Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Системный подход в унификации объектов в машиностроительном производстве
Унификация объектов по области применения делится на конструкторскую и технологическую. При конструкторской унификации в качестве объекта выступают конструкции изделий и их элементы, а при технологической унификации - технологические процессы, оборудование, оснастка и их элементы.
В конструкторской унификации можно выделить следующие основные направления.
1. Создание универсальных конструкций на базе передового опыта разработки определенного типа систем; высшей формой универсализации конструкций является их стандартизация.
2. Создание конструкций изделий из отдельных блоков, которые являясь единым целым, могут применяться в различной комплектации при разработке систем с отличающимися техническими характеристиками.
3. Соблюдение преемственности технических решений, которая проявляется в заимствовании составных частей изделий из одной конструкции в другую. Преемственность составных частей имеет две разновидности: заимствование их предшествующих разработок, одна из которых может быть базовой; заимствование в рамках разрабатываемой конструкции и из других одновременно создаваемых изделий.
Однако следует иметь в виду следующие отрицательные стороны конструкторской унификации, которые принимают во внимание:
1. Преемственность новой конструкции с предшествующими разработками может в ряде случаев привести к "фиксации" отдельных технических характеристик, достигнутых на момент создания изделий предшественников.
2. Выходные параметры отдельных заимствованных составных частей не всегда полностью удовлетворяют разработчика, так как могу і не обеспечивать требуемый уровень отдельных технических характеристик новой конструкции.
3. Применение унифицированных составных частей может привести к повышению массы конструкции, а следовательно, к увеличению ее материалоемкости, что может быть обусловлено введением дополнительных элементов для конструктивной увязки заимствованных составных частей, а также повышенными значениями их массы по сравнению с массой аналогичных оригинальных конструктивных решений.
Конструкторская унификация тесно связана с технологической. Примером может служить увеличение преемственности технологических процессов и оснастки при повышении удельного веса заимствованных элементов в конструкциях изделий.
Основные направления технологической унификации:
1. Преемственность производственной базы, технологических процессов и средств их оснащения. Отработка конструкции вновь создаваемых изделий на технологичность, особенно в направлении обеспечения ее конструктивно-технологической преемственности с предшествующими конструкциями, а также соблюдение условия изготовления последовательного ряда однотипных изделий на одном предприятии обеспечивает сокращение затрат на подготовку производственной базы для выпуска новых изделий.
2. Создание типовой, универсальной, переналаживаемой и сборно - разборной технологической оснастки, а также применение принципов стандартизации при ее разработке. Стандартизация элементов конструкции технологической оснастки и применение принципов типизации и универсализации, сборности и переналаживаемости при ее создании приводит к уменьшению объемов работ, затрат трудовых, материальных, стоимостных и временных ресурсов, требуемых для проведения технологической подготовки производства.
3. Применение типовых технологических процессов способствует внедрению групповых форм организации труда, сокращает сроки и затраты на разработку необходимой документации в процессе технологической подготовки производства. Степень использования типовых технологических процессов в значительной мере определяется стандартизацией и унификацией конструктивных элементов деталей.
Отличительной особенностью технологической унификации является возможность использования ее методов при изготовлении как унифицированных, так и оригинальных составных частей новых изделий. Значение технологической унификации возрастает с увеличением конструктивной сложности изделий, обуславливающей рост требуемого количества технологических процессов и оснастки для обеспечения высокого качества изделий.
Широкое внедрение унификации в производство будет только в том случае, если у производителя существуют побудительные мотивы к решению этой задачи. С одной стороны, таким мотивом является необходимость в условиях рынка переходить на выпуск новых изделий высокого качества в короткие сроки и с минимальными издержками, с другой, - получение экономического эффекта от применения унификации. Решение обеих задач возможно, если любому унифицированному изделию соответствуют унифицированные средства технологического обеспечения и организационные формы производственного процесса.
В связи с этим необходима унификация с позиций системного подхода, в основе которого лежит взаимосвязанная унификация объектов производственной цепочки "изделие - технологический процесс - технологическая система - организация производственного процесса". В машиностроительном производстве системный подход заключается в том. что для унифицированного изделия используются унифицированные средства технологического обеспечения: технологический процесс, оборудование и оснастка, рабочие места.
Анализ унификации объектов каждого звена производственной цепочки и их взаимосвязей показывает следующее.
К объектам унификации звена "изделие" относится само изделие и его составные части: агрегаты, механизмы, устройства, детали; унификация носит, как правило, отраслевой характер (унификация автомобилей, строительных машин, станков и т. п.). В отношении унификации объектов, входящих в состав изделий в качестве его элементов, можно констатировать, что чем ниже уровень объекта в иерархии элементов изделия (например, подшипники, зубчатые колеса), тем в большей степени они приобретают межотраслевой характер. Проведен сравнительно большой объем работ по унификации объектов звена "изделие", но еще остается большое количество как изделий, так и их элементов, не охваченных унификацией.
