Практики параллельной и коллаборативной инженерии: ailev — LiveJournal

FEATURES OF ENSURING THE MANUFACTURABILITY OF THE PRODUCT DESIGN FOR SERIES PRODUCTION IN THE CONDITIONS OF CONCURRENT ENGINEERING

Rastegaev E.

post-graduate student Rybinsk State Aviation Technological University named after P. A. Solovyov 53 Pushkina str., Rybinsk, Yaroslavl region, 152934

DOI: 10.24412/2701-8377-2021-4-1-67-69

ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ ДЛЯ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА В УСЛОВИЯХ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ИНЖЕНЕРНОЙ

РАЗРАБОТКИ

Растегаев Е.

Аспирант

Рыбинского государственного авиационного технологического университета имени П.А.Соловьева 152934, Ярославская область, г. Рыбинск, ул. Пушкина, д. 53

Abstract

The article describes the features of concurrent engineering. A method for calculating the generalized criterion for the manufacturability of the product design for series production is proposed. Аннотация

В статье изложены особенности параллельной инженерной разработки. Предложен метод расчета обобщенного критерия технологичности конструкции изделия для серийного производства.

Keywords: concurrent engineering; manufacturability; technology.

Ключевые слова: параллельная инженерная разработка; технологичность; технология.

В настоящее время известны три подхода к инженерной разработке: последовательный (традиционный), параллельно-последовательный и параллельный.

При последовательном подходе все этапы разработки конструкторской документации осуществляются по поочередно: техническое задание, эскизный проект, технический проект, разработка рабочей конструкторской документации. На каждом этапе работы конструкторская документация проходит технологический контроль. После утверждения по рабочей конструкторской документации осуществляется технологическая подготовка производства и изготавливается опытная партия деталей.

Другой подход – организация параллельно-последовательного выполнения работы. При таком подходе реализуется задача сокращения сроков выполнения работ за счет деления работ на более мелкие, с организацией процесса выполнения отдельных работ параллельно друг другу, не зависимо от уровня завершения работы в целом.

Третий подход: параллельная инженерная разработка. Это систематизированный организационно – технический подход, обеспечивающий интегрированное и, в значительной степени, одновременное проектирование, как самих изделий, так и процессов их производства. [1] При таком подходе происходит взаимное слияние процессов разработки конструкторской документации и технологической подготовки производства. Основоположником данного подхода можно считать советского конструктора В.Г. Грабина. [2] Несмотря на то, что

такая разработка имеет российские корни, в современном производстве она не находит должного применения. Данный метод основывается на совместной работе конструкторских и технологических служб, именно этому посвящена организационная часть подхода. Вместе с этим существует и другая часть данного подхода – техническая, которая состоит в инструментальном обеспечения процесса разработки документации и в разработке методов оценки критериев технологичности конструкции. Именно эта часть подхода в настоящее время недостаточно изучена.

Под понятием технологичности конструкции изделия мы понимаем совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для заданных показателей, качества, объема выпуска и условий выполнения работ. [3] Оценка технологичности конструкции изделия осуществляется по критериям технологичности, которые делятся на критерии производственной технологичности ( себестоимость изготовления, трудоемкость изготовления, металлоемкость, удельная трудоемкость, коэффициент унификации конструктивных элементов, коэффициент применяемости материала), а также критерии эксплуатационной и ремонтной технологичности (коэффициент сборности, трудоемкость монтажа, трудоемкость технического ремонта и обслуживания, стоимость технического ремонта и обслуживания, продолжительность технического ремонта и обслуживания). Кроме еди-

ничных критериев оценки технологичности существуют также комплексные критерии технологичности: среднеарифметические, с учетом коэффициента весомости, многопараметрические корреляционные модели учета многих факторов. [4]

Большое количество критериев, а также формул расчета комплексного критерия технологичности создает условия индивидуальности в оценке технологичности для разных предприятий, а значит и, в значительной мере, субъективности процесса. В роли основного критерия технологичности выступает себестоимость изготовления продукции. А это самый трудно прогнозируемый критерий оценки технологичности на этапе разработки рабочей конструкторской документации.

Исследования показывают, что процесс обеспечения технологичности конструкторской документации подчиняется общим закономерностям исследования операций. Основоположником исследований в области боевых операций была Англия в 40-х годах 20 века. [5] Сходство процессов состоит в том, что на момент принятия решения по технологичности деталей существует только общее представление о процессах, которые будут задействованы при изготовлении. Соответственно, на момент принятия решения возможно оперировать, в значительной мере, определенной вероятностью в части предвидения заданного качества по результатам изготовления деталей по предполагаемому маршруту ее изготовления.

В работе мы рассматриваем серийное производство. Каковы же его особенности? Для единичного производства широко используются методы подгонки, связанные с индивидуальными техническими решениями изготовления деталей. Такое производство характеризуется наличием большого количества высококвалифицированных рабочих, в отличие от массового производства. Серийное же производство находится где-то посередине – для него характерно присутствие определенной доли высококвалифицированных рабочих от списочного состава, способных выполнять индивидуальные, в какой-то мере нестандартные задания.

