Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. цель и задачи исследования... 18
1.1 Анализ существующих видов технологичности конструкции изделий
1.2 Анализ существующих видов и способов оценки технологичности конструкции изделии
1.3 Анализ существующих показателей технологичности конструкции изделий
1.3.1 Определение основных показателей технологичности конструкции изделия 23
1.3.2 Определение дополнительных показателей технологичности конструкции изделия 25
1.3.3 Определение комплексных показателей технологичности конструкции изделия
1.4 Анализ опыта повышения эффективности ТПП на этапе отработки конструкторской документации на производственную технологичность 37
1.5 Выводы
1.6 Постановка цели и задач исследования
2 Постановка задачи оптимизации процесса отработки конструкции изделия на производственную технологичность 47
2.1 Факторный анализ производственной технологичности конструкции изделия 47
2.1.1 Выявление и статистический анализ факторов влияющих на производственную технологичность конструкции изделия 48
2.1.2 Классификация факторов определяющих производственную технологичность конструкции изделий по видам и управляемости. Определение их формализованное степени влияния на производственную технологичность конструкции изделии 51
2.2 Постановка задачи оптимизации процесса отработки конструкции изделия на производственную технологичность 57
2.2.1 Выбор целевой функции, критериев оптимизации процесса отработки конструкции изделия на производственную технологичность 57
2.2.2 Исследование составляющих целевой функции процесса отработки конструкции изделия на производственную технологичность 59
2.2.3 Описание ограничений модели процесса отработки конструкции изделия на производственную технологичность...
2.2.4 Постановка задачи оптимизации процесса отработки конструкции изделия на производственную технологичность..
2.3 Выбор методов решения
2.4 Выводы
3 Разработка и оптимизация математической модели производственной технологичности конструкции изделия 69
3.1 Разработка математической модели производственной технологичности конструкции изделия 69
3.2 Оптимизация математической модели конструкторско-технологической реализации изделия с точки зрения производственной технологичности 79
3.3 Выводы
4 Разработка программно-методического комплекса (ПМК) для оптимизации тпп на этапе отработки конструкции изделия на производственную технологичность 86
4.1 Описание программно-методического комплекса
4.1.1 Описание программы для ЭВМ «Автоматизированная Система Технологической Подготовки Производства Авиационных Редукторов и Трансмиссий» 87
4.1.2 Описание структуры и схема взаимосвязей ПМК
4.2 Выводы и рекомендации по использованию ПМК
5 Повышение эффективности технологической подготовки производства на основе оптимизации производственной технологичности конструкции изделия с помощью программы для ЭВМ
5.1 Примеры оптимизации производственной технологичности конструкции изделий
5.1.1 Оптимизация производственной технологичности конструкции агрегатов хвостовой трансмиссии вертолётов классаМи 17
5.1.2 Оптимизация производственной технологичности конструкции агрегатов трансмиссии вертолёта «Ансат»
5.1.3 Оптимизация производственной технологичности конструкции агрегатов трансмиссии вертолёта «Ми-28Н»
5.2 Результаты внедрения ПМК и входящей в него программы для ЭВМ «Автоматизированная Система Технологической Подготовки Производства Авиационных Редукторов и Трансмиссий» 134
Заключение 136
Список использованных источников 137
Приложения 142
- Определение дополнительных показателей технологичности конструкции изделия
- Выявление и статистический анализ факторов влияющих на производственную технологичность конструкции изделия
- Оптимизация математической модели конструкторско-технологической реализации изделия с точки зрения производственной технологичности
- Описание программы для ЭВМ «Автоматизированная Система Технологической Подготовки Производства Авиационных Редукторов и Трансмиссий»
Введение к работе
В настоящее время, чтобы предприятие приносило прибыль в условиях рынка, необходимо постоянно совершенствовать освоенные виды продукции и осваивать производство всё новых и новых изделий. Причём, чтобы изделие обеспечило экономический эффект, его производство необходимо осваивать, затрачивая как можно меньше времени и средств на технологическую подготовку производства (Ті Ш) при обеспечении высоких показателей качества изделия.
Итак, речь пойдет о технологичности конструкции изделия (ТКИ) — совокупности свойств конструкции изделия (КИ), определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для заданных показателей качества, объёма выпуска и условий выполнения работ [19].
Условно различают технологичность производственную и эксплуатационную.
