Использование типового проектирования на базе стандартизации и унификации элементов конструкций и технологий.

Одной из основных мер повышения эффективности конструкций новых изделий является применение типовых проектных решений (ТПР). Разработка типовых проектных решений базируется на унификации и стандартизации.

Унификация представляет собой комплекс мероприятий, которые позволяют устранить необоснованное многообразие типов и конструкций изделий, форм и размеров входящих в них деталей, профилей и марок используемых материалов. Унификация способствует созданию новых изделий на основе их компоновки из ограниченного числа унифицированных элементов.

Стандартизация состоит в установлении и применении определенных правил (стандартов) для упорядочения конструкторской деятельности. Классификацию стандартов см. на Рис. 16.

Стандарты обязательны для соблюдения всеми организациями, на которые они распространяются.

Важную роль для повышения качества изделий и эффективности производства играют стандарты предприятий на детали, сборочные единицы, технологические процессы. Они являются составной частью государственной системы стандартизации и должны разрабатываться в полном соответствии с другими видами стандартов. Это способствует развитию комплексной стандартизации, что положительно сказывается на укреплении производственных связей с предприятиями - поставщиками сырья, материалов, комплектующих. На предприятиях есть специальные службы в составе отдела главного конструктора, которые разрабатывают стандарты на вновь появившиеся детали и поддерживают в рабочем состоянии техническую документацию по унифицированным деталям. В НИИ и КБ есть исследовательские лаборатории по стандартизации и унификации.

Конструктор в своей работе обязан использовать альбомы государственных, отраслевых стандартов и стандартов предприятия, в котором он работает. С этой целью в соответствии с ГОСТ 2.111-68 введен нормоконтроль, которому подлежит конструкторская документация.

Степень унификации нового изделия оценивается по следующим направлениям:

1) уровень унификации элементов изделий по деталям, сборочным единицам, комплектующим элементам.

2) уровень унификации по видам заготовок

3) уровень унификации по конструкционным элементам (фаски, пазы, резьбы и т.д.)

4) уровень унификации по видам и типоразмерам материалов.

Для каждого направления производится расчет показателей унификации:

n для 1 и 2 направлений

а) коэффициент унификации элементов изделий определяется по формуле:

Ку = Ну/Но

где Ну, Но - количество элементов изделия унифицированных и всех элементов изделия

б) коэффициент стандартизации:

Кс = Нс/Но

где Нс - количество стандартизованных элементов изделия

в) коэффициент преемственности:

Кпр = Нз/Но

где Нз и Но - количество заимствованных и всех элементов изделия.

n для 3 направления

а) коэффициент унификации конструкционных элементов

Кнэ = Нкэ/Нск

где Нкэ - число унифицированных конструкционных элементов данного вида во всех оригинальных деталях

Нок - общее число применяемых конструкционных элементов данного вида во всех оригинальных деталях.

n для 4 направления

а) Коэффициент унификации марок и профилей применяемых материалов (для каждого вида материала - стали, чугуна, пластмассы)

Кум = Нум/Нд

где Нум - число применяемых марок и профилей материалов

Нд - число наименований оригинальных, унифицированных, стандартных и заимствованных деталей, кроме покупных.

Сокращение сроков и трудоемкости ТПП обеспечивается не только унификацией и стандартизацией элементов конструкций новых изделий, но и унификацией разрабатываемых при ТПП технологических процессов и их оснащения.

С этой целью проводятся следующие организационно-технические мероприятия:

1) типизация технологических операций и процессов

2) унификация технологической документации

3) стандартизация оборудования

4) унификация и стандартизация оснастки.

Типизация техпроцессов заключается в разработке типовых технологических процессов и операций для деталей с общими конструкционными признаками. Применение типовых техпроцессов позволяет более широко использовать поточные линии в механических цехах, применение которых позволяет повысить производительность труда до 40%.

Унификация технологической документации приводит к сокращению общего количества документов, облегчает труд технологов при ТПП и внесении изменений в действующие техпроцессы. К числу основных унифицированных документов, используемых при разработке техпроцессов относятся операционные технологические карты и операционные карты групповой обработки. В настоящее время типовые техпроцессы на приборостроительных предприятиях составляют примерно 20%.

Применение принципа стандартизации оборудования позволяет свести процесс проектирования специального оборудования к подбору компоновок оборудования из отдельных унифицированных и стандартных узлов.

Унификация и стандартизация технологической оснастки позволяет использовать ее при смене объекта производства. Она значительно сокращает затраты времени и средств на проектирование оснастки.

Наибольшее распространение на авиационных предприятиях получили следующие системы унифицированной оснастки:

1) сборно-разборные приспособления (СРП)

2) универсально-сборные приспособления (УСП)

3) универсальная переналаживаемая технологическая оснастка (УПТО).

Для СРП разработаны стандарты на элементы корпусов приспособлений, определено минимальное число типоразмеров элементов, которое необходимо для создания любого станочного приспособления. Система предусматривает разборку приспособлений и повторное использование стандартизованных элементов только после снятия изделия с производства.

УСП, например, представляют собой большое число стандартизированных элементов, из которых компонуются различные приспособления для сверлильных, токарных, фрезерных и шлифовальных операций. После обработки определенной партии деталей они разбираются и их элементы используются для повторных компоновок.

Затраты времени, связанные с подготовкой УСП составляют всего 5% от времени изготовления специальной оснастки.

Универсальная переналаживаемая технологическая оснастка (УПТО) состоит из базовых приспособлений и дополнительных сменных наладок. Они позволяют обрабатывать различные по форме детали путем последовательной переналадки, заключающейся в основном в замене сменных наладок. Базовые приспособления стандартизованы, а сменные элементы изготавливаются на предприятии.

Применение УПТО должно увязываться с классификацией деталей и с внедрением типовых технологических процессов.

Использование унификации и стандартизации при разработке конструкций изделий, техпроцессов их изготовления и технологического оснащения позволяет:

1. Снизить себестоимость самих изделий.

2. Повысить качество, уменьшить трудоемкость и сроки технической подготовки производства.

3. Улучшить условия их эксплуатации

Автоматизация проектирования элементов конструкций и технологий на базе системы автоматизированного проектирования (САПР) и производства нового изделия на основе гибких производственных систем (ГПС).

Одним из действенных средств улучшения качества НТПП и сокращения времени ее выполнения служит система автоматизированного проектирования. Необходимость ее использования определяется тем, что свыше 50% своего времени проектировщики тратят на рутинную работу. Рутинная работа - это несложная, но объемная работа, связанная с поиском справочных данных, проведением весовых, прочностных и других расчетов, оформлением копий чертежей. Она не является творческой и ее с успехом могут выполнять компьютеры и другие технические средства. В современных условиях использование компьютеров и других технических средств автоматизации труда проектировщиков осуществляется системно, с этой целью и создаются САПР.

Различают САПР-конструктора (САПР-к) и САПР-технолога (САПР-т) в зависимости от того, какие процессы проектирования автоматизирует САПР: разработку конструкции или технологии.

САПР строится на основе комплекса компьютеров, организованных в виде вычислительной сети, в состав которой также входят:

n диджитайзеры - специальные графические планшеты для ввода информации с чертежей и карт;

n плоттеры (графопостроители), которые используются для вывода чертежей, графиков и других изображений.

Персональные компьютеры, обеспечивающие двухстороннюю связь проектировщика с САПР и указанные выше устройства располагаются на рабочих местах конструкторов и образуют так называемые автоматизированные рабочие места (АРМы) проектировщиков.

Информационная основа САПР - банк данных. Базы данных банка, содержат упорядоченные сведения справочного характера, необходимые для проектирования (в том числе ОСТы, ГОСТы, а также типовые проектные решения и элементы ранее созданных конструкций и технологий). Эту информацию можно использовать как базовую при проектировании.

В составе САПР выделяют:

1. Проектирующие подсистемы.

2. Обслуживающие подсистемы.

Проектирующие подсистемы могут быть как проблемно-ориентированными (например, подсистемы общих видов, подсистемы разработки электросхем и т.д.) или же универсальные (подсистемы прогностных расчетов, весовых, тепловых расчетов).

Обслуживающие подсистемы призваны поддерживать работоспособность проектирующих подсистем. Это подсистемы информационного поиска, подсистемы документирования и т.д.

Использование САПР позволяет:

1. Оптимизировать проектирование на основе многовариантного проектирования и использования моделей.

2. Повысить долю творческого труда проектировщиков за счет автоматизации (передачи ЭВМ) нетворческих работ.

3. Создает условия для унификации и стандартизации проектирования.

4. Автоматизировать и значительно ускорить процессы поиска, обработки и выдачи информации.

5. Повысить качество оформления проектной документации.

6. Сократить сроки проектирования.

Во всем мире (имеются в виду промышленные страны) использованию САПР придают большое значение. Так как их использование позволяет значительно убыстрить темпы НТП.

Так, по данным зарубежной печати, использование САПР даже для больших объектов позволяет сократить сроки проектирования в 2 раза.

За рубежом эти системы достаточно широко используются уже с 70-х годов. Так, самолет «Боинг-747» уже в 1975 году был на 90% сконструирован на базе САПР.

В настоящее время в авиационно-космической промышленности нашей страны широко используется САПР с программным обеспечением Unigrafic, разработанным американской корпорацией Electric Data System (EDS). Этот программный комплекс принят в качестве базового. Внедрено уже более 200 АРМов, в том числе в КБ Сухого более двадцати, в КБ Яковлева - 14, КБ Бериева - 17, Иркутском АПО - 36, Нижнегородском авиационном заводе -24, Казанском вертолетном заводе -16 и т.д.

Другим действенным средством улучшения качества НТПП и сокращения времени ее выполнения служат ГПС.

Гибкие производственные системы (ГПС), по зарубежной терминологии Flexibility manufacturing System (FMS) предназначаются для комплексной автоматизации производственных процессов. Они позволяют автоматизировать не только основной производственный процесс, но и обслуживающие процессы.

ГПС дают рост производительности труда, по зарубежным источникам, в 8-10-14 раз.

Что такое ГПС? ГПС прежде всего характеризуется безлюдной технологией. Обеспечивается это использованием программно-управляемого оборудования, в том числе:

n станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, которые без участия человека под воздействием управляющих программ выполняют производственные операции.

n роботов, автоматически осуществляющих съем и установку деталей со станков и на станки

n автоматических складских транспортных систем и систем комплектации, также работающих без участия человека.

Все эти компоненты находятся под управлением компьютера, который координирует их действия. Пример компоновки ГПС приведен на рис. 12.

В ГПС процесс обработки деталей разделяется на процесс, выполняемый в станочной зоне и внестаночной зоне. В станочной зоне осуществляется собственно обработка деталей. Здесь функции рабочего - станочника берут на себя станки с ЧПУ, промышленные роботы. Человек лишь выполняет функции контроля и обслуживания. Внестаночная зона предназначена для подготовки деталей к обработке на станках. (крепление в приспособления, настройка, комплектация режущего инструмента).

Важнейшая особенность ГПС - гибкость, т.е. способность к быстрой перенастройке на выпуск новых изделий. Это особенно важно для мелкосерийного и опытного производства, доля которого в промышленно развитых странах под воздействием НТП достигла 75-80%. Так как ГПС функционируют на основе программного управления, то при смене объектов производства программы работы его компонент (станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, роботов, транспортных и складских систем) могут быть быстро заменены той системой управления, которая объединяет его компоненты.

Эти свойства ГПС (безлюдность технологии и гибкость) обеспечили им быстрое признание, какого не знало ни одно из направлений развития промышленного производства. Первые ГПС появились в 1968 году, но уже к 1972-75 годам все промышленно-развитые страны (а особенно США и Япония) уже имели программы по созданию ГПС. Так, национальная программа Японии 1975 г. объединяла 10 передовых фирм и на нее было субсидировано 60 млн. долларов.

ГПС во всем мире осознаются как новый вид производительных сил, способных в значительной мере изменить социальный облик общества, а также как новый стратегический фактор в экономической и военной конкуренции между странами.

Ведущие специалисты США в области автоматизации считают, что ГПС - это глобальная концепция современного производства. По их оценке от 40% до 50% производства в развитых странах к 1990 г. (оценка была сделана в 70-е годы) будет осуществляться с использованием ГПС.

ГПС могут быть в различных масштабах.

У нас в стране согласно ГОСТ 21228-84 принята следующая классификация ГПС:

n по оргструктуре

1 уровень - гибкий производственный модуль (станок с ЧПУ+робот)

2 уровень - гибкая производственная линия (участок)

3 уровень - гибкий производственный цех

4 уровень - гибкий производственный завод

n по степени автоматизации

1 уровень - гибкий производственный комплекс (ГПК)

2 уровень - гибкое автоматическое производство, которое включает ряд гибких производственных комплексов, а также обслуживающие его подсистемы (системы) АСНИ, САПР, АСТПП, АСУП, САК и т.д.

ГАП в таком представлении нигде в мире пока еще не реализован и основные работы ведутся на уровне автоматизации ГПК. Это объясняется рядом объективных трудностей, существующих в решении ряда вопросов автоматизации некоторых функций, выполняемых традиционно человеком.

ГПК - гибкая производственная система, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных АСУ и автоматизированной транспортно-складской системой. Она должна автономно функционировать и иметь возможность встраиваться в систему более высокой ступени автоматизации.

В настоящее время подобные производства получили широкое развитие.

Так, по данным НИАТ (1983 г.) уже в 1981 году за рубежом функционировало около 100 комплексно автоматизированных цехов и заводов-автоматов, в США -25, Японии - 26, ФРГ -8, Италии -3, Франции -3, Швеции -2, ГДР -4, ЧССР -3.

Как показывает опыт применения ГПС, область их рационального использования ограничивается следующими условиями: - см. рис. 13.

Рис.13 Области рационального использования ГПС

Использование ГПС дает:

1. Для ГПС требуется меньше

· оборудования в 8 раз

· рабочих в 5 раз

2. Увеличивается пропускная способность в 6 раз, прибыль в 3 раза. В 4 раза уменьшается продолжительность производственного цикла.

Очень принципиальной является необходимость объединения ГПС с САПР, которое обеспечивает эффективность ГПС в мелкосерийном и опытном производстве. В этом случае САПР наряду с выдачей проектной документации должна выдавать программы для станков с ЧПУ и роботов, транспортных и складских систем.

Так, например, при выпуске 100 тыс. Деталей в год с 2-3 разовой повторяемостью понадобится разработать 30-50 тыс. управляющих. программ для станков с ЧПУ и роботов. Получить такой объем управляющей информации можно, естественно, только с помощью компьютеров в недрах САПР.

Важно также объединять ГПС с АСУП. Таким образом ГПС в мелкосерийном и опытном производстве должны работать в составе комплексной, интегрированной производственной системы АСУП-САПР-ГПС. При этом АСУП и САПР являются как бы внешними по отношению к ГПС, обеспечивающими ее необходимой информацией.

Объединение АСУ различных назначений САПР-АСУП-ГПС обеспечивает эффект на порядок больший, чем разрозненное использование этих систем.

Известно, что в машиностроении изделия находятся в непосредственной обработке 5-10% общего времени его изготовления, остальные 95-90% тратятся на различного рода согласования, подготовку технологических процессов и ожидание запуска. Исключение времени на стыках и является главной составляющей эффекта интеграции этих систем. Мировой опыт эксплуатации таких систем подтверждает это.