В современных высокотехнологичных конструкциях, например, авиа-двигателестроения, широко применяются тонкостенные конструкции, при изготовлении которых задействованы множество технологических процессов, таких как: штамповка листового материала, сварка, термообработка, то-карно-фрезерная обработка и другие. Основные проблемы качества изготовления деталей могут возникать на стыке этих процессов. Например, для качественной сварки требуется обеспечение зазоров в стыке и совмещения кромок, которые трудно выполнимы для тонкостенных деталей. Механическая обработка стыков кромок под сварку тесно связана формой заготовок, которая имеет ограничения по точности метода производства (например: штамповка листового материала). В случае выявления отклонений качества сварки требуется разделка сварного шва с выполнением заварки дефектных мест, что в свою очередь, из-за неравномерности нагрева, влечет за собой появление недопустимых

отклонений по форме детали. Для исправления формы таких деталей требуются индивидуальные методы, связанные с термической и механической обработкой. Тем не менее, наличие небольшой доли таких исправлений является допустимыми для серийного производства сложных конструкций согласно сравнительного расчета себестоимости по сравнению с другими методами изготовления деталей. То есть для оценки технологичности в этом случае мы должны оценивать такой параметр производства, как стабильность технологического процесса, а это связано с индивидуальными особенностями организации каждого конкретного производства. Таким образом, именно учет на этапе проектирования конструкторской документации стабильности освоенных технологических решений производства, на котором планируется изготавливать деталь, обеспечивает проектирование по принципам параллельной инженерной разработки.

По аналогии с дисциплиной исследования операций, обеспечение технологичности можно разложить на последовательность выполнения следующих этапов: выбор детали-аналога, составление перечня возможных технологических способов изготовления детали, описание процессов и маршрутов изготовления деталей, выявление противоречий между технологией и требованиями конструкторской документации, выбор критерия эффективности принятия решения, поиск эффективного решения по выбранному критерию, анализ результатов и принятие решения. В этом случае, для сравнения двух технических решений а’и а на этапе проектирования конструкторской документации должны быть рассмотрены и определены такие параметры, как Рг – ожидаемой полезность технического решения и ^ – вероятностью обеспечения ожидаемой полезности. В этом случае процесс принятия решения может быть описан формулой:

т п

а = £ (Р/ * и’) – £ (р; * У”), (1)

1 1

где Р/ и и’ – ожидаемая полезность и вероятность обеспечения ожидаемой полезности применения технического решения а’; Рг и – ожидаемая полезность и вероятность обеспечения ожидаемой полезности применения технического решения а .

При (а>0) – предпочтительнее является выбор стратегии а’; при (а<0) – предпочтительнее является выбор стратегии а . При сравнении большего количества стратегий следует принимать ту стратегию, для которой сумма произведений ожидаемой полезности и вероятности обеспечения ожидаемой полезности будет больше.

Для количественной оценки технологичности такого производства автором статьи предлагается выполнять расчет обобщенного коэффициента технологичности по формуле:

г

Кт=Сн(1 а1 а2 … а„) , (2)

Сб

где Сн и Сб- себестоимость изготовления вновь проектируемой и базовой детали соответственно,

руб.; ах, а2, а„ – поправочные коэффициенты, зависящие от индивидуальных особенностей производства.

При Кт < 1, то технологичность вновь разработанной конструкции детали на существующем производстве выше технологичности базовой детали, результат такого совершенствования будет положительный. При Кт > 1, технологичность вновь разработанной конструкции детали на существующем производстве ниже технологичности базовой детали. В этом случае необходимо вернуться к пересмотру конструкции детали.

Рассмотрим производство корпусных деталей газотурбинных двигателей. Для учета поправочных коэффициентов для серийного производства автором статьи предлагается оценивать влияние следующих параметров: времени, затрачиваемого на индивидуальные технические решения, циклы изготовления деталей и затраты, связанные с первичным оснащением производства. В этом случае формула расчета обобщенного критерия технологичности примет вид:

Кт = Сб(1 к1.(5Ь)Кз к2.а Кз.^Зп) (3)

где Сн- себестоимость изготовления вновь проектируемой детали; Сб — себестоимость изготовления базовой детали; ДТИ — Разница времени усредненной индивидуальной доработки вновь проектируемой и базовой детали; Тб- Трудоемкость изготовления базовой детали; ДЦ — Разница в циклах изготовления вновь проектируемой и базовой детали; Цб —

цикл изготовления базовой детали; ДЗп- Разница планируемых затрат на первичное оснащение вновь проектируемой детали и базовой детали; Зп-

Затраты на первичное оснащение базовой детали; Кх, К2, К3, К4- коэффициенты, зависящие от индивидуальных особенностей производств, на которых планируется изготовление деталей.

Таким образом, подход к оценке технологичности конструкции детали с учетом оценки вероятности обеспечения стабильности технологичности процессов для серийного производства позволяет выбирать наиболее оптимальную конструкцию детали, адаптированную под условия реального производства с его индивидуальными особенностями, что характерно для параллельной инженерной разработке.

References

1. V.F. Bezhyazichniy, E.V. Rastegaev. About the development of theoretical provisions during organization of manufacture of parallel engineering of gas turbine engines //Scientific-Technical Journal «Polyot» («Flight»). 2021, №4.

2. Grabin V.G.Oruzhie of victory. Moscow: Politizdat, 1989. 133c. [Publication in Russian (Ukrainian)]

3. GOST 14.205-83 Technological efficiency of products design. Terms and definitions.

4. Processibility of a product design: Spravoch-nik/J.D. Amirov, T.K. Alfyorova, P.N. Voldacov; Hearth generalized edition J.D. Amirov. – 2 edition -M.:Machinostroenie, 1990. 786с. [Publication in Russian (Ukrainian)]

5. Hamdy A.Taha Operations research: an introduction, seventh edition, university of Arkansas, Fayetteville – Pearson Edication, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458.