Жизненный цикл и технологическая подготовка производства изделий машиностроения

Изделием в машиностроении называют предмет производства, подлежащий изготовлению на предприятии.

ЖЦИ — совокупность взаимосвязанных процессов создания и последовательного изменения состояния изделия от формирования исходных требований к нему до окончания его эксплуатации пли потребления. Каждый из указанных процессов связывают с определенным этапом ЖЦИ (рис. 4.l).

На этапе маркетинга анализируют состояние рынка соответствующей машиностроительной продукции. Устанавливают наличие текущей или перспективной потребности в изделиях данного функционального назначения. Определяют основные требования потребителей к этим изделиям. Устанавливают состав и значения основных показателей эксплуатационного качества (мощность, производительность, КПД, показатели надежности и т.д.). Разрабатывают общее описание конкурентоспособного изделия. В нем указывают условия эксплуатации и показатели эксплуатационного качества изделия, потребительские предпочтения в отношении эргономических, эстетических и других характеристик продукции, требования к условиям поставки. Ориентировочно определяют предполагаемый объем выпуска изделия (емкость рынка).

На основе требований, содержащихся в описании конкурентоспособного изделия, оформляют техническое задание на его конструирование и разрабатывают конструкцию изделия. При этом возможно создание различных вариантов конструкций, проведение необходимых расчетов, изготовление и исследование (отработка) опытных образцов изделия.

Все данные, необходимые и достаточные для изготовления, контроля, приемки, поставки, эксплуатации и ремонта разрабатываемого изделия указывают в рабочей конструкторской документации (ГОСТ 2.103—-68 «Единая система конструкторской документации. Стадии разработки»). Порядок разработки, оформления и обращения конструкторской документации установлен комплексом государственных стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

На этапе материально-технического обеспечения определяют перспективные потребности производства в различных ресурсах. Под производственными ресурсами понимают совокупность средств производства, а также трудовые, природные, финансовые, материальные, энергетические и информационные ресурсы, вовлеченные процесс производства. Приобретают необходимые ресурсы для организации планирующегося выпуска разработанного изделия.

Под ТПП понимают совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства (ГОСТ 14.004—83 «Технологическая подготовка производства. Термины и определения основных понятий»). Последняя определяется наличием на предприятии полных комплектов рабочей, конструкторской, технологической документации и средств технологического оснащения, необходимых для обеспечения заданного объема выпуска продукции с установленными технико-экономическими показателями.

Организацию и управление ТПП регламентируют государственные стандарты Единой системы технологической подготовки производства(ЕСТПП).

Под производством понимают организацию и осуществление изготовления продукции. Производство товарной (предназначенной для реализации на рынке) продукции называют основным. Производство принято разделять по типу (единичное, серийное и массовое), виду (литейное, сварочное, механосборочное и т.д.), уровню автоматизации (неавтоматизированное, автоматизированное и автоматическое), базовому принципу организации (непрерывно-поточное, переменно-поточное и непоточное). Высшую форму развития производства на основе сочетания информационных технологий и технологий материального производства называют компьютеризированным интегрированным производством (Computer integrated manufacturing — CIM).

Каждый из послепроизводственных этапов ЖЦИ имеет конкретную цель, для достижения которой создают необходимые условия и выделяют необходимые ресурсы.

Общей целью для всех этапов ЖЦИ является обеспечение высокого качества изделия при его производстве и эксплуатации. Этого добиваются путем выполнения на каждом этапе комплекса соответствующих мероприятий, поэтому в технической литературе структуру ЖЦИ, изображенную на рис. 4.1, иногда называют «петля качества».

Изготовитель (поставщик) и потребитель (заказчик) являются участниками единого ЖЦИ. Для обеспечения высокого качества изделия и достижения своих целей они должны тесно сотрудничать и постоянно взаимодействовать друг с другом.

Важнейшими этапами ЖЦИ, на которых в значительной мере формируется качество изделия, являются этапы ТПП и производства, которые принято объединять в производственно-технологический цикл (ПТЦ). Выполнение ПТЦ (рис. 4.1) связано с принятием и реализацией технологических решений.