К производственной технологичности относят трудоёмкость изготовления; материалоёмкость; технологическую себестоимость; массу; коэффициенты точности, шероховатости, унификации, стандартизации и т. д. К эксплуатационной технологичности относят ремонтопригодность; восстанавливаемость; приспособленность к человеку, в том числе удобство и безопасность обслуживания, и требуемый уровень подготовки обслуживающего персонала; дефицитность и нормы расходования эксплуатационных материалов; степень воздействия объекта на окружающую среду; возможности консервации, хранения, транспортирования и др. Как видите, проблема технологичности — обширна и трудоемка. Мероприятия по обеспечению технологичности конструкции изделия (детали) проводятся на всех стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации изделия.
7 При этом возникает проблема оценки уровня технологичности изделия.
ГОСТ 14.202-83 устанавливал два вида оценки технологичности: качественную и количественную. Как правило, качественная оценка конструкции изделия проводится перед количественной, чтобы отсеять заведомо нетехнологичные варианты конструкции и снизить затраты времени на количественную оценку технологичности. Качественная оценка технологичности конструкции изделия проводится по принципу «хорошо-плохо» и требует от конструктора и технолога применения всего накопленного опыта и профессионализма. Эта оценка является субъективной и не всегда оказывается достоверной. Количественная оценка технологичности проводится для выяснения уровня достигнутых показателей технологичности, для сравнения двух конкурирующих вариантов конструкции изделия (детали).
За последние 10 лет бурно развивалась вычислительная техника и информационные технологии. В связи с этим большинство этапов проектирования изделия в настоящее время автоматизировано и производится с помощью ЭВМ. Что касается технологичности, то здесь на ЭВМ реализован расчёт отдельных показателей технологичности. В целом же процесс оценки технологичности конструкции изделия не формализован, особенно это касается качественной оценки технологичности. Эта проблема актуальна, так как оценка технологичности — это требующий больших затрат времени и труда процесс, а применение ЭВМ позволит резко сократить длительность и трудоёмкость этого процесса. Это позволит также объективно оценивать уровень технологичности изделия, основываясь на всём накопленном предприятием опыте, а не конкретно взятого человека.
Таким образом, существует научная проблема, заключающаяся в отсутствие научных знаний, необходимых для оптимизации процесса
8 отработки КИ на производственную технологичность и разработки
программно-методического комплекса (ПМК).
Научная новизна темы состоит в создании методики оптимизации
процесса отработки КИ на производственную технологичность, где
разработка математической модели и ее оптимизация осуществляются с
использованием теории нечётких множеств [131. В известных видах и
способах оценки ТКИ констатировалось влияние на ТКИ тех или иных
изменений КИ, а задача оптимизации процесса отработки КИ на
производственную технологичность вообще не ставилась в виду её
неформализованности и, как следствие, решение об изменении КИ
принималось после качественной оценки ТКИ [2] без проведения
количественной.
В то же время, развитие научных знаний в области математического моделирования, сочетаясь с накопленными знаниями по технологии машиностроения, позволяет применить современные математические методы для разработки математической модели конструкции изделия и оптимизации процесса отработки КИ на производственную технологичность.
Практическая значимость темы состоит в научном обосновании ПМК, предназначенного для совершенствования следующих выходных параметров: повышения качества отработки КИ на производственную технологичность за счёт принятия оптимальных решений; снижения временных затрат на отработку ТКИ, подбор необходимой оснастки, оборудования и проектирование технологических процессов за счёт автоматизации ряда задач (подбор конструкторско-технологических решений, подбор соответствующей технологической оснастки и другое); снижения трудоёмкости изготовления изделия за счёт сокращения номенклатуры деталей, заготовок и необходимой оснастки; снижения затрат на приобретение нового оборудования за счёт оптимальной унификации
9 конструктивных элементов и соответствующего увеличения коэффициента
закрепления операций. Наряду с этим, научные результаты послужат для
дальнейшей разработки данной темы (оптимизации процесса отработки КИ
на ремонтную технологичность).
В области отработки КИ на технологичность работало много
выдающихся специалистов и разработаны различные методики оценки
технологичности, позволяющих частично решить многие задачи,
возникающие в процессе отработки КИ на технологичность.
