стандартів.
Стандарти технічних умов визначають якість продукції під час її виробництва і використання (експлуатації). Вони включають споживчі характеристики, правила прийому, методи перевірки якості, вимоги до маркірування, пакування, транспортування і зберігання. Поряд з іншими вимогами до якості стандарти технічних умов передбачають показники надійності машин та приладів, що забезпечують необхідну працездатність виробів та їх конкурентоспроможність і на зовнішньому ринку.
Стандарти параметрів (розмірів) містять параметричні ряди конструкцій, тобто вони побудовані за певною математичною закономірністю. Ряди основних показників продукції, що визначають її споживчі (експлуатаційні) властивості, є основою для проектування типорозмірів і моделей виробів. Прикладами стандартів параметрів можуть бути стандарти на ряди основних параметрів та розміри поршневих насосів, стандарти на ряд вантажопідйомності підйомно-транспортних машин тощо.
Стандарти типів та основних параметрів (розмірів) є розвитком стандартів параметрів. Вони містять не тільки параметричні ряди, а й додаткові характеристики продукції, наприклад, конструктивні схеми, компоновки та ін. Такий стандарт може використовуватися для проектування конкретних конструктивних рішень даної машини чи приладу. Прикладом може бути стандарт на центробіжні конденсатні насоси.
Стандарти організаційного типу мають за мету підвищити ефективність на окремих ділянках управління виробництвом шляхом впровадження передових прийомів та методів виконання робіт. До числа таких стандартів відносяться “Єдина система конструкторської документації”, “Єдина система технологічної підготовки виробництва”, стандарти наукової організації праці, стандарти статистичних методів контролю та інші.
У процесі проектування конструктор повинен широко застосовувати усі стандарти, що відносяться до виробу, який ним проектується. Особливо ефективне використання стандартних деталей, вузлів та агрегатів, що виготовляються на спеціалізованих заводах та отримуються від них в порядку кооперування.
Заводська стандартизація – стандартизація, що проводиться у вузьких рамках декількох заводів або тільки одного підприємства. Основне завдання заводської стандартизації полягає у створенні максимальної кількості геометрично подібних чи аналогічних елементів у виробах не тільки одного, а й різного призначення. Так, при розробці стандартів на закріпляючі гвинти, що відрізняються формою головки, приймають однаковий сортамент діаметрів різьб, довжини стрижнів та нарізки, розміри шліцьового пазу, а також допущених відхилень за цими елементами. В результаті встановлюється вузький сортамент профільного прокату, який використовується для виготовлення закріпляючих гвинтів; скорочується номенклатура необхідного ріжучого та вимірювального інструменту; створюються передумови для типізації технологічних процесів.
Характерним методом конструктивної стандартизації є конструктивна спадковість або уніфікація, під якою розуміється використання в конструкції нового виробу вузлів та деталей раніше освоєних машин. Таке запозичення, звичайно, може мати місце лише в тому випадку, коли освоєні вузли та деталі повністю відповідають вимогам нової конструкції. Завдяки конструктивній спадковості, що дозволяє використовувати освоєний технологічний процес та оснастку, завод отримує можливість суттєво скоротити строки технічної підготовки виробництва.
Якщо весь можливий ефект від забезпечення технологічності конструкції умовно прийняти за 100 %, то за рахунок здійснення заходів конструктивного, технологічного та експлуатаційного спрямувань можна отримати до 50-80 % цього ефекту залежно від виду виробів.
Кінцевий успіх роботи з підвищення технологічності на всіх стадіях проектування виробів залежить, у першу чергу, зазвичай, від конструкторів. Але не слід забувати, що це комплексне завдання, оскільки для його вирішення до конструкторських підрозділів повинні підключатися інші служби підприємства (відділи головного технолога, матеріально-технічного постачання, технічного контролю та інші). Безумовно, потрібно враховувати виробничі можливості підприємства (наявність необхідних матеріалів, обладнання, можливість залучення працівників відповідної кваліфікації).