Технологичность конструкции изделий

1. Виды технологичности конструкции изделий

Технологичность конструкции изделий (ТКИ) рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ (ГОСТ 14.205-83).

Производственная ТКИ заключается в сокращении средств и времени на конструкторскую подготовку производства, технологическую подготовку производства, процессы изготовления, в том числе контроля и испытаний, монтаж вне предприятия-изготовителя.

Эксплуатационная ТКИ заключается в сокращении средств и времени на подготовку к использованию по назначению, в технологическом и техническом обслуживании, текущем ремонте, утилизации.

Ремонтная технологичность заключается в сокращении средств и времени на все виды ремонта.

2. Основные задачи конструкции изделий

На основе достижения технологической рациональности и оптимальной конструктивной и технологической преемственности конструкции изделия отработка конструкции изделия на технологичность должна обеспечивать решение следующих основных задач:

• снижение трудоемкости и себестоимости изготовления изделия и его монтажа вне предприятия-изготовителя;
• снижение трудоемкости, стоимости и продолжительности технического обслуживания и ремонта изделия;
• снижение важнейших составляющих общей материалоемкости изделия – расхода металла и топливно-энергетических ресурсов при изготовлении, монтаже вне предприятия-изготовителя, техническом обслуживании и ремонте.

3. Показатели ТКИ

Качественная оценка характеризует технологичность конструкции на основе опыта исполнителя.

Качественная оценка при сравнении вариантов конструкции в процессе проектирования изделия предшествует количественной и определяет целесообразность последней.

Количественная ТКИ оценивается показателем, значение которого характеризует степень удовлетворения требованиям к технологичности конструкций.

Количественная оценка ТКИ производится с помощью системы, включающей следующие показатели:

• базовые (исходные) показатели технологичности, которые являются предельными нормативами технологичности, обязательными для выполнения при разработке изделия. Их указывают в техническом задании на разработку изделия или в отраслевых стандартах;
• показатели технологичности, достигнутые при разработке изделия.

Число показателей должно быть минимальным, но достаточным для оценки технологичности.

К основным показателям ТКИ относятся:

• трудоемкость и себестоимость изготовления изделия,
• материалоемкость и энергоемкость изделия.

Трудоемкость.

Абсолютная трудоемкость Т_а, затраченная на изготовление, монтаж, ТО или ремонт изделия, выражается суммой нормо-часов, затраченных на технологические процессы, проведенные в одной из сфер:

(1)

где T_i – трудоемкость, затраченная на изготовление любой i-той составной части, нормо-час.

Уровень технологичности конструкции по трудоемкости:

(2)

где Т_аи – достигнутая трудоемкость изготовления изделия; Т_би – базовый показатель трудоемкости изготовления изделия.

Себестоимость изделия – обобщающий показатель качества. Для оценки ТКИ пользуются показателем технологической себестоимости S_T:

(3)

где S_M – стоимость материалов, затраченных на изготовление изделия; Sз – заработная плата производственных рабочих с начислениями; S_НР – накладные расходы, включающие расходы на энергию, потребляемую оборудованием, на ремонт и амортизацию оборудования, инструмента и приспособлений на смазочные, охлаждающие, обтирочные и другие материалы, предусмотренные процессом проведения работ.

Уровень технологичности конструкции по себестоимости

(4)

где S_T – достигнутая технологическая себестоимость; S_бT – базовый показатель технологической себестоимости.

Материалоемкость изделия характеризует количество материала, затраченного на производство изделия и его эксплуатацию, определяемое в единицах массы.

Материалоемкость изделия по сферам проявления подразделяют на производственную материалоемкость, ТО и ремонта.

Материалоемкость характеризуется удельной материалоемкостью

(5)

где М – сухая масса изделия; Р – номинальное значение основного технического параметра (производительность, мощность и др.).

Коэффициентом К_пр.м.i применяемости материала оценивается унификация материалов:

(6)

где N_i – норма расхода данного (i-гo) материала на изготовление изделия; N – норма расхода материалов на изготовление изделия. Величину N_i можно определять не только для материалов определенной марки и профиля, но и для марок и видов профилей (заготовок) отдельно.

Сумма значений коэффициентов К_пр.м.i =1 для всех i-x материалов.

4. Требования к технологичности

1. Конструкция детали должна быть простой по конфигурации.
2. Конструкция должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом.
3. Должны быть предусмотрены надежные технологические базы, обеспечивающие необходимую жесткость.
4. Конструкция должна быть такой, чтобы для ее изготовления можно было применять высокопроизводительные методы обработки.
5. Заготовка по форме и размерам должна приближаться к форме и размерам готовой детали.

Это способствует снижению объема механической обработки, трудоемкости и себестоимости изготовления детали.

Главные факторы, определяющие требования к ТКИ, следующие:

• вид изделия, характеризующий главные конструктивные и технологические признаки, обусловливающие основные требования к ТКИ;
• объем выпуска и тип производства, определяющие степень технологического оснащения, механизации и автоматизации технологических процессов и специализацию всего производства.

