Разработка метода оценки производственной технологичности деталей для условий многономенклатурного производства

УДК 621.791.03-52

Л.Г. Бокова, П.Ю. Бочкарев

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ УСЛОВИЙ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Предлагается метод оценки производственной технологичности деталей применительно к условиям многономенклатурных механообрабатывающих систем.

Оценка технологичности деталей, производственная технологичность,

многономенклатурные производственные системы, механообрабатывающее производство

L.G. Bokova, P.Yu. Bochkaryov STRUCTURE ASSESSMENT PRODUCTION DETAILS PROCESSABILITY IN THE DIVERSIFIED MECHANICAL SYSTEMS

In article the method of an assessment of production adaptability to manufacture of details with reference to conditions of multinomenclature production machining systems.

Diversified production systems, production manufacturability evaluation, technological details, production machining

Определяющим понятием технологичности конструкции является обеспечение возможности наиболее экономического изготовления деталей при требуемом качестве. Особую значимость это приобретает в условиях многономенклатурного характера механообрабатывающих производств, когда необходимо дать оценку технологичности широкой номенклатуре деталей, а эффективность изготовления во многом зависит от реально складывающейся производственной ситуации, и оценка технологичности должна учитывать данный фактор. Поэтому, с одной стороны, требования производства должны учитываться при конструкторском проектировании, а с другой - технологическая подготовка производства должна быть способной на основе оценки технологичности деталей спрогнозировать эффективность выполнения требуемых работ в условиях реальной производственной системы.

В течение длительного времени и в настоящее время в практике отработки деталей на технологичность основное место занимает качественная оценка принимаемых конструкторских решений. Это

12

подтверждается представленными на рис. 1 и 2 сформированными на основе нормативно-технической документации и результатов анализа научно-технической литературы связями между стадиями разработки конструкции изделий и функциями, задачами работ по оценке их технологичности. Такая оценка часто бывает субъективной и без учета изменения технологии в связи с разными серийностью выпуска и производственными условиями.

Отсутствие подходов к автоматизации качественной оценки деталей на технологичность конструкции связано с трудностью формализации этого этапа конструкторско-технологической подготовки производства. Кроме этого, отсутствие информационных моделей технологического оборудования добавляет дополнительные трудности в создании автоматизированной подсистемы оценки технологичности конструкции.

Решение задачи создания автоматизированной подсистемы оценки производственной технологичности деталей возможно в условиях создаваемой системы планирования многономенклатурных технологических процессов [1]. В рамках ее разработки сформированы базы данных по технологическим возможностям технологического оборудования и формализованы проектные процедуры разработки маршрутной, операционной технологии и реализации технологических процессов с учетом реально складывающейся ситуации в условиях многономенклатурных механообрабатывающих производственных систем. В [2] представлена структура оценки производственной технологичности деталей, последовательность вычислительных процедур и решаемые в рамках их задачи. Принципиальным отличием предлагаемого подхода является проведение оценки технологичности для всех деталей, изготовление которых запланировано одновременно. Проведенные исследования позволили предложить и обосновать комплект дополнительных к традиционно используемым критериев для оценки технологичности деталей на этапе их производства в общем жизненном цикле изделий.

Следующим этапом исследований стали работы по определению влияния критериев на эффективность функционирования механообрабатывающих систем применительно к конкретным производственным системам.

Рис. 1. Связь между стадиями разработки конструкторской документации и функциями оценки технологичности

Технико-экономические результаты

Задачи

1 &

I §

I ^

I * I I

I I $ & 5 СаР 8-^ *§

I I

Зскизный

проект

Технический

проект

|±> 5 ^ & III > к) ^ Щ

I1! й

II

сЬ £ ?

^ I §^§ ?§ ==> 8 ^ ^ &

сз

й 8 й!

I

Разработка рабочей документации I

<3 ^ §§ I§

с5 ^

I ^

8 си

§- 8 8- ^ §-§

9 еН!^

5 ^ ^ §

5 ^ ^ &.

К 59 ^ ^

8 3 3 ^

411 ^ й 1=3 "4 5 I ^ §

I! §!

5 е! 3 & §" &§-? § § ^ ? § а а

к| I ^ О. <

1

I

'I 8 8 ^

11

II

11

1#

II

сС-,'

4^

^ 5

1^1

IIIй *§ !*§

^ Си 1^1

111

I § & § <ч' ^

II р ^ I

£#?8

I

1

I

^40 § ^ § Ё§ 8 I §8й$

§'1^ II

13

§,§£ ^ %”8'е

Й1 К ^ г? § ^ ^

§ г§ ^ ^ I

§ I

^1'Г§ Зс§#

"§ §1 I § 11^11 ^ "§ ё & 5

^ сэ ^ с^ 5:

§ §13

^ ^ 5

^ ^5

I ^ ^

Изготовление опытных образцов

§111 °Щ

Рис. 2. Связь между стадиями разработки конструкторской документации и задачами оценки технологичности

Рис. 3. Использование критериев для оценки технологичности при анализе потенциальных возможностей производственной системы

Рассматривая группу критериев, в задачу которых входит оценка возможности изготовления конструктивных элементов деталей в рамках рассматриваемой производственной системы (рис.3, 4) (геометрические параметры конструктивных элементов, пространственные связи с другими конструктивными элементами детали, точностные характеристики, характеристики поверхностного слоя), можно сделать заключение, что целью их применения является получение заключения о функциональной возможности производственной системы провести обработку детали с заданными требованиями и качеством. Данная проектная процедура предполагает сравнение характеристик отдельных элементов и всей детали в целом, заданных конструктором, с однородными характеристиками, отражающими технологические возможности оборудования в рамках производственной системы. Невыполнение любого требования по обеспечению технологическими возможностями заданных характеристик детали приводит к отсеву детали из номенклатуры, закрепленной за рассматриваемой производственной системой.

Другая группа критериев связана с прогнозированием эффективности работы производственной системы при обработке заданной номенклатуры деталей (рис. 4). Каждый из этих критериев связан с потенциальной возможностью повысить эффективность выполнения технологических процессов, но степень их влияния различна и требует оценки для каждой складывающейся производственной ситуации. Построение методики определения влияния критериев предлагается вести с позиции, принятой в системе планирования многономенклатурных технологических процессов, когда в качестве критерия эффективности работы производственной системы является время изготовления заданной номенклатуры деталей (выполнения производственного задания) и затраты на работу системы за этот период. Таким образом, влияние каждого из критериев будет определяться возможным сокращением удельного по отношению к общему времени обработки комплекта деталей, и задачей настоящих исследований является установление связей между соответствующим критерием и составляющей в структуре затрат времени на обработку деталей.

Рис. 4. Использование критериев для оценки технологичности при анализе эффективности функционирования производственной системы

Прогнозирование использования функциональных возможностей оборудования с позиции увеличения концентрации технологических операций, использования параллельной обработки поверхностей и снижения затрат на управление технологическими процессами ведется на основе критериев, оценивающих однотипность конструктивных элементов детали, их точностные характеристики. На основе

имеющейся базы данных по технологическим возможностям оборудования устанавливается связь между показателями однотипности (характеристики детали) и множеством средств технологического оснащения, которые могут применяться при обработке. Используя аппарат кластерного анализа, устанавливается количественная характеристика, отражающая унификацию применения технологической оснастки при изготовлении запланированной номенклатуры деталей. Увеличение однотипности конструктивных элементов деталей и соответственно уменьшение однородности технологической оснастки позволяют:

— учесть изменение концентрации технологических операций при обработке однотипных конструктивных элементов детали, обеспечивающую однородность используемой технологической оснастки и как следствие сокращение времени на наладку оборудования. Таким образом, появляется возможность установить связь между критерием технологичности и сокращением подготовительнозаключительного времени и соответствующую долю к общим временным затратам при изготовлении заданной номенклатуры деталей;

— проанализировать уровень использования параллельной обработки в рамках одной технологической операции, приводящее к сокращению оперативного времени;

— определить возможность применения автоматического и автоматизированного управления оборудованием в многономенклатурном производстве при обработке конкретных конструктивных элементов или групп элементов детали, что обеспечивает сокращение вспомогательного времени.