А.Н. Балабанов и др. [9], [17], [18], считают, что количественно оценивать технологичность конструкции достаточно по одному показателю — материалоёмкости. Автор считает, что только по одному показателю (материалоёмкости) с достаточной степенью точности можно определять технологичность конструкции изделия в целом, начиная со стадии технического предложения; на основе данных о технологичности следует решать вопрос о дальнейшей разработке и постановке изделия на производство. В результате такого подхода методика количественной оценки технологичности сводится к расчёту материалоёмкости, что не эффективно и в ряде случаев не целесообразно.
Работы И.А. Леонтьев [27] и других авторов [7,14,20,21] направлены на более комплексную оценку. Они вводят своё понятие и критерий технологичности конструкции изделия, как свойства, отражающего влияние особенностей конструкции на затраты труда при изготовлении или эксплуатации изделия. Для сравнения вариантов конструкций и выбора наиболее технологичного варианта авторы устанавливают качественный критерий технологичности — простота конструкции. Противоположным полюсом простоты устанавливается сложность — понятие, широко используемое в производственной практике (сложное приспособление, группа ремонтной сложности станка и т. п.). Сложность связана с
10 количеством разнообразия. Чем больше неидентичных элементов, тем
сложнее объект. Таким образом смысл критерия технологичности
конструкции детали рассматривается как интенсивность затрат труда на
единицу площади поверхности. Чем выше уровень затрат на единицу
площади поверхности, тем выше уровень технических требований к
изготовлению детали, тем сложнее технологический процесс её
изготовления. К сожалению предложенный авторами критерий оценки
технологичности не позволяет формализовать качественную оценку ТКИ и
практически позволяет оценить технологичность деталей, но не сборочных
единиц.
Научные разработки В.Г. Кононенко, С.Г. Кушнаренко, М.А. Прялина [26,39] и др. [5, 6,21,3] максимально направлены на количественную оценку технологичности. Основной целью технических решений по обеспечению технологичности констр)тошй, по мнению авторов, является создание предпосылок рационального использования различных видов ресурсов в процессе разработки, изготовления и эксплуатации изделий с учётом конкретных особенностей производства и условий эксплуатации. Отработка конструкции изделия на технологичность осуществляется комплексно: на уровне деталей, сборочных единиц и изделия в целом. Авторами разработана система показателей количественной оценки технологичности и даны рекомендации по их использованию при оценке технологичности изделий, сборочных единиц и деталей. Приводятся рекомендации по использованию ЭВМ при оценке технологичности констр>тший. Однако авторы не формализуют качественную оценку ТКИ. Предложенная ими методика оценки по количественным показателям не позволяет оптимизировать
процесс ОКИ на ПТ.
Наибольший вклад в развитие отработки конструкции изделия на технологичность, как с научно-методологической, так и с практической точек
зрения внес, по моему мнению, Ю.Д. Амиров [2, 3, 4]. Вместе с другими авторами [15, 16, 25, 48, 49] он систематизировал отработку КИ на технологичность по этапам жизненного цикла изделия от эскизного проекта до эксплуатации и ремонта. Представил роль ОКИ на ПТ не только в технологической подготовке производства, но и в системе качества. Предложенные Ю.Д. Амировым показатели и способы оценки ТКИ основываются на ГОСТ 14.201-83, одним из разработчиков которого он является. Работы, выполненные Ю.Д. Амировым объясняют, как наиболее полно выполнить количественную оценку ТКИ, но не позволяют в полной мере формализовать и оптимизировать ОКИ на ПТ.
Как видно при рассмотрении литературных источников, задача формирования в процессе отработки оптимальной КИ с точки зрения технологичности не была решена в полной мере с учётом взаимодействия всех технологических, конструктивных и организационно-экономических факторов, а задача огггимизации отработки КИ на производственную технологичность не ставилась.
Таким образом, к настоящему времени научная проблема оптимизации процесса отработки КИ на производственную технологичность не была решена, и существует актуальная необходимость её решения.
Объект исследования - технологическая подготовка производства
(ТПП).
Предметом исследования является процесс отработки конструкции
изделия на производственную технологичность.
Цель работы - повышение эффективности ТПП на основе оптимизации процесса отработки КИ на производственную технологичность.
Задачи:
1. Определить комплекс факторов, влияющих на производственную
технологичность КИ и создать схему их взаимодействия.
Поставить задачу оптимизации процесса отработки КИ на производственную технологичность (описать объект оптимизации, разработать целевую функцию оптимизации, определить методы решения задачи).