5. Отработка конструкции на технологичность

ТКИ обеспечивается следующими мероприятиями:

• отработкой конструкции на технологичность на всех стадиях разработки изделия;
• при технологической подготовке производства;
• в обоснованных случаях при изготовлении изделия.
• совершенствованием условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте изделий и фиксации принятых решений в технологической документации;
• количественной оценкой технологичности конструкции изделий;
• технологическим контролем конструкторской документации;
• подготовкой и внесением изменений в конструкторскую документацию по результатам технологического контроля по ГОСТ 2.121-73, обеспечивающих достижение базовых значений показателей технологичности.

Для оценки технологичности используют систему относительных частных показателей (К_i) и комплексный показатель (К_к) который сравнивается с нормативным комплексным показателем технологичности (К_н), разрабатываемым как среднестатистический для данного класса изделий и приведенным в табл. 1. Если К_к > К_н, то конструкция считается технологичной.

Таблица 1 Значения нормативных показателей технологичности

Различают производственную, эксплуатационную и ремонтную технологичность конструкции.

Производственная технологичность определяет объем работ по технологической подготовке производства (ТПП), сложность изготовления, удобство монтажа вне предприятия-изготовителя.

Количественной оценкой производственной технологичности конструкции является суммарный показатель, в состав которого входят конструкторские и технологические показатели деталей и узлов изделия.

Конструкторские показатели определяют конструктивную преемственность – совокупность свойств изделия, характеризуемую повторяемостью в нем составных частей, относящихся к изделиям данной классификации группы, и применяемостью новых составных частей, обусловленных его функциональным назначением, а также сложностью сборки.

Технологические показатели определяют технологическую преемственность конструкции, приспособленность ее к механизации и автоматизации при изготовлении, а также сложностью обработки деталей. Под технологической преемственностью понимают совокупность свойств изделия, характеризуемую применяемостью и повторяемостью технологических методов выполнения узлов и их конструктивных элементов, относящихся к изделиям данной классификационной группы. Для каждого типа блоков из общего состава определяется семь показателей технологичности, оказывающих наибольшее влияние, каждый из которых имеет свою весовую характеристику.

6. Коэффициент экономической эффективности

По предварительным расчетам научно-исследовательских институтов Госстандарта внедрение ЕСТПП позволяет повысить производительность труда на 30–35 % в мелкосерийном и на 10–15 % в крупносерийном и массовом производствах, сократить в 1,5–2,5 раза сроки технологической подготовки производства и затраты на ее проведение, высвободить из сферы подготовки производства значительное количество материальных ресурсов.

Для определения экономической эффективности в сфере производства с 1 сентября 1975 г. введен в действие ГОСТ 14.005-75 «ЕСТПП. Методы расчетов экономической эффективности». Этот стандарт предназначен для выбора оптимальных решений при совершенствовании технологической подготовки производства отрасли или предприятия на основе ЕСТПП; применения экономических показателей при оценке и оптимизации уровня ТПП на предприятии или в отрасли; учета соответствующего экономического эффекта в планах развития отрасли или предприятия; оценки окупаемости затрат на внедрение ЕСТПП в отрасли или на предприятии, а также определения поощрения за разработку и внедрение системы ТПП.

В стандарте приведен ряд формул для расчета экономического эффекта при внедрении отдельных решений ЕСТПП, что позволяет сравнивать эти данные, а, следовательно, выбирать оптимальный вариант. Для выбора маршрутной или операционной технологии, установления объема информации, уровня типизации и степени механизации даны расчетные методы, по которым можно находить оптимальные варианты.

Определение уровня технологической подготовки производства – сложная проблема, поскольку необходимо учитывать как уровень механизации и автоматизации ее разработки, так и степень совершенства самой технологии. Методы расчета и расчетные формулы, установленные стандартом, позволяют сопоставлять стоимость изготовления аналогичных изделий или стоимость изготовления, отнесенную к какой-либо условной единице (мощности, массы, грузоподъемности и т. п.), по различным технологическим процессам.

Расчетные формулы дают возможность предварительно сравнивать стоимость предстоящих работ по подготовке производства с существовавшими ранее и рассчитывать достигаемую в производстве экономию с выделением отдельных составляющих (экономия материалов, заработной платы, уменьшение амортизационных отчислений). Эти показатели используются при разработке годовых планов предприятий и отраслей, а также перспективных планов их развития.

7. Примеры конструктивных решений

Если в конструкции изделия предусмотрены отверстия, по возможности они должны быть сквозными.

Производительная обработка отверстий сверлением в значительной степени определяется нормальными условиями врезания и выхода сверла после окончания процесса резания.

Соосные отверстия, расположенные на двух и более параллельных осях, будут более технологичны, если их диаметры будут уменьшаться постепенно (рис. 4).

Рис. 4. Примеры нерациональных и рациональных конструктивных решений: а – нерациональное решение; б – рациональное решение