Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Организационно-экономические и технологические проблемы долговечности машин 13
1.1. Долговечность изделий машиностроения 13
1.2. Организационно-экономические вопросы обеспечения и повышения долговечности изделий машиностроения 24
1.3. Обеспечение и повышение долговечности деталей машин при их проектировании и изготовлении 40
1.4. Обеспечение и повышение долговечности деталей машин в процессе реновации 53
1.5. Лазерное борохромирование как технологический метод повышения долговечности деталей машин 68
1.6. Выводы, цель и задачи исследований 76
Глава 2. Методология проведения исследований 79
2.1. Общая структура исследований. Объект исследований 79
2.2. Методика проведения теоретических и экспериментальных исследований 82
2.3. Исследуемые образцы, покрытия и технологии их получения 87
2.3.1. Образцы для проведения экспериментальных исследований 87
2.3.2. Технологии получения борохромированных слоев с использованием энергии лазерного излучения 89
2.3.2.1. Технологические особенности лазерной поверхностной обработки диффузионных покрытий 89
2.3.2.2. Технологические особенности лазерного легирования из обмазок 101
2.4. Критерии прочности получаемых модифицированных слоев деталей машин и методы их экспериментального определения 111
2.4.1. Обоснование и выбор критериев прочности модифицированных слоев 111
2.4.2. Экспериментальное определение показателей прочности модифицированных слоев 114
Глава 3. Теоретические положения организа ционно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин 126
3.1. Обоснование и выбор критериев оптимальной долговечности изделий машиностроения 126
3.2. Разработка системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин 134
3.3. Методические основы применения системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин 144
Выводы к главе 3 155
Глава 4. Организационно-технологическое обеспечение оптимальной долговечности деталей машин на этапах их жизненного цикла 157
4.1. Эксплуатационные свойства деталей машин 157
4.2. Организационное обеспечение оптимальной долговечности деталей машин на этапах их жизненного цикла 163
4.3. Инженерный анализ как элемент системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин 170
4.4. Взаимосвязь организационно-технологических мероприятий обеспечения оптимальной долговечности деталей машин на этапах жизненного цикла 179
Выводы к главе 4 184
Глава 5. Обеспечение и повышение долговечности деталей машин на стадии изготовления 185
5.1. Обеспечение оптимальной долговечности деталей машин
на стадии изготовления 185
5.2. Разработка технологий модифицирования поверхностного
слоя деталей машин, обеспечивающих повышение их долговечности 188
5.2.1. Лазерное упрочнение диффузионных борохромированных покрытий 188
5.2.2. Разработка двухкомпонентных обмазок для лазерного легирования 194
5.2.3. Имитационное моделирование формирования параметров покрытий при лазерном легировании 202
.5.2.4. Надежность обеспечения параметров покрытий при лазерном легировании из двухкомпонентных обмазок 209
5.2.5. Получение комплексных покрытий на основе соединений бора и хрома с использованием лазера 220
5.3. Технологическая наследственность при механической обработке модифицированных поверхностных слоев деталей машин, изготовленных из конструкционных сталей 229
Выводы к главе 5 238
Глава 6. Реализация результатов исследований и расчет показателей экономической эффективности 240
6.1. Разработка элементов автоматизированной системы формирования массива возможных технологических решений по оптимизации долговечности деталей машин 240
6.2. Практическое применение инженерного анализа для обеспечения оптимальной долговечности деталей машин и технологической оснастки 247
6.2.1. Разработка КОТМ по обеспечению оптимальной долговечности катка опорного круглопильного полуавтомата 247
6.2.2. Разработка КОТМ по обеспечению оптимальной долговечности призмы опорной технологической оснастки 262
6.3. Экономическая эффективность комплексного применения системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин и технологической оснастки 280
Выводы к главе 6 289
Общие выводы и результаты 291
Список использованных источников 294
Приложения 322
- Организационно-экономические вопросы обеспечения и повышения долговечности изделий машиностроения
- Методика проведения теоретических и экспериментальных исследований
- Разработка системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин
- Организационное обеспечение оптимальной долговечности деталей машин на этапах их жизненного цикла
Введение к работе
Настоящий этап развития мировой экономики характеризуется рядом специфических особенностей, наиболее существенными из которых в промышленной сфере являются:
истощение природно-сырьевой базы и дефицит энергоносителей, что заставляет на уровне государственной политики переключать внимание потребителей всех видов ресурсов на создание и использование ресурсо- и энергосберегающих технологий, а также развитие рециклинговых производств [127, 163];
сосредоточение прогрессивных промышленных технологий в ограниченном круге экономически развитых стран, в результате чего эти государства получают существенные конкурентные преимущества высокого порядка [112,124, 133,258];
стремительное изменение рыночной конъюнктуры, которое приводит к частой реструктуризации товарной номенклатуры производства и, как следствие, к необходимости сокращения длительности цикла подготовки и освоения производства [47, 84, 113, 223, 224].
Отмеченные особенности не могли не отразиться на деятельности российских предприятий. Активно развивающиеся в нашей стране рыночные отношения неуклонно ведут к интеграции в мировое промышленное производство. Однако до настоящего времени взаимодействие России с западными партнерами носит сильно деформированный характер: ограниченному импорту новых технологий противопоставлен практически бесконтрольный экспорт интеллектуальных и сырьевых ресурсов.
Неудивительно, что в таких условиях приходится говорить о катастрофическом падении конкурентоспособности продукции отечественного машиностроения. К сожалению, привычной стала ситуация, когда российские потребители предпочитают приобретать иностранные машины, хотя отечест-
венные аналоги часто не уступают и даже превосходят их по эксплуатационным показателям [190].
Основная причина сложившейся ситуации кроется в низкой надежности продукции современного российского машиностроения. Недостаточная долговечность отдельных деталей приводит к частым аварийным остановкам и незапланированным ремонтам, которые существенно увеличивают эксплуатационные расходы. Проблема усугубляется практически полным отсутствием отлаженной системы фирменного сервиса машин отечественного производства, в результате чего возникающие у потребителя сложности разрешаются непрофессионально и малоэффективно. Имеет место и экономически необоснованное повышение долговечности отдельных деталей.
У отмеченной проблемы есть и другая сторона, которая также негативно сказывается на конкурентоспособности отечественной продукции. Связана она с тем, что в условиях ограниченных финансовых ресурсов, а иногда из-за недальновидной технической политики руководителей [67], на предприятиях часто осуществляется искусственное увеличение долговечности машин сверх нормативного срока службы за счет неоправданных ремонтно-восстановительных мероприятий и модернизаций. Однако многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых однозначно доказано, что любая машина имеет определенный предел экономически целесообразного применения, по достижению которого катастрофически нарастающее число отказов приводит к существенному увеличению затрат на ее ремонт и обслуживание, включаемых в себестоимость выпускаемой продукции (выполняемых работ). А это, в итоге, подтверждает известный вывод о том, что неконкурентоспособные машины не могут создавать конкурентоспособную продукцию [124].
Следует отметить, что надежная и экономически выгодная эксплуатация машины связана, прежде всего, с определением и организационно-технологическим обеспечением оптимальных сроков службы составляющих ее элементов, которые изначально имеют различный ресурс, могут восстанавли-
ваться и заменяться при ремонте машины, а также повторно использоваться после ее утилизации. Эффективное решение здесь возможно только при комплексном и полномасштабном анализе всего жизненного цикла машины.
В связи с этим разработка научных основ и рекомендаций по применению системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин, как одно из важнейших направлений повышения конкурентоспособности продукции отечественного машиностроения, является актуальной для промышленного производства и всего национального хозяйства Российской Федерации.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является решение научной проблемы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Разработать критерий оптимальной долговечности деталей машин.
Получить целевую функцию, связывающую удельные затраты, приходящиеся на деталь с временными и техническими условиями ее функционирования в машине (или механизме).
Разработать методологию и создать комплексную систему организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности изделий машиностроения.
Разработать основы инженерного анализа деталей машин как элемента системы организационно-технологического обеспечения их оптимальной долговечности.