Рисунок 4.1

Технологическимназывают любое решение, принимаемое и реализующееся в ПТЦ, относящееся непосредственно к определению или изменению состояния предмета производства и направленное на обеспечение выпуска продукции. Технологические решения служат основой для разработки конструкторско-тсхнологических мероприятий и соответствующей документации при ТПП, направляемых для исполнения и внедрения в производство.

Основными функциями ТПП на уровне предприятия являются:

• обеспечение технологичности конструкций изделий;

• выбор и подготовка заготовок;

• разработка ТП;

• проектирование средств технологического оснащения;

• контроль и управление ТП.

Входную информацию для системы ТПП образуют: рабочая инструкторская документация на изделие и директивную заготовку (заготовку детали, поступившую к изготовителю изделия с другого предприятия, например, специализирующегося только на выпуске заготовок), объем выпуска изделия, информационное, обеспечение.

Рабочая конструкторская документация на изделие включает в : себя сборочные чертежи изделия и его сборочных единиц, спецификации, ведомость спецификаций, ведомость покупных изделий, чертежи деталей изделия, программы и методики испытаний, техническое описание и инструкции по эксплуатации изделия.

При использовании систем автоматизированного проектирования конструкций изделий (САПР К) информация об изделии и его элементах может импортироваться системой ТПП в наиболее удобных для применения формах. В частности, вместо сборочных чертежей и чертежей детали используют геометрическо-технологические модели изделия и его элементов, полученные в САПР К различными способами. Необходимые для формирования технологических решений данные в этом случае являются атрибутами (дополнительными характеристиками) моделей.

Конструкции заготовок, используемых при производстве деталей изделия, могут быть разработаны в процессе ТПП предприятия, а сами заготовки изготовлены на данном предприятии. Однако во многих случаях используют директивные заготовки. Их конструкции, как правило, разрабатывают на основании технического задания предприятия — изготовителя изделия. Основным конструкторским документом на директивную заготовку является ее чертеж с техническими требованиями на изготовление. Конструкция директивной заготовки может быть далеко не оптимальной для ТПП изготавливаемой из нее детали. Обычно это происходит, когда предприятие — изготовитель заготовки не располагает технологическими возможностями для удовлетворения требований технического задания, либо когда используется комплексная заготовка, предназначенная для изготовления на ее основе нескольких различных деталей. В указанных случаях ТПП может существенно усложниться.

Информационное обеспечение ТПП может быть разделено на инвариантное функциям ТПП и функционально-ориентированное.

Инвариантное функциям ТПП информационное обеспечение включает в себя:

• данные об имеющемся технологическом оборудовании, используемых технологических методах и процессах, производственных площадях и их загрузке, технологической оснастке и других имеющихся в наличии ресурсах производства;

• текущие технико-экономические показатели предприятия и данные об экономической ситуации на рынке выпускаемой предприятием продукции;

• данные о реальных конструктивно-технологических параметрах поступивших заготовок и уже выпущенных изделий, полученные по результатам входного контроля заготовок и приемочного контроля изделий (например, опытной партии);

• оперативную информацию о ходе реализованных ТП, включающую данные операционного контроля ТП или обрабатываемой заготовки после завершения определенной технологической операции;

• общие методы принятия технологических решений и их оптимизации.

Компонентами функционально-ориентированного информационного обеспечения ТПП являются:

• правила выбора показателей обеспечения технологичности конструкций изделий, сборочных единиц — для функции обеспечения технологичности конструкции изделий;

• правила выбора вида, метода изготовления и конструирования исходных заготовок — для функции выбора и подготовки заготовок;

• правила разработки и применения ТП, выбора оборудования и других средств технологического оснащения — для функции разработки ТП;

• правила проектирования — для функции проектирования средств технологического оснащения;

• методы выявления причин отклонений хода ТП, методы и правила принятия и реализации технологических решений по ликвидации отклонений в ходе ТП — для функции контроля и управления.

Выходные данные системы ТПП представляют в виде соответствующих технологических и конструкторских документов или изменений указанных документов. К основным выходным результатам ТПП относят:

• модели (чертежи) изделий (деталей, сборочных единиц), отработанных на технологичность;

• модель/чертеж заготовки (разработанная);

• типовой ТП изготовления заготовки;

• заказ на изготовление заготовки;

• ТП изготовления деталей и сборки;

• изменения конструкций деталей и сборочных единиц;

• заказ на приобретение (изготовление) средств технологического оснащения;

• конструкторскую документацию на средства технологического оснащения;

• изменения ТП изготовления деталей и сборки.