Большая работа проведена по унификации и элементов изделий на уровне механизмов и устройств (например, унификация редукторов, подшипников, на уровне деталей; зубчатых колес; крепежа и др.). Чем ниже уровень, на котором располагается элемент в иерархии элементов изделия, тем вероятнее его более широкое применение в многочисленных изделиях и тем больший эффект ожидается от унификации.
Объектами унификации звена "технологический процесс" является как сам технологический процесс, так и его составляющие - маршрутный процесс и операция.
Здесь, в отличие от звена "изделие", результаты унификации значительно скромнее; объяснить это можно огромным разнообразием технологических процессов, являющихся результатом таких объективных факторов. как разная оснащенность машиностроительных предприятий технологическим оборудованием и оснасткой, различие в объемах выпускаемой продукции в единицу времени, различие производственных условий.
Когда разрабатывается типовой или унифицированный технологический процесс, то всегда за ним закрепляется определенное технологическое оборудование. Если на предприятии этого оборудования нет, то возникает проблема в реализации процесса. С другой стороны, в повседневной практике в силу организационных причин часто возникает проблема, например, в обеспечении процесса требуемой технологической оснасткой, и тогда приходится в спешном порядке подыскивать или изготавливать другую оснастку, не заложенную унифицированным процессом, а следовательно, изменять и технологический процесс.
В отличие от изделий, которые можно унифицировать по одному - двум параметрам, унификация технологических процессов по одному - двум признакам не дает эффекта. Это связано с тем, что наличие у детали одной группы какой-либо дополнительной характеристики может не позволить применить унифицированный технологический процесс.
Это подтверждает применение типовых технологических процессов. На практике очень часто приходится при разработке рабочего технологического процесса исключать или заменять ту или иную операцию из типового процесса, не говоря уже об изменениях в режимах обработки на операциях. Учет всех существенных особенностей детали, влияющих на технологический процесс, приведет к снижению количества деталей в группе, что потребует большего числа унифицированных технологических процессов. В результате эффект от унификации получится незначительным.
Еще одной причиной, снижающей эффект унификации технологических процессов, является их невысокая устойчивость во времени из-за непрерывного развития методов изготовления и средств технологического оснащения, а также самих изготавливаемых изделий. В итоге в большей степени эффект можно ожидать от унификации маршрутных технологических процессов, отличающихся меньшим числом характеристик.
Унификация объекта звена "технологическая система" по объему и уровню близка к унификации объектов звена "изделие", гак как но ге же машины, состоящие из механизмов, устройств, деталей, подпадающие под категорию объектов звена "изделие". Все достижения в унификации последних в значительной степени справедливы и для них.
Следует отметить недостатки унификации технологических систем Например, отсутствует унификация обрабатывающих и сборочных технологических систем как самостоятельных объектов, и их подменяют станками, сборочным оборудованием, являющимися составными частями технологических систем. В результате, при проектировании технологических процессов приходится подбирать среди существующего оборудования не технологические системы, а их составные части.
Другим важным недостатком является отсутствие унификации элементов технологических систем: инструментальных наладок, приспособ лений, контрольно-измерительных устройств. В итоге это не позволяем установить связи между унифицированными объектами звеньев "техно логический процесс" и "технологическая система".
В качестве объектов звена "организация производственного процесса " можно рассматривать производственные цехи, участки, рабочие места. Объекты этого звена, как и звена "технологический процесс", оказались практически не унифицированы.
Таким образом, наблюдается разный уровень унификации звеньев производственной цепочки. Если унификация объектов звена "изделие" нашла достаточно широкое распространение, то унификация объектов звеньев "технологический процесс" и "организация производственною процесса" практически отсутствует.
Наиболее важным недостатком является отсутствие тесных связен между унифицированными объектами звеньев производственной цепоч ки. Если между объектами первых звеньев связь в какой-то мере сущсс і вуст, то дальше она практически исчезает. Например, к широко распро страненным узлам и деталям, имеющим общемашиностроительное на значение (подшипники качения, зубчатые колеса и т. п.), можно встреч и п. соответствующие унифицированные или типовые технологические про цессы и технологические средства. В других случаях эта связь проявляем ся по отдельным унифицированным параметрам, например, стандартным значениям размера диаметра отверстий деталей соответствуют размеры мерного инструмента (сверла, зенкера, развертки).
Слабые связи между унифицированными объектами звеньев можно объяснить, во-первых, отсутствием постановки такой задачи, во-вторых независимостью развития этих объектов и, в третьих, неравномерное пл.* степени унификации объектов звеньев производственной цепочки. В ИЮ r e отсутствуют тесные связи между их классификациями, которые невозможно объединить в единую систему. К примеру, при разработке типовых технологических процессов изготовления деталей они классифицируются в соответствии с конструктивными формами, требованиями к точности деталей. В свою очередь, при создании станков связь их с типовыми процессами отсутствует и станки классифицируются по методу обработки (сверлильные, фрезерные и т. п.).