Одним из наиболее значимых критериев при оценке технологичности, по нашему мнению, является оценка соответствия максимальных технологических возможностей оборудования производственной системы и характеристик обрабатываемых конструктивных элементов деталей. Наиболее полное использование потенциала механообрабатывающего оборудования позволяет производить продукцию более высокого потребительского свойства, однако существующие экономические методики по определению затрат на амортизацию оборудования не стимулируют движения в этом направлении. Поэтому для установления взаимосвязи между критерием технологичности и эффективностью функционирования производственной системы было выбрано сокращение сроков морального износа оборудования.

Предлагаемые критерии технологичности, которые в наибольшей степени обеспечивают прогноз эффективности изготовления деталей, в зависимости от реального состояния производственной системы построены на оценке состава групп конструктивных элементов в рамках комплекта деталей, запланированных для обработки в условиях рассматриваемой производственной системы. Установление связей между видом и характеристиками элементарных поверхностей и возможностями ее обработки на различном оборудовании в рамках системы позволяет выйти на количественную оценку критерия технологичности, по которому можно судить о возможности многовариантной реализации технологических процессов в условиях конкретной производственной ситуации. Применение критериев, отражающих многовариантность технологических процессов, позволит иметь информацию:

— прогнозирующий коэффициент загрузки технологического оборудования и обеспечение равномерного распределения загрузки оборудования в рамках производственной системы.

— сравнить временные затраты на переналадку технологического оборудования и глубину переналадок при переходе на обработку новых партий деталей.

С целью количественной оценки критериев предлагается метод, включающий на первом этапе оценку уровня технологичности элементарных поверхностей с оценкой вариантов их многовариантной реализации, последующем объединении поверхностей каждой детали в группы поверхностей, реализация которых возможна в рамках одной операции. Связь между критериями и характеристиками функционирования производственной системы предлагается устанавливать с применением теории массового обслуживания, моделируя обработку сформированных групп поверхностей в производственной системе.

Предлагаемый метод оценки производственной технологичности позволяет обеспечить ее качественную оценку, направленную на совершенствование как конструкторской, так и технологической подготовки производства. Разрабатываемые полностью формализованные модели обеспечат на этапах предшествующих разработки технологии в системе планирования многономенклатурных технологических сделать заключение с количественной оценкой о возможности и экономической целесообразности изготовления деталей в рамках конкретной производственной системы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бочкарев П.Ю.Системное представление планирования технологических процессов механообработки / П.Ю. Бочкарев // Технология машиностроения, № 1, 2002. С. 10-14.

16

2. Бокова Л.Г. Структура оценки производственной технологичности деталей в многономенклатурных механообрабатывающих системах / Л.Г. Бокова // Вестник Саратовского государственноготех-нического университета. 2011. №56. С. 27-31.

Бокова Лариса Геннадьевна -

ассистент кафедры «Проектирование технических и технологических комплексов» Саратовского государственного технического университета

Бочкарев Петр Юрьевич -

доктор технических наук, профессор заведующий кафедрой «Проектирование технических и технологических комплексов» Саратовского государственного технического университета

Статья

Larisa G. Bokova -

Junior Research Staff Member

of the Department of «Design of Technical and

Technological Complexes»

of the Saratov State Technical University

Petr Yu. Bochkaryov -

Doctor of Technical Science, Professor, Head of the Department of «Designing technical and technological complex» of Saratov State Technical University

в редакцию 13.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011