Модели (чертежи) изделий (деталей, сборочных единиц), отработанных на технологичность, формируются в результате выполнения соответствующей функции ТПП. Модель (чертеж) заготовки может быть разработана при выполнении функции выбора и подготовки заготовок, хотя это не является обязательной задачей ТПП (например, при ТПП, проводимой в механосборочных цехах машиностроительных предприятий). В последнем случае создают чертежи заготовок относительно несложных конструкций, не требующих глубоких специальных знаний по их формообразованию. Конструкции сложных заготовок разрабатывают специализированные службы ТПП заготовительных цехов. При ТПП, проводимой например, в механосборочных цехах, разрабатывают только относительно несложные ТП изготовления заготовок (как правило, из проката с использованием методов отрезки, правки, гибки и т.д.),используя при этом типовые ТП изготовления заготовок.

Заказ на изготовление заготовки в форме, принятой на данном предприятии, направляют в заготовительные подразделения или используют в качестве основы для составления технического задания на изготовление заготовки специализированным предприятием.

Технологические процессы изготовления деталей и сборки представляют:

• технологическая документация на разработанные ТП изготовления деталей;

• управляющие программы для оборудования с ЧПУ и сопроводительная технологическая документация;

• технологическая документация на разработанные ТП сборки узлов и изделий.

Изготовление изделий машиностроения может быть осуществлено на основе единичных, типовых или групповых ТП.

Единичный ТП, как правило, разрабатывают индивидуально для конкретной детали. Его структуру и содержание технологических операций определяют на основании конструктивно-технологических параметров детали и исходной заготовки, технологических возможностей и ресурсов производства.

Типовой ТП создают для группы изделий, обладающих общностью конструктивных признаков. В группе деталей выделяют типовую деталь. Под типом подразумевают совокупность объектов (заготовок, сборочных единиц) одного класса, имеющих в определенных производственных условиях общий маршрутный ТП изготовления (механической обработки и сборки). Общий маршрутный ТП — это процесс, осуществляемый одинаковыми методами (однородное оборудование, одинаковое число установов, приспособлений и инструментов). В пределах типа допускаются некоторые отклонения в порядке изготовления (обработки, сборки). Возможны исключения или добавления некоторых нехарактерных переходов и даже операций.

Разработку типовых ТП осуществляют на отраслевом уровне, а также на уровне предприятия в соответствии с общими правилами разработки ТП.

Групповой ТП предназначен для совместного изготовления или ремонта группы изделий различной конфигурации в конкретных условиях производства на специализированных рабочих местах.

Главной технологической единицей групповой обработки является группа, в нее объединяют детали, характеризуемые общностью типов оборудования, необходимого для обработки заготовки в целом или отдельных ее поверхностей. Классы заготовок разделяют по видам обработки (токарная, сверлильная, фрезерная и т.п.), по видам заготовок.

Групповую технологическую операцию разрабатывают для выполнения технологически однородных работ при изготовлении группы изделий на специализированном рабочем месте при возможности частичной подналадки средств технологического оснащения. Групповая технологическая операция может быть разработана и применена как составная часть групповою ТП (маршрута), либо как однооперационпый групповой ТП (отдельная групповая операция). Групповые ТП разрабатывают для всех типов производства только на уровне предприятия в соответствии со стандартами.

Принципиальное отличие между типовыми и групповыми процессами заключается в следующем: типовая технология характеризуется общностью технологического маршрута, а групповая — общностью оборудования и оснастки, необходимых для выполнения определенной операции или полного изготовления детали. Типовые и групповые ТП называют процессами-аналогами.

Любой ТП можно рассматривать как целенаправленную систему, элементами которой являются технологические операции. Список технологических операций определяет состав ТП, а список основных технологических переходов — состав технологической операции. Структуру ТП определяет порядок выполнения технологических операций, а структуру технологической операции — порядок выполнения переходов.

Для ТП изготовления деталей характерна линейно-последовательная структура. Каждая операция выполняется в строго определенном месте ТП и не может быть выполнена, пока не выполнена смежно-предшествующая операция. Такая структура ТП изготовления деталей позволяет при необходимости, например, в крупносерийном и массовом производствах, устанавливать технологическое оборудование по «ходу» ТП и применять непрерывно- или переменно-поточный методы работы.