При отсутствии тесных связей между унифицированными объектами звеньев производственной цепочки эффект от применения унификации будет минимальным. К примеру, если для унифицированной детали нет соответствующего унифицированного технологического процесса, то эффект от ее унификации будет только за счет снижения трудоемкости проектирования. Если же унифицированному технологическому процессу нет соответствующей унифицированной технологической системы, эффект будет только от сокращения трудоемкости проектирования процесса. В этом случае для унифицированной детали придется проектировать индивидуальный технологический процесс, а к унифицированному технологическому процессу - технологическую систему.
Следовательно, главный резерв повышения эффективности от применения унификации - обеспечение связей между унифицированными объектами производственной цепочки. Иными словами, унифицированному объекту звена "изделие" должен соответствовать унифицированный объект звена "технологический процесс", а ему - унифицированный объект звена "технологическая система" и т. д. При этом надо отметить, что на фоне непрерывного развития и усложнения техники, роста разнообразия средств ее технологического обеспечения, роль унификации чрезвычайно возрастает. Поэтому дальнейшее развитие унификации в машиностроении должно осуществляться с позиций системного подхода, ког да унификации одновременно подвергаются связанные между собой объекты всех звеньев производственной цепочки.
Системный подход базируется на установлении связей по вертикали между объектами одного звена и по горизонтали между объектами звеньев производственной цепочки, когда на каждом уровне объекту звена "изделие" должен соответствовать объект звена "технологический процесс" и т. д.
Можно предложить следующий подход к установлению указанных связей. Начинать надо с определения состава объектов каждого звена и их иерархии. При этом следует придерживаться правила, что обьект верхнего уровня представляет собой совокупность объектов предыдущего уровня.
Звено "изделие". Изделие рассматривается как объект производства и потому состав и иерархию объектов можно представить как цепочку: изделие - сборочная единица - деталь - МС - МП.
Звено "технологический процесс" можно представить цепочкой объектов: технологический процесс - операция - МТС - МТИ.
Звено "технологическая система" можно представить цепочкой объектов: технологическая система - модули функциональные технологические - МО, МИ, МПр, МКИ.
Звено "организация производственного процесса" можно представить цепочкой объектов: производственный участок - рабочее место модуль рабочего места.
Если свести все вертикальные цепочки объектов звеньев в одну схему, как это показано на рис. 1.13.5, то станут очевидными горизонтальные связи между объектами звеньев. Как следует из схемы, с понижением уровня расположения объекта снижается и уровень его сложности Таким образом, появляется зависимость степени сложности объекта от уровня его расположения.
На эффективность унификации большое влияние оказывают такие характеристики объекта как его разнообразие, устойчивость, повторяемость.
Унификация должна начинаться с обоснования выбора объекта, гарантирующего наибольший эффект.
Проблема унификации состоит еще и в том, что объект описывается некоторым множеством характеристик, и чем большее число характеристик объекта охвачено унификацией, тем ближе он будет приближаться к замещаемым объектам, но при этом будет расти и число унифицированных объектов. В связи с этим по мере роста сложности объекта растет доля частичной унификации, когда объект подвергается унификации по одной или нескольким характеристикам.
Унификация объектов звеньев производственной цепочки должна осуществляться слева направо, т. е. сначала унификации подвергается объект звена "изделие", затем объект его уровня звена "технологический процесс" и т. д.
Необходимо отметить, что уровень разнообразия объектов последующих звеньев производственной цепочки выше уровня разнообразия объектов предыдущих звеньев. Например, одному изделию соответствуе 1 несколько технологических процессов. Это связано с тем, что при выпуске изделия в разных объемах требуются разные технологические процессы. В свою очередь один и тот же технологический процесс может быть реализован с помощью разных технологических систем.
Единица |
Операции сборки |
МФТсп, МФТск |
Деталь |
Технологическая операция обработки |
МФТоо, МФТои, МФТоп, МФТок |
МС |
МТС |
МОс. МИс, МПрс. МКИс |
МП |
МТИ |
МОо, МИо, МПро. МКИо |
J Сборочная 1 Технологические |
МФТсо, МФТси, |
Я Н * (L) гД Ю |
Я Н * <и Ю о 5 Н О О X £ о е; О jS X <и ш о О. |
<и гД Ю о Ь и о "2. U к О. О |
(L) Ю о Н |
Я О. Ю о о Я о. JS X си а о О. > |
И а о С. > |
CU А о О. > |
Рис. 1.13.5. Схема связей между объектами звеньев производственной цепочки:
Модули функциональные технологические сборочной системы'. МФТсо - оборудования. МФТси - инструментальной наладки, МФТсп - приспособления, МФТск- контрольно-измерительного устройства Модули функциональные технологические обрабатывающей системы. МФТоо - станка, МФТои - инерументальной наладки, МФТоп - приспособления. МФТок - контрольно-измерительного устройства Модули получения МО. МОс сборочной машины, МИс - инструментальной наладки. МПрс - приспособления, МКИс - контрольно-измерительного устройства Модули изготовления МП: МОо - станка, МИо - инструментальной наладки, МПро - приспособления, МКИо - контрольно-измерительного устройства
Начинать реализацию системного подхода в унификации надо с объектов наименьшей сложности первого звена производственной цепочки.