2.3.2. КПП (Лекции по дисциплине - Организация и планирование производства)

5

2.3.2. Конструкторская подготовка производства

Высокий НТУ и конкурентоспособность продукта являются не единственной задачей, решаемой инженерными службами при его проектировании. Конструкция нового продукта должна учитывать масштабы и условия его производства и ориентироваться на минимальные производственные затраты. С этой целью осуществляется комплекс работ, который составляет содержание конструкторской подготовки производства.

Конструкторская подготовка производства (КПП) – это совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих техническую готовность предприятия к выпуску нового продукта в установленные сроки с заданными параметрами качества, объемом производства и уровнем затрат.

Цель КПП заключается в целесообразном и эффективном приспособлении отработанной конструкции продукта к условиям его будущего производства при обязательном сохранении заложенных в конструкцию параметров качества.

КПП является органическим продолжением или составной частью базовой опытно-конструкторской разработки изделия. Для условий единичного производства, выполнения индивидуальных заказов или экспериментальных работ подготовка технической документации на новый продукт полностью завершается в процессе опытно-конструкторской разработки. В условиях организации повторяющегося (серийного или массового) производства нового продукта разработка рабочей документации осуществляется поэтапно: сначала - рабочая документация на опытный образец (или опытную партию), затем – на установочную серию нового продукта и, наконец, - рабочая документация на устойчивое, повторяющееся производство. В таком итерационном процессе, составляющем содержание КПП, последовательно отрабатываются качественные параметры продукта и решаются две главные задачи:

1. повышение уровня унификации и стандартизации конструкции;

2. обеспечение технологичности изделия.

Повышение уровня унификации и стандартизации конструкции

Одним из эффективных направлений повышения качества проектируемых изделий, уменьшения трудоемкости и сокращения времени КПП является применение конструкторских решений, базирующихся на принципах унификации и стандартизации. При использовании в проектируемых изделиях 70-80% унифицированных и стандартных элементов конструкции цикл создания и освоения новых машин сокращается на 15-25%.

Конструкторская унификация – сокращение необоснованного многообразия конструкторских решений. Унификация обеспечивает устранение излишнего разнообразия типов конструкций самих изделий, форм и размеров деталей и заготовок, профилей и марок материалов. Создаются условия для специализированного производства повторяющихся изделий и их элементов. В качества основных направлений конструкторской унификации выступают:

(1) сокращение номенклатуры изделий, сборочных единиц и узлов, имеющих одинаковое или сходное эксплуатационное назначение и параметры.

В 1924 году в США сгорел такой крупный город, как Балтимор из-за отсутствия стандарта на соединение пожарных шлангов. Огнеборцы, прибывшие из других городов (Нью-Йорк, Вашингтон, Филадельфия), не могли принять участия в тушении пожара.

Фирма Sony первой разработала кассетный видеомагнитофон. Предложенный ею формат Betamax считается лучшим по сравнению с форматом VHS, которым пользовались фирма Matsushita и ее дочерняя компания JVC. Sony ни с кем не поделилась своим изобретением. Зато это сделала компания JVC. В результате более 9/10 из проданных на сегодня видеомагнитофонов – аппараты формата VHS. Усвоив этот горький урок, фирма Sony при разработке своего камкодера, т.е. блока из видеокамеры и видеомагнитофона, согласовала использование в нем ленты шириной 8 мм со 127 компаниями из всех частей света. И уже в скором времени выпуск камкодеров на заводах Sony достиг 60 тысяч штук в месяц;

(2) создание параметрических рядов (гамм) продуктов, аналогичных по конструктивному решению, своей кинематике, рабочему процессу, но различных по габаритам, мощности или каким-либо другим основным эксплуатационным параметрам (грузоподъемность автомобиля или крана, рабочий объем цилиндра двигателя, производительность компрессора и т.д.).

Параметрический ряд – упорядоченная совокупность числовых значений параметров.

Параметрические ряды создаются, как правило, в соответствии со стандартом ГОСТ 8032-84 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел ». Параметрические ряды формируют в каждой отрасли перспективный типаж изделий, что экономически благоприятно ограничивает их возможную номенклатуру. Каждый параметрический ряд имеет свое основание (базовую модель) и полученные на его основе производные. Конструирование начинается с выбора основания.

Благодаря внутрисемейственной унификации в пределах параметрического ряда удается на основе принципов агрегатирования создать необходимое количество моделей за счет небольшого числа типоразмеров сборочных единиц;

(3) заимствование отдельных деталей, узлов для нового продукта из числа ранее освоенных в производстве на основе конструкционной преемственности. Конструктор в своей работе использует альбомы стандартных элементов, исследует возможности унификации конструкций, использования конструкционной преемственности.

В 1930-е годы был создан знаменитый бомбардировщик ТБ-3 (АНТ-4), но он был тихоходен, плохо защищен, хотя и нес большую бомбовую нагрузку. Авиаконструктор В.Ф. Болховитинов создал ДБ-А, который сразу же побил 4 мировые рекорда; особенность – его можно было производить без какой-либо переналадки заводов, выпускавших ТБ-3;

(4) типизация форм и размеров деталей и заготовок, профилей и марок используемых материалов.

Стандартизация представляет собой высшую форму унификации. Международная организация по стандартизации приняла следующее определение стандартизации: «Стандартизация – это процесс установления и применения правил (стандартов) с целью упорядочения деятельности в данной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, в частности, для достижения всеобщей максимальной экономии, с соблюдением функциональных условий и требований безопасности». Стандарты устанавливают обязательные для выполнения нормы, образцы, типы решений и распространяются не только на конструкцию продукта, но и на все другие факторы производства.

Прогрессивной формой конструирования новой продукции на основе унификации и стандартизации является агрегатирование, позволяющее осуществить так называемой модульное проектирование продукта. Агрегатирование – это система проектирования продукта путем его компоновки из ограниченного числа унифицированных элементов и, прежде всего, модулей машин. Использование модульного проектирования резко сокращает сроки проведения и затраты на разработку продукта, позволяет широко применять современные системы автоматизированного конструирования на базе систем CAD (Computer-Aided Design) / CAM (Computer-Aided Management).

Компания National Bicycle Industrial Company (NBIC), являясь филиалом гиганта Matsushita, специализирующегося на электронной продукции, с 1987 г. выпускает велосипеды под торговой маркой Panasonic. Она оснащена автоматизированной системой конструирования и способна производить на основе 18 базовых моделей гоночных, дорожных и горных велосипедов 8 млн различных вариаций. При этом заказчику предоставляется возможность выбрать любой из 199 типов цветового оформления, и машину могут изготовить для покупателя практически любого роста и веса.

Степень унификации и стандартизации можно оценить системой коэффициентов, основные из которых представлены в табл.2.4.

Таблица 2.4. Система основных показателей

унификации и стандартизации

Обеспечение технологичности изделия

Обеспечение технологичности продукта при его проектировании составляет одну из важнейших задач КПП. Различают производственную и эксплуатационную технологичность как существенный фактор конкурентоспособности продукта.

Производственная технологичность – это совокупность характеристик продукта, определяющих степень соответствия конструкции продукта оптимальным организационно-технологическим условиям его производства на конкретном предприятии. Организационно-технологические условия производства нового продукта характеризуются масштабом производства, его организационным типом, применяемыми методами организации производственных процессов, составом производственного оборудования, квалификационной и профессиональной структурой персонала и многими другими параметрами, которые должны учитываться разработчиками в процессе КПП. Производственная технологичность продукта оценивается тремя группами показателей:

(1) конструкционные показатели – масса изделия и его элементов и разнообразие составных элементов, уровень унификации и стандартизации конструкции, разнообразие используемых материалов и т.д. Показатели могут определяться как абсолютные (в целом по изделию), относительные (в расчете на одну деталь, на единицу мощности, на производительность и т.п.) (табл.2.5) и сравнительные (по отношению к заменяемому образцу, лучшему представителю и др.);

(2) технологические показатели – материалоемкость, выход годной продукции, нормы расхода материалов, квалитет, класс шероховатости поверхностей и пр.;

(3) экономические показатели – масштаб и трудоемкость производства, себестоимость, длительность производственного цикла и т.п.

Таблица 2.5. Система основных относительных

показателей технологичности

Эксплуатационная технологичность характеризует степень соответствия продукта рациональным условиям его эксплуатации. Для ее оценки используются показатели удельной трудоемкости профилактического обслуживания продукта, надежности конструкции, трудоемкости ремонта, удельных затрат на текущее обслуживание и ремонт и др.

Работы по обеспечению технологичности конструкции сборочных единиц и деталей осуществляются в следующей последовательности:

- выявление их функций, определение возможности объединения функций и уменьшения числа сборочных единиц и деталей;

- установление возможности преемственности конструкции деталей, а также возможности унификации и стандартизации конструкций;

- оценка рациональности конструкторских решений по абсолютным и относительным показателям технологичности.

Обеспечение технологичности конструкций – задача комплексная, поэтому к ее решению должны привлекаться различные технические службы предприятия. Тесная связь конструкторов и технологов часто достигается закреплением за объектом проектирования ведущего конструктора и ведущего технолога или созданием комплексных конструкторско-технологических бригад.