Содержание технологических операций представляют в форме маршрутного или операционного описания. Первое применяют в единичном и опытном производствах, второе — в массовом и серийном. Допускается использовать операционное (маршрутно-операционное) описание в единичном и массовом производствах. При записи содержания операции (перехода) допускается полная или сокращенная форма.

Стандартами предусмотрены следующие виды технологических документов:

•маршрутная карта (МК) — для описания единичных, типовых и групповых ТП и операций;

•карта эскизов (КЭ) — для графических изображений к документам и указания наладок, позиций, установок, таблиц и схем;

• карта технологического процесса (КТП) — для операционного-писания при разработке единичных и типовых (групповых) ТП;

• карта типового ТП (КТТП) — для операционного описания типовых ТП;

• операционная карта (ОК) — для описания единичных, типовых и групповых операций;

• ведомость деталей (сборочных единиц) к типовому (групповому) ТП (ВТП) или операции (ВТО) — для указания переменной информации к типовому или групповому ТП (групповой или типоной операции) по каждой детали (сборочной единице), входящей в соответствующий ТП или операцию;

• карта наладки инструмента (КН/И) — для указания полного состава вспомогательного и режущего инструмента в технологической последовательности его применения совместно с документом, содержащим описание операции (МК, КТП, ОК);

• карта кодирования информации (ККИ) — для кодирования информации при разработке управляющих программ (применяется совместно с МК, КЭ, КТП и ОК).

При использовании станков с ЧПУ по усмотрению разработчикa технологической документации также применяют карту заказа на разработку управляющей программы(КЗ/П).

При разработке ТП изготовления деталей и сборки изделий могут быть выявлены конструкторские ошибки, несоответствия назначенных технических требований фактическим условиям изготовления и эксплуатации изделия; предложены новые варианты конструктивных решений, повышающие технологичность изделия. Во всех указанных случаях технологи-разработчики могут вносить предложения по изменениям конструкций деталей и сборочных единиц в службу конструкторской подготовки. Если изменения принимаются. что требует иногда согласования с заказчиком изделия, то их в установленном стандартами порядке вносят в конструкторскую документацию. При невозможности внесения изменений в конструкцию службы конструкторской и технологической подготовки совместно находят компромиссное решение, позволяющее обеспечить выпуск изделия в соответствии с заданными техническими требованиями.

При ТПП выбирают универсальные или проектируют специальные и специализированные средства технологического оснащения (технологическую оснастку, режущий и вспомогательный инструмент, средства контроля и испытаний). Если средства выбирались, то оформляют заказ на поиск и (или) приобретение универсальных или специализированных средств, если они проектировались, то заказ представляют в форме технического задания на их изготовление. В последнем случае заказ сопровождается необходимой конструкторской документацией и прежде всего чертежами и спецификациями спроектированных средств технологического оснащения.

Целью функции контроля и управления ТП является обеспечение выходного качества изделий, изготавливаемых на основании разработок, полученных в результате ТПП. При реализации указанной функции осуществляют, во-первых, контроль качества разработок и прежде всего ТП, полученных в результате ТПП, при внедрении их в производство, и, во-вторых, систематический контроль хода ТП в установившемся производстве (контроль выполнения технических требований и принятия необходимых решений с целью их обеспечения).

Контроль качества разработанных ТП единичного производства и их приемку проводят на этапах изготовления и испытания первых образцов изделия. Контроль качества разработанных ТП серийного и массового производств и их приемку осуществляют на этапах изготовления и испытания установочной серии изделий, а также изготовления и испытания головной (контрольной) серии изделий.

При испытании установочной серии изделий определяют подготовленность разработанного ТП к выпуску изделий в объеме, установленном для данного этапа, и возможности применения этого процесса для изготовления головной (контрольной) серии изделий. При испытании головной (контрольной) серии изделий проверяют точность, стабильность и надежность полностью оснащенного ТП, качество и надежность изделий, изготовленных с применением данного ТП. В ходе выполнения указанной функции можно вносить предложения по изменению конструкций деталей и сборочных единиц с целью повышения их технологичности, а также по изменению ТП изготовления деталей и сборки. В случае принятия таких предложений, их, в установленном порядке, вносят в конструкторскую и технологическую документацию.