ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

Оценку технологичности конструкции проводят при сравнении вариантов конструкции в процессе проектирования изделия, а также для определения уровня технологичности спроектированного (или готового) изделия.

Оценка технологичности может быть качественной и количественной. Качественную оценку (лучше – хуже) используют при сравнении вариантов конструкции в процессе проектирования изделия в тех случаях, когда не требуется оценивать степень различия технологичности сравниваемых вариантов. На основании качественной оценки устанавливают целесообразность проведения количественной оценки технологичности, т.е. нахождения численных показателей технологичности для сравниваемых вариантов.

Разработка методики такой оценки технологичности представляет значительные трудности, особенно при выборе качественных и количественных показателей технологичности, а также способа определения этих показателей.

Качественные показатели технологичности конструкции. При оценке технологичности конструкции с помощью качественных показателей анализируют все стадии (фазы) технологического процесса. В частности, оценивают технологичность деталей конструкции с точки зрения применимости производительных и экономичных методов получения заготовок. Эти методы должны в первую очередь обеспечивать высокий коэффициент использования металла, высокую производительность при небольших затратах на технологическое оснащение. Например, формообразование цилиндрических деталей с большим удлинением с помощью ротационной вытяжки предпочтительнее многопереходной вытяжки.

Геометрия стенки технологичной детали должна соответствовать оптимальным параметрам массопереноса в процессе формообразования. Одновременно должно соблюдаться условие удобства извлечения готовой заготовки из технологической оснастки.

Чтобы конструкция детали была технологичной при выполнении размерной обработки, она должна обладать следующими свойствами:

· протяженность поверхностей, требующих высокой точности обработки и имеющих низкую шероховатость, должна быть минимальной; желательно, чтобы нерабочие поверхности вообще не требовали обработки;

· при установке детали в приспособления технологические базы должны быть развитыми и удобными;

· для большей производительности деталь должна иметь высокую жесткость, обеспечивая требуемую точность;

· геометрия поверхностей деталей должна быть по возможности простой, что обеспечивает стабильность формы и размеров обработанной поверхности партии деталей;

· размеры поверхностей деталей должны соответствовать рекомендованному стандартом размерному ряду;

· конструкция детали должна быть такой, чтобы обеспечивалось удобство подвода инструмента в процессе обработки и его вывода после окончания обработки;

· желательно, чтобы имелась возможность одновременной обработки нескольких деталей;

· схема взаимной координации поверхностей деталей должна обеспечивать совмещение технологических и измерительных баз.

При выполнении сборочных процессов, чтобы конструкция сборочной единицы была технологичной, она должна обладать следующими свойствами:

· число комплектующих элементов должно быть минимальным;

· сборка должна осуществляться по принципу полной взаимозаменяемости и исключения необходимости их пригонки в процессе сборки и доработки сборочной единицы после сборки;

· сборочные базы для соединения деталей между собой должны быть совмещены;

· комплектующие сборочной единицы должны иметь высокую жесткость, что позволит упростить приспособления для базирования;

· конструкция сборочной единицы должна обеспечить удобство подвода инструмента в процессе сборки;

· расположение элементов и соединений конструкции в сборочной единице должно обеспечить минимальные деформации изделия;

· целесообразно обеспечить высокий уровень панелирования сборочной единицы, что позволит расширить фронт параллельных работ, применить прогрессивные методы создания соединений (например, прессовую клепку), облегчить сборку единицы из панелей (может быть, без применения приспособлений);

· сборка должна быть максимально механизированной и автоматизированной;

· число унифицированных, стандартизованных и используемых в предыдущих изделиях элементов конструкции должно быть максимальным;

· конструкция сборочной единицы должна быть такой, чтобы обеспечивать удобство контроля и испытания.

Ряд методов и приемов, которые могут быть использованы для качественной оценки технологичности конструкций приведены в таблице 7.2.

Количественные показатели технологичности конструкции. Количественная оценка технологичности позволяет более точно определить соотношение сравниваемых вариантов конструкций или оценить технологичность проектируемой конструкции.

Цикл производства, трудоемкость и себестоимость отражают только особенности производства разработанного изделия на конкретном предприятии. В большинстве случаев технологичность оценивают, сравнивая характеристики вновь разработанного изделия с характеристиками изделия-аналога. За изделие-аналог принимают уже изготовленное изделие аналогичного назначения и подобной структуры с близкими техническими характеристиками, в конструкции которого применены наиболее прогрессивные технические решения.

Таблица 7.2. Методы и приемы, используемые при отработке конструкции изделия на технологичность

Таблица 7.2. (Окончание)

Для оценки показателей уровня технологичности принимают формулу вида

,

где – уровень технологичности по i-му показателю; – достигнутое в процессе разработки изделия значение i-го показателя технологичности в изделии-аналоге.

В знаменателе этой формулы приводят технико-экономические показатели лучшего отечественного или зарубежного образца, близкого по эксплуатационным характеристикам к проектируемому образцу и принятого за базовый.

Наиболее всеобъемлющим и во всех случаях сравнимым показателем технологичности является стоимость изготовления изделий. Действительно, стоимость изготовления отражает трудоемкость по всему комплексу производственного процесса, а также расходы на основные и вспомогательные материалы, на испытательные и отладочные работы и пр

В результате получают типовой состав показателей технологичности проектируемой конструкции:

· уровень технологичности конструкции по трудоемкости изготовления

· уровень технологичности конструкции по себестоимости

· уровень технологичности конструкции по материалоемкости

;

· коэффициенты унификации и стандартизации изделия

;

· коэффициент преемственности элементов конструкции

.

Здесь , , – трудоемкость, себестоимость и материалоемкость вновь создаваемого изделия; , , – трудоемкость, себестоимость и материалоемкость базового образца конструкции; , , – количество унифицированных, стандартизованных и используемых из предыдущих изделий элементов конструкции; – общее число элементов конструкции.

При отработке новой конструкции на технологичность стремятся снизить коэффициенты , , и повысить , , .

В случае отсутствия подходящего изделия-аналога определяют показатели для составных частей изделия.

Если в основу конструкции изделия заложены новые материалы и оригинальные технологические процессы, то базовые значения показателей технологичности определяют по результатам научно-исследовательской работы, предшествовавшей разработке конструкции.

При анализе технологичности различных вариантов конструкции могут быть использованы два следующих метода.

В первом случае в качестве критерия оптимизации используют один, наиболее важный для этих условий, показатель технологичности. Для остальных показателей устанавливают ограничения. Предпочтения отдают варианту с наилучшим значением основного критерия при условии, что остальные показатели не выходят за установленные пределы.

Во втором случае для оценки технологичности используют комплексный показатель , учитывающий ряд частных показателей технологичности , который может быть представлен в аддитивной форме:

или в мультипликативной форме:

Здесь , …, – коэффициенты влияния (значимости) частных показателей технологичности.

Значения коэффициентов удельного влияния определяют либо экспертно, либо на основе статистики.

Количественные показатели технологичности конструкции. Количественная оценка технологичности позволяет более точно определить соотношение сравниваемых вариантов конструкций или оценить технологичность проектируемой конструкции.

Номенклатура выбранных показателей для количественной оценки ТКИ должна быть минимальной, но достаточной, чтобы полно и всесторонне охарактеризовать ТКИ объекта оценки.

Применительно к конкретному виду изделия выбранные показатели ориентированы на такие признаки изделия, которые оказывают наиболее существенное влияние на ТКИ в условиях заданного типа производства. Кроме того, эти показатели учитывают современный уровень, тенденции, научный и инженерный прогноз развития техники и технологии в данной и смежной отраслях, а также должны быть объективными и отражать потребности народного хозяйства. И наконец, эти показатели желательно разнообразить по структуре и области проявления: основные и дополнительные, абсолютные и относительные (удельные), общие и частные, технические, технико-экономические, патентно-правовые, метрологические, отражающие утилизируемость изделия после завершения периода эксплуатации и др.

Цикл производства, трудоемкость и себестоимость отражают только особенности производства разработанного изделия на конкретном предприятии. В большинстве случаев технологичность оценивают, сравнивая характеристики вновь разработанного изделия с характеристиками изделия-аналога. За изделие-аналог принимают уже изготовленное изделие аналогичного назначения и подобной структуры с близкими техническими характеристиками, в конструкции которого применены наиболее прогрессивные технические решения.

Для оценки показателей уровня технологичности принимают формулу вида

,

где – уровень технологичности по i-му показателю; – достигнутое в процессе разработки изделия значение i-го показателя технологичности в изделии-аналоге.

В знаменателе этой формулы приводят технико-экономические показатели лучшего отечественного или зарубежного образца, близкого по эксплуатационным характеристикам к проектируемому образцу и принятого за базовый.

В результате получают типовой состав показателей технологичности проектируемой конструкции:

· уровень технологичности конструкции по трудоемкости изготовления

· уровень технологичности конструкции по себестоимости

· уровень технологичности конструкции по материалоемкости

;

· коэффициенты унификации и стандартизации изделия

;

· коэффициент преемственности элементов конструкции

.

Здесь , , – трудоемкость, себестоимость и материалоемкость вновь создаваемого изделия; , , – трудоемкость, себестоимость и материалоемкость базового образца конструкции; , , – количество унифицированных, стандартизованных и используемых из предыдущих изделий элементов конструкции; – общее число элементов конструкции.

При отработке новой конструкции на технологичность стремятся снизить коэффициенты , , и повысить , , .

В случае отсутствия подходящего изделия-аналога определяют показатели для составных частей изделия.

Если в основу конструкции изделия заложены новые материалы и оригинальные технологические процессы, то базовые значения показателей технологичности определяют по результатам научно-исследовательской работы, предшествовавшей разработке конструкции.

При анализе технологичности различных вариантов конструкции могут быть использованы два следующих метода.

В первом случае в качестве критерия оптимизации используют один, наиболее важный для этих условий, показатель технологичности. Для остальных показателей устанавливают ограничения. Предпочтения отдают варианту с наилучшим значением основного критерия при условии, что остальные показатели не выходят за установленные пределы.

Во втором случае для оценки технологичности используют комплексный показатель , учитывающий ряд частных показателей технологичности , который может быть представлен в аддитивной форме:

или в мультипликативной форме:

Здесь , …, – коэффициенты влияния (значимости) частных показателей технологичности.

Значения коэффициентов удельного влияния определяют либо экспертно, либо на основе статистики.

где К_i – частный показатель при i = 1…n; К_iэ – коэффициент экономической эквивалентности i-го частного показателя

Из-за затруднений с расчетом К_iэ не рекомендуется широко применять комплексные показатели ТКИ.

Технологичной будет считаться такая конструкция, у которой более чем половина отдельных частных параметров, занимающих в балансовой таблице начальные номера ранжированного ряда параметров оценки ТКИ, соответствует требованиям технологичности.

Уровень достигнутой ТКИ может быть оценен относительно базового значения по любому показателю К_у.ТКИ = К/К_Б.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 14.004-83 ЕСТПП. Технологическая подготовка производства. Термины и определения основных понятий.

2. ГОСТ 14.205-83 (СТ СЭВ 2063-79) ЕСТПП. Технологичность конструкции изделий. Термины и определения.

3. Технологичность конструкций: Справочное пособие / Под ред. С.Л. Ананьева и В.П. Купровича. – М.: Машиностроение, 1969. – 423 с.

4. Калинчев В.А. Анализ технологичности конструкций изделий и методы ее оценки. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. – М.: Изд-во МВТУ, 1987 г,

5. Тарасов В.А., Кашуба Л.А. Теоретические основы технологии ракетостроения: Учеб. пособие / Под ред. В.А. Тарасова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 352 с., ил.

Рис. 7.1. Виды технологичности, виды ее оценки и главные факторы, определяющие требования к ТКИ

[1] Согласно ГОСТ 14.004-83, технологическая подготовка производства – это совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологическую готовность предприятий или предприятий к выпуску изделий заданного уровня качества при установленных сроках, объеме выпуска и затратах