Разработать организационные мероприятия по обеспечению оптимальной долговечности деталей машин при их изготовлении.
Установить область эффективного применения современных технологий упрочнения и восстановления поверхностного слоя деталей в случае необходимости повышения их долговечности.
Получить математические модели, связывающие эксплуатационные свойства деталей машин с режимами лазерного борохромирования их функциональных поверхностей.
Определить надежность технологического обеспечения эксплуатационных свойств деталей машин при их упрочнении и восстановлении.
Создать автоматизированную базу данных по технологическим методам обеспечения требуемой долговечности деталей машин на этапах их изготовления и восстановления.
10. Определить экономическую эффективность внедрения разработан
ной системы организационно-технологического обеспечения оптимальной
долговечности машин в конкретных производственных условиях.Объект и методы исследований. Объектом исследований являются изделия машиностроения. Предмет исследований - оптимизация долговечности деталей машин организационно-технологическими методами.
Теоретические исследования базируются на многоаспектном и системном (конструкторском, технологическом и организационном) анализе всех стадий жизненного цикла изделий машиностроения, современных научных положениях учения об инженерии поверхности деталей машин, технологии машиностроения, организации и обслуживания производства.
Экспериментальные исследования выполнены с использованием универсального и оригинального оборудования, современных методов и средств измерений, элементов АСНИ. Натурные испытания деталей машин и технологической оснастки выполнены в лабораториях УНТИ БГТУ и на ряде промышленных предприятий.
На защиту выносятся следующие основные результаты:
1. Решение научной проблемы обеспечения оптимальной долговечности деталей машин организационно-технологическими методами, заключающееся в разработке комплексной системы, позволяющей на основе сравнительного анализа установленного срока службы машины и фактической долговечности входящих в нее деталей формировать комплексы организационно-технологических
мероприятий (КОТМ), обеспечивающих минимальные затраты на каждую из анализируемых деталей за срок службы машины с учетом возможных ремонтов, восстановлений или замен этих деталей, а также их повторного использования в конструкции новой (модернизированной) машины.
Критерий оптимальной долговечности деталей машин, связывающий совокупные затраты, приходящиеся на каждую деталь, со сроком службы машины и показателями интенсивности ее использования.
Теоретические зависимости, позволяющие определить совокупные затраты на реализацию КОТМ при различных соотношениях установленного срока службы машины и долговечности детали с целью ее оптимизации.
Содержание и методические основы проведения инженерного анализа деталей машин, направленного на выявление причин потери деталью работоспособности с целью выбора соответствующего варианта КОТМ, обеспечивающего оптимальную долговечность объекта анализа.
Методология организационно-технологического обеспечения и повышения долговечности деталей машин при их изготовлении и ремонте.
Методика разработки двухкомпонентных и комплексных составов обмазок для поверхностного лазерного легирования.
Составы обмазок, технологии лазерного поверхностного модифицирования и последующей механической обработки деталей машин, обеспечивающие повышение их долговечности.
8. Совокупность теоретико-экспериментальных зависимостей, связы
вающих прочностные показатели модифицированных поверхностей, непо
средственно влияющие на долговечность деталей машин, с условиями их ла
зерной обработки.Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Исходя из требований обеспечения конкурентоспособности продукции отечественного машиностроения определен критерий оптимальной долговечности деталей машин, учитывающий совокупные затраты, приходящие-
ся в конкретных условиях эксплуатации на соответствующую деталь за установленный срок службы машины (механизма).
Разработаны основные положения и методология применения системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин, предусматривающие возможность их конструкторской и технологической модернизации, а также применения к ним реновационных мероприятий.
Разработан новый технологический процесс лазерного борохроми-рования и последующей механической обработки деталей из конструкционных сталей.
Получены теоретические зависимости, позволяющие определить совокупные затраты на реализацию комплексов организационно-технологических мероприятий (КОТМ) по обеспечению оптимальной долговечности деталей машин в соответствии с принятым критерием и установленными ограничениями.
Разработаны новые составы обмазок для лазерного легирования, позволяющие существенно повышать долговечность деталей из различных конструкционных сталей (а.с. № 1573053, а.с. № 1607433, пат. РФ № 2345174 2007126589/02).
Разработана методология технико-экономического обоснования организационно-технологических мероприятий по обеспечению оптимальной долговечности деталей машин, позволяющих повысить эффективность основного и ремонтного производств машиностроительных предприятий.
Практическая значимость и реализация результатов работы заключаются в следующем:
1. Разработана методика проведения инженерного анализа деталей машин, являющаяся одним из основных элементов системы организационно-технологического обеспечения их оптимальной долговечности.
Разработана конструкция универсальной установки многоциклового контактного нагружения (пат. РФ № 74 200 2007127178/22), предназначенной для испытаний образцов на контактную прочность.
Разработаны рекомендации по повышению долговечности деталей машин и технологической оснастки путем создания на их функциональных поверхностях износостойких покрытий на основе соединений бора и хрома при воздействии лазерного излучения, которые заключаются в обосновании рациональных составов обмазок, режимов лазерной и окончательной механической обработок.
Сформированы графические и табличные базы данных по надежности технологического обеспечения микротвердости и контактной прочности боро-хромированных поверхностей, полученных с использованием лазерной энергии.
Разработана автоматизированная система, обеспечивающая формирование и сортировку массива возможных организационно-технологических решений, сопровождающих реализацию выбранных КОТМ по обеспечению оптимальной долговечности деталей машин.
Разработаны и экономически обоснованы КОТМ по оптимизации долговечности опорного катка круглопильного отрезного полуавтомата (годовой экономический эффект - 350,0 тыс. руб.) и деталей технологической оснастки (годовой экономический эффект - 480,0 тыс. руб.).
Комплексное применение предложенной системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин в условиях ремонтного хозяйства промышленного предприятия сопровождается ожидаемым экономическим эффектом в размере 5,0 млн. руб., а применительно к изделиям, составляющим основную номенклатуру производства -более 9,0 млн. руб. за предполагаемый период использования мероприятий.
Организационно-экономические вопросы обеспечения и повышения долговечности изделий машиностроения
Долговечность изделия, как было рассмотрено ранее, оценивается суммарной продолжительностью времени эксплуатации или объемом продукции (выполненных работ), произведенной до разрушения или другого предельного состояния изделия. Параллельное существование этих количественных измерителей вполне допустимо и не вызывает никаких противоречий. Напротив, дополняя друг друга, они позволяют более полно характеризовать долговечность изделия в целом и определить понятие оптимальной долговечности.
Действительно, при современном уровне производства и ремонта длительность эксплуатации машин может быть практически неограниченной величиной, если не считаться с экономическими соображениями. Периодическое восстановление путем ремонта отдельных деталей, составляющих машину, или замена изношенных деталей новыми создают возможность факти чески неограниченно продлевать срок службы машины. Из практики, особенно последних десятилетий, хорошо известны примеры весьма длительной эксплуатации некоторых машин, что объясняется во многих случаях не высоким качеством их изготовления (высокой долговечностью) или особыми условиями эксплуатации и обслуживания, а главным образом невозможностью по каким-либо причинам заменить их новыми.
Таким образом, увеличение долговечности машины не должно являться самоцелью, а должно выступать как средство снижения затрат живого прошлого труда на единицу продукции или работы, осуществляемой с ее помощью. Поэтому для всех машин (орудий и продуктов труда) должны быть установлены наиболее экономически эффективные пределы их сроков службы, т.е. установлена экономически оптимальная долговечность. Определение таких пределов продолжительности эксплуатации машины, при которых обеспечивается ее наиболее эффективное использование за весь период эксплуатации, и является задачей установления оптимальной долговечности данной машины. В свою очередь, оптимальная долговечность машин измеряется экономически наивыгоднейшим сроком ее службы, ограниченным одновременным влиянием материального (физического) и морального износа (рис. 1.4) [105].
Вопросам обеспечения оптимальной долговечности машин посвящено достаточно большое число работ отечественных ученых [72, 93, 105, 106, 186, 244, 251, 271]. Не удивительно, что многие из них опубликованы в 60-70-х годах прошлого столетия, когда в рамках исторического противостояния темпы развития экономик США и нашей страны были наиболее близки [53]. В этой ситуации объективной задачей развития национального хозяйства стала интенсификация всех его сфер, для чего важным было знать оптимальные сроки функционирования средств производства, определяющие экономически обоснованную периодичность модернизации и технического перевооружения.
Среди существующих подходов к анализу долговечности машин следует выделить методики, которые: 1) позволяют определять комплексный параметр, характеризующий долговечность изделия по критерию «больше - меньше»; 2) предполагающие нахождение оптимальной долговечности по какому-нибудь критерию (чаще всего затратам).
Так, профессором А.С. Прониковым [182] предлагается оценивать долговечность изделия по суммарным затратам времени (а следовательно и ресурсов) для восстановления утрачиваемой работоспособности на основе соответствующего коэффициента: где Тр — время работы машины за весь период эксплуатации; ] тпі - суммарное время простоев машины по причине отказов (ремонт, регулирование и т.п.) за весь период эксплуатации.
Коэффициент долговечности (коэффициент технического использования за весь период эксплуатации машины) является безразмерной величиной (Кд 1), и чем выше его значение, тем долговечнее машина.
Для определения Кд необходимо установить его зависимость от сроков службы деталей машины. Время простоя из-за ремонта данной детали или узла машины может быть определено где ТІ - срок службы (наработка) /-й детали (узла) машины; т{ - время (трудоемкость) ремонта z -й детали машины (узла), включая разборку, сборку и выверку. Отношение Тр/Ті показывает, сколько раз в течение периода, равного Тр, ремонтировалась данная деталь. Подставляя значение тпі в формулу (1.1), получим коэффициент долговечности, выраженный через сроки службы и трудоемкость ремонта деталей машины [182]:
При периодических ремонтах, когда одновременно ремонтируется группа деталей, под Г, понимают время до очередного ремонта и под т{ — его трудоемкость.
Из формулы (1.1) следует, что основным методом повышения долговечности машины является сокращение времени, затрачиваемого на ремонт, и повышение срока службы ее деталей. Однако при этом рассмотренная зависимость не позволяет установить взаимосвязь перечисленных временных характеристик (Гр, Г,-, ті) со стоимостными (затратами на эксплуатацию, обслуживание, ремонт, единицу продукции), которые в конечном итоге и определяют оптимальную долговечность машины в целом.
В работе [186] в качестве универсального критерия оптимальной долговечности технологических машин предлагается использовать себестоимость изготовленных с их применением изделий. В основе методики определения оптимальной долговечности лежит предположение, что долговечность ремонтируемых машин может быть физически неограниченной, однако со временем эксплуатации стоимость их технического обслуживания и ремонтов растет, а производительность падает. Тогда себестоимость единицы продукции, выпускаемой машиной при эксплуатации ее до первого капитального ремонта
Методика проведения теоретических и экспериментальных исследований
Теоретические исследования базируются на основных положениях технологии машиностроения, организации и обслуживания производства, фирменного сервиса машин, учения о формировании эксплуатационных свойств деталей машин, качества их поверхностного слоя, теории надежности, а также на применении современных математических методов.
Теоретические исследования (рис. 2.2) особенностей обеспечения оптимальной долговечности деталей машин проводились с позиций достижения заданного уровня конкурентоспособности машины, который определялся минимальными затратами за весь ее жизненный цикл, включающий следующие этапы: маркетинговые и научные исследования, опытно-конструкторские разработки; подготовка и освоение производства; изготовление; эксплуатация; ремонт (восстановление); утилизация.
Обеспечение оптимальной долговечности любой детали машины в связи с этим может рассматриваться исходя из теоретического предположения о том, что затраты на деталь данного наименования должны быть минимальны за весь срок службы машины с учетом возможной замены этой детали или ее ремонта в процессе эксплуатации, а также повторного использования в конструкции новой машины после утилизации морально устаревшей.
Для построения на основе данных теоретических положений системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин необходимо разработать концепцию применения комплексов организационно-технологических мероприятий, позволяющих обеспечить некоторое рациональное (возможно, различное для разных деталей машины) соотношение долговечности детали и срока службы всей машины. Такой подход предполагает: получение некоторой целевой функции, связывающей затраты, сопровождающие изготовление, ремонт (восстановление) и утилизацию конкретной детали машины, с условиями (временными и техническими) ее эксплуатации в машине; определение критерия оптимальности; определение области решения оптимизационной задачи и соответствующих ограничений.
Для реализации перечисленных этапов в работе использованы некоторые положения теории оптимизации [135, 193, 250]. Применяемый методический подход к расчету составляющих текущих затрат на осуществление разработанных организационных и технологических мероприятий для освоенных и новых (проектируемых) изделий машиностроения, входящих в целевую функцию, изложен в [184].
Теоретическое развитие системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин предполагает разработку и использование технологических методов, позволяющих эффективно управлять прочностными и трибологическими свойствами функциональных поверхностей деталей машин в целях обеспечения их требуемой долговечности. Это сопряжено с необходимостью получения математических моделей, связывающих эксплуатационные свойства деталей машин с условиями (режимами) их обработки. Кроме того, применяемое в работе понятие «требуемая долговечность» рассматривается не как абсолютно достижимая величина, а с позиций технологически и организационно возможного, а также экономически целесообразного приближения к ней. Поэтому весьма важным является анализ надежности обеспечения параметров, влияющих на долговечность деталей машин, различными технологическими способами. Для этого в работе широко применяются методы имитационного моделирования [51].
С технологической точки зрения применяемый в работе теоретический подход к обеспечению оптимальной долговечности деталей машин позволяет формировать их эксплуатационные свойства в процессе обработки односту-пенчато, что в настоящее время весьма актуально в связи с возможностью повышения качества машиностроительной продукции и сокращения сроков ее освоения.
В основе расчета экономической эффективности применения организационно-технологических мероприятий для обеспечения оптимальной долговечности деталей машин лежат теоретические зависимости составляющие основу методики анализа эффективности инновационных решений, рекомендованной ЮНИДО [21, 77].
Экспериментальные исследования основываются на теории планирования экспериментов [259, 268, 274], методах статистической обработки данных, использовании современной приборной базы, средств вычислительной техники и программного обеспечения.
Целью данных исследований является проверка полученных теоретических выводов и результатов, разработка рекомендаций и нормативно-справочных материалов по применению современных технологий для обеспечения оптимальной долговечности деталей машин. Методика экспериментальных исследований - двухуровневая (рис. 2.3).
Первый уровень - предварительных испытаний. Он является весьма трудоемким с точки зрения получения рационального результата. На этом этапе происходит отработка предлагаемых технологических решений (определение оптимальных режимов обработки, соотношения компонентов насыщающих сред и обмазок, наиболее действенных механизмов управления технологическими процессами). Но вместе с тем, именно на этом уровне накапливается основной объем экспериментальных данных, используемых в дальнейшем для математической обработки и получения соответствующих эмпирических зависимостей, связывающих режимы обработки с эксплуатационными показателями деталей.
Разработка системы организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин
На базе рассмотренного в предыдущем параграфе подхода предлагается система организационно-технологического обеспечения оптимальной долговечности деталей машин [235], в основе которой лежит сравнение исходной фактической (расчетной) долговечности детали (7 ) с установленным сроком службы машины (Тм). Рассмотрим основные варианты реализации положений этой системы (рис. 3.3).
Если долговечность отдельных деталей превышает установленный срок службы машины в целом более чем в 2 раза, то необходим анализ возможности их использования в новых (модернизированных) машинах при утилизации морально устаревших. При невозможности применения такого подхода целесообразно идти по пути уменьшения их долговечности за счет снижения затрат на изготовление (использование более дешевого материала, снижение требований конструктора по точности размеров и качеству поверхностей). Это позволяет утверждать, что предприятию-производителю машин экономически выгодно взять на себя утилизацию собственных изделий.
В пользу этого вывода говорит тот факт, что с середины 90-х годов прошлого столетия по инициативе трех крупнейших фирм-производителей автомобилей: Chrysler, GM, Ford в США появилась новая отрасль - рецик-линговая индустрия, позволяющая повторно и многократно использовать уже бывшие в эксплуатации детали машин и приносящая большие прибыли производителям техники. Повторно используется почти 75 % каждого вновь выпущенного американского автомобиля. По данным специалистов германского «BMW» рецикличные запасные части (детали) до начала нового тысячелетия уже составляли 80 % от общей массы автомобилей этой марки, в ближайшие годы это значение может быть доведено до 95 % [127].
Если же долговечность детали превышает установленный срок службы всей машины менее чем в 2 раза, то необходим анализ целесообразности повышения ее долговечности при проектировании и изготовлении с целью возможного дальнейшего применения процедуры рециклинга. В противном случае задача сводится к изготовлению детали с наименьшими затратами.
Соотношение Тр « Тм представляется наиболее оптимальным (в этом случае максимально реализуется принцип равнонадежности элементов конструкции), но, к сожалению, далеко не всегда выполнимым.
В случае, когда долговечность детали превышает половину ресурса машины, целесообразно рассмотреть вопрос о повышении ее до срока службы машины Тм за счет применения комплексного подхода, как на стадии проектирования (конструкторская модернизация), так и на стадии изготовления (технологическая модернизация).
Если долговечность детали не превышает половины срока службы машины, следует предусмотреть возможность ее ремонта (восстановления) или замены. Характер конкретного принимаемого решения должен определяться сравнением себестоимости изготовления с затратами на ремонт узла или детали. При этом не следует забывать, что реновация изделий не требует выполнения всех предшествующих технологических переделов, связанных с добычей и переработкой сырья, производством материала и изготовлением заготовок. А это в конечном итоге позволяет не только экономить ресурсы в национальном масштабе, но и снижать экологическую нагрузку на окружающую среду [12]. По данным [163] на запасные части сейчас расходуется до 40 % всего выплавляемого в стране черного металла, третья часть цветного металла и пластмасс. В то же время более 80 % изношенных деталей, которые можно за 10...40 % первоначальной стоимости восстановить под номинальные размеры, выбрасываются безвозвратно или частично поступают на переплавку.
Вместе с тем, следует заметить, что в обоих случаях себестоимость изготовления новой детали или ее реновации в условиях специализированного предприятия-производителя машин, т.е. фактически в условиях серийного выпуска, будет существенно ниже, чем у предприятий-потребителей, эксплуатирующих машину, что, в свою очередь, свидетельствует об экономической целесообразности закрепления за производителем ремонта и восстановления собственных изделий. Такой подход используется многими зарубежными компаниями в виде организованного фирменного сервиса машин.
Все отмеченные принципиальные мероприятия, предусматриваемые рассматриваемой системой, направлены на создание оптимальных условий для перехода изделия (детали) из некоторого k-то фактического (к = 1...4, рис. 3.4) в /-е возможное рациональное состояние (/ = 5, 6, 7, рис. 3.4). При этом, очевидно, корректно рассматривать не абсолютное достижение какого-либо /-го рационального состояния (что с практической точки зрения маловероятно), а лишь технологически и организационно возможное и экономически целесообразное приближение к нему.
Организационное обеспечение оптимальной долговечности деталей машин на этапах их жизненного цикла
Важное значение для обеспечения рассмотренного в п. 4.1 тождества (4.1) играют организационные факторы, которые в конечном итоге направлены на создание необходимой, эффективно функционирующей, производственной инфраструктуры поддержки технических решений по обеспечению оптимальной долговечности деталей машин на всех стадиях их жизненного цикла.