Создать математическую модель КИ с точки зрения технологической реализации в форме нечёткого множества.
Представление модели КИ в форме НМ позволит полностью формализовать процесс отработки КИ на производственную технологичность и облегчит его автоматизацию; позволит формализовать качественную оценку производственной технологичности КИ и вывести нечёткие отношения для определения критерия оптимальности.
4. Определить критерий оптимальности модели КИ с точки зрения
производственной технологичности и вывести расчётные зависимости
для его определения.
5. Построить алгоритм оптимизации КИ с точки зрения производственной
. технологичности.
Создать программно-методический комплекс (ПМК) для оптимальной отработки КИ на производственную технологичность
Провести внедрение ПМК в производственных условиях. Научная новизна исследования:
На основании факторного анализа процесса отработки КИ на производственную технологичность и структурного анализа конструкторско-технологических решений разработана математическая модель КИ с точки зрения производственной технологичности в форме нечёткого множества, позволившая полностью формализовать, оптимизировать процесс отработки КИ на производственную технологичность и представить его в виде алгоритма. На основании данного алгоритма разработан многофункциональный программно-методический комплекс, позволяющий в
13 том числе выполнить оптимальную отработку КИ на производственную
технологичность;
Практическая значимость исследования:
Программно-методический комплекс по отработке КИ на производственную технологичность, созданный на научной основе комплексного подхода к разработке математической модели КИ с точки зрения производственной технологичности и ее оптимизации, использован в следующих областях практической деятельности:
на предприятии ОАО «Авиационные редуктора и трансмиссии -Пермские Моторы», где на основе ПМК выполняется отработка КИ на производственную технологичность, осуществляется автоматизированный подбор оснастки и разработка технологических процессов, в том числе в качестве апробации ПМК - девять различных по конструкции деталей и сборочных единиц, что дало значительный экономический эффект.
в учебном процессе на кафедре «Технология машиностроения» Пермского государственного технического университета (ПГТУ) при проектировании курсовых и дипломных проектов;
Апробация результатов исследования проводилась:
в научной деятельности - в выступлениях на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях с опубликованием тезисов докладов в сборниках НТК; на научных семинарах кафедр «Технология машиностроения», «Математическое моделирование» ПГТУ; в публикациях результатов исследований в научных журналах и сборниках научных трудов.
в практической деятельности - в учебном процессе в ПГТУ при изучении дисциплин, проектировании курсовых и дипломных проектов и при создании методических разработок; на предприятии при проектировании технологических процессов механической обработки деталей; в Федеральной
14 службе России по интеллектуальной собственности, патентам и товарным
знакам при регистрации ПМК (Свидетельство №2005613128 от 30 ноября
2005 г.);
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 6 статей в сборниках научных трудов и научных журналах, 4 тезиса в сборниках НТК и свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.
На защиту выносятся:
математическая модель КИ с точки зрения технологической реализации в форме нечёткого множества,
полностью формализованный и оптимизированный процесс отработки КИ на производственную технологичность в виде алгоритма,
многофункциональный программно-методический комплекс, позволяющий в том числе выполнить оптимальную отработку КИ на производственную технологичность;
Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы на 50 наименования и 3 приложений. Содержит 137 страниц печатного текста, 27 рисунков, 16 таблиц, 3 приложения.
В первой главе приводится анализ существующих видов технологичности, видов и способов её оценки при отработке и используемые при этом показатели. Анализируются достоинства и недостатки стандартной методики отработки КД на производственную технологичность согласно ГОСТ 14.201-83 и другие, предложенные различными авторами, с позиции необходимости оптимизации данного процесса.
В результате анализа этих методик сделан вывод, что качественный способ оценки производственной технологичности КИ остаётся пока не формализованным. Что приводит к неоптимальной ОКИ на ПТ, снижая этим эффективность ПШ.
15 В конце первой главы формулируются цель и основные задачи работы. Во второй главе для выявления факторов, влияющих на производственную технологичность КИ выполняется статистический анализ причин замечаний, выданных при ОКИ на ПТ. Выявленные конструктивные, технологические и организационно-экономические факторы определяющие производственную технологичность конструкции изделий классифицируются по видам и управляемости. Определяется их формализованность, степень влияния на производственную технологичность конструкции изделий и схема взаимодействия. Для выявления и анализа факторов использовались методики факторного и структурного анализа [1,10,24].