Главные задачи организационного обеспечения жизненного цикла изделий машиностроения заключаются в следующем: 1. Выявление и устранение препятствий (в том числе административного характера), приводящих к изоляции отдельных этапов жизненного цикла изделий [34, 203]. 2. Формирование (оптимизация) организационной структуры предприятия, ориентированной на поддержку всех стадий жизненного цикла выпускаемой им продукции [113, 199]. 3. Выявление и своевременная ликвидация слабых мест в цепи трансформации РП - {3f} [98, 230, 232, 234]. 4. Установление эффективной обратной связи между этапами жизненного цикла выпускаемой продукции [52, 213]. 5. Накопление и систематизация необходимых информационных материалов по всем стадиям жизненного цикла выпускаемой продукции. 6. Создание объективных условий эффективного внедрения информационных технологий интегрированной поддержки жизненного цикла изделий (ИПИ-технологий) [223, 224]. Система организационных мероприятий, применяемая к изделиям машиностроения на отдельных этапах их жизненного цикла, приведена на рис. 4.2. Рассмотрим ее отдельные элементы. Организационная проблема этапа проектирования как части жизненного цикла продукции связана с тем, что часто специалисты проектных подразделений оказываются «оторванными» от процесса использования изделия, в связи с чем: - регламентированные ими правила эксплуатации, технического обслуживания и ремонта (ТОиР) могут выполняться потребителем некорректно; - отсутствует информация о критичной оценке потребителями заложенных в изделии потребительских свойств (т.е. не создаются условия для объективной проверки неравенства (4.5)).
Таким образом, замысел изделия и его практическая реализация оказываются в двух различных, слабо связанных между собой сферах интересов. Основное направление устранения этого противоречия связано с установлением неформального авторского надзора за находящейся у потребителя продукцией не только со стороны специалистов служб сервисного обслуживания, но и со стороны конструкторских подразделений. Это позволит, с одной стороны, получить всестороннюю оценку спроектированной и изготовленной продукции, а с другой, поспособствует накоплению необходимого статистического материала по долговечности отдельных деталей и машины в целом. В результате будут созданы объективные предпосылки к обоснованному назначению (или корректировке) эксплуатационных показателей машин и их элементов.
Одним из основных и очевидных условий обеспечения требуемых эксплуатационных свойств изделий при изготовлении является строжайшее соблюдение технологической дисциплины. Организационно это может быть обеспечено путем устранения возможных объективных и субъективных факторов, вызывающих технологические отклонения.
В первом случае оптимизирующие мероприятия могут быть связаны с переводом рабочих, непосредственно изготавливающих изделия, на повременную форму оплаты труда и созданием условий для их материальной заинтересованности в выпуске качественной продукции. Такой подход позволит поста вить вопросы обеспечения технологической дисциплины на первое место (что изначально заложено в принципы эффективного производства [273]) и рассматривать их решение как основное направление совершенствования производства в тесной связи с личной заинтересованностью работающих.
Следует заметить, что выполнение данного организационного условия сопровождается сравнительно невысокими сопутствующими затратами, но требует повышения роли руководителей (прежде всего мастеров, начальников участков) и специалистов (технологов) в осуществлении соответствующих мероприятий. Названным работникам кроме ответственности за качественную подготовку и выполнение определенной части производственного процесса (что является их функциональными обязанностями) должны быть переданы определенные полномочия, предоставлен статус независимости принимаемого решения (в пределах компетенции) и возможность использования определенных ресурсов (прежде всего стимулирующего характера).
Влияние объективных факторов, вызывающих нарушение требований технологической дисциплины производства, может быть максимально ограничено путем реализации следующих основных организационных мероприятий:
1. Паспортизация технологического оборудования и периодическая аттестация рабочих мест. Строгий контроль за обеспечением рабочих мест комплектом технологической документации и адекватными средствами технологического оснащения.
2. Использование систем активного контроля за состоянием инструмента, а также адаптивных систем. Обеспечение принудительной смены инструмента через строго регламентированные периоды времени.
3. Строгое соблюдение требований системы технического обслуживания и ремонта. При эксплуатации автоматического и автоматизированного оборудования обязанности по техническому обслуживанию (смена инструмента, подналадка и др.) должны быть возложены исключительно на специально подготовленного работника соответствующего квалификационного уровня.
Похожие диссертации на Организационно-технологическое обеспечение оптимальной долговечности деталей машин