Затем впервые ставится задача оптимизации процесса ОКИ на ПТ: в общем виде описывается объект оптимизации - модель процесса ОКИ на ПТ, как совокупность работ направленных на достижение оптимальности КИ при выполнении всех заданных конструктивных, технологических и экономических условий; выбирается целевая функция оптимизации (ЦФО) -технологическая себестоимость изделия, поскольку она учитывает трудоёмкость изготовления, затраты на материал, спец. оснастку и оборудование; каждая из составляющих ЦФО исследуется на зависимость от факторов, влияющих на ПТ КИ. Определяется критерий оценки - уровень технологичности по себестоимости и делается вывод о невозможности оценки влияния выявленных факторов на ПТ КИ без перевода качественного вида оценки ПТ КИ в количественный; выбирается метод решения задачи оптимизации процесса ОКИ на ПТ - представление модели КИ в виде нечёткого множества конструкторско-технологических решений степень влияния выявленных факторов, на которую, выражено через соответствующие функции принадлежности.
Третья глава начинается с описания математической модели КИ. Для представления математической модели КИ разработаны: математическая
модель количественного состава деталей и сборочных единиц в изделии; математическая модель конструкторско-технологической реализации детали; математическая модель конструкторско-технологической реализации сборочной единицы; функции принадлежности, определяющие влияние на математическую модель КИ факторов конструктивной группы; функции принадлежности, определяющие влияние на математическую модель КИ факторов технологической группы;
Для разработки математической модели КИ использовались положения
теории нечётких множеств [13, 8,40].
Разработанная с помощью теории нечётких множеств модель КИ позволяет последовательно оптимизировать процесс отработки конструкции изделия на производственную технологичность по ступеням:
- при определении количественного состава деталей и сборочных
единиц в изделии;
- при отработке конструкции агрегатов, узлов и сборочных единиц на
производственную технологичность;
- при отработке деталей на производственную технологичность.
Далее в третьей главе выводятся числовые зависимости для расчёта с
помощью модели КИ приведённой себестоимость производства отрабатываемого изделия и вариантов, КИ предлагаемых на выполнения условий оптимизации. В конце главы приводится и описывается алгоритм комплексной многоуровневой оптимизации модели КИ.
В четвёртой главе описывается программно-методический комплекс одной из возможностей которого, является оптимальная ОКИ на ПТ. Представлена модульная структура ПМК. Подробно разбирается структура модуля для формализации модели КИ, управляющих и выходных данных, приводятся примеры существующих баз данных. Даются рекомендации по использованию ПМК. Для создания программного обеспечения
17 использовалась специальная литература по программированию [50] и
справочная система Microsoft Windows.
В пятой главе приводятся примеры оптимизированной ОКИ на ПТ для 9 деталей и сборочных единиц авиационного машиностроения. Подробно разбираются изменения по отношению к стандартизованной методике ОКИ на ПТ для двух наиболее характерных деталей и приведен экономический эффект для каждой из деталей. Результаты оптимизации для всех тестируемых деталей сведены в общую таблиц}'.
Для сравнения оптимизация проводилась по приведённой себестоимость производства отрабатываемого изделия.
В заключении описываются основные результаты работы, предлагаются направления дальнейшей разработки темы.
В приложениях приводится: копия свидетельства №2005613128 об официальной регистрации программы для ЭВМ «Автоматизированная система технологической подготовки производства авиационных редукторов и трансмиссий» («АСТПП АРиТ») [45]; копия акта внедрения; копия выписки из протокола №1 заседания Научно-технического совета ОАО
«Редуктор ПМ».
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю заслуженному работнику высшей школы РФ, канд. техн. наук, профессору Евсину Евгению Афанасьевичу, а также особую благодарность за консультации по технологической и организационной части д-ру техн. наук, профессору Макарову Владимиру Фёдоровичу, за консультации по математическому моделированию д-ру физико-матем. наук Гитману Михаилу Борисовичу.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
В соответствии с выявленной во введении актуальностью проблемы и поставленной целью работы проведём анализ существующих процессов отработки КИ на технологичность, видов и способов оценки технологичности конструкции изделий, применяемых показателей. Для решения выявленных во введении производственных и научных проблем процесс отработки должен удовлетворять следующим требованиям:
отработанная КИ должна обеспечить максимальную приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве для заданных показателей качества, объёма выпуска и условий выполнения работ;
методика отработки должна обеспечивать построение оптимальной КИ с точки зрения производственной технологичности;
методика отработки должна позволять автоматизацию возникающих при отработке задач.
Как уже отмечалось, требования обеспечения заданных показателей качества изделия при оптимальных затратах и существующих условиях выполнения работ обуславливает необходимость оптимизации при выборе решения. Для выбора оптимального решения необходим учёт всех конструктивных, технологических и организационно-экономических факторов, действующих на производственную технологичность КИ во взаимодействии.
Таким образом, методики отработки КИ на производственную технологичность необходимо рассмотреть с позиции учёта факторов производства и программной реализации методики (решение проблем автоматизации отработки).
Определение дополнительных показателей технологичности конструкции изделия
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 6 статей в сборниках научных трудов и научных журналах, 4 тезиса в сборниках НТК и свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.
На защиту выносятся: - математическая модель КИ с точки зрения технологической реализации в форме нечёткого множества, - полностью формализованный и оптимизированный процесс отработки КИ на производственную технологичность в виде алгоритма, - многофункциональный программно-методический комплекс, позволяющий в том числе выполнить оптимальную отработку КИ на производственную технологичность; Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы на 50 наименования и 3 приложений. Содержит 137 страниц печатного текста, 27 рисунков, 16 таблиц, 3 приложения. В первой главе приводится анализ существующих видов технологичности, видов и способов её оценки при отработке и используемые при этом показатели. Анализируются достоинства и недостатки стандартной методики отработки КД на производственную технологичность согласно ГОСТ 14.201-83 и другие, предложенные различными авторами, с позиции необходимости оптимизации данного процесса.
В результате анализа этих методик сделан вывод, что качественный способ оценки производственной технологичности КИ остаётся пока не формализованным. Что приводит к неоптимальной ОКИ на ПТ, снижая этим эффективность ПШ. В конце первой главы формулируются цель и основные задачи работы. Во второй главе для выявления факторов, влияющих на производственную технологичность КИ выполняется статистический анализ причин замечаний, выданных при ОКИ на ПТ. Выявленные конструктивные, технологические и организационно-экономические факторы определяющие производственную технологичность конструкции изделий классифицируются по видам и управляемости. Определяется их формализованность, степень влияния на производственную технологичность конструкции изделий и схема взаимодействия. Для выявления и анализа факторов использовались методики факторного и структурного анализа [1,10,24].
Затем впервые ставится задача оптимизации процесса ОКИ на ПТ: в общем виде описывается объект оптимизации - модель процесса ОКИ на ПТ, как совокупность работ направленных на достижение оптимальности КИ при выполнении всех заданных конструктивных, технологических и экономических условий; выбирается целевая функция оптимизации (ЦФО) -технологическая себестоимость изделия, поскольку она учитывает трудоёмкость изготовления, затраты на материал, спец. оснастку и оборудование; каждая из составляющих ЦФО исследуется на зависимость от факторов, влияющих на ПТ КИ. Определяется критерий оценки - уровень технологичности по себестоимости и делается вывод о невозможности оценки влияния выявленных факторов на ПТ КИ без перевода качественного вида оценки ПТ КИ в количественный; выбирается метод решения задачи оптимизации процесса ОКИ на ПТ - представление модели КИ в виде нечёткого множества конструкторско-технологических решений степень влияния выявленных факторов, на которую, выражено через соответствующие функции принадлежности.
Третья глава начинается с описания математической модели КИ. Для представления математической модели КИ разработаны: математическая модель количественного состава деталей и сборочных единиц в изделии; математическая модель конструкторско-технологической реализации детали; математическая модель конструкторско-технологической реализации сборочной единицы; функции принадлежности, определяющие влияние на математическую модель КИ факторов конструктивной группы; функции принадлежности, определяющие влияние на математическую модель КИ факторов технологической группы;
Для разработки математической модели КИ использовались положения теории нечётких множеств [13, 8,40]. Разработанная с помощью теории нечётких множеств модель КИ позволяет последовательно оптимизировать процесс отработки конструкции изделия на производственную технологичность по ступеням: - при определении количественного состава деталей и сборочных единиц в изделии; - при отработке конструкции агрегатов, узлов и сборочных единиц на производственную технологичность; - при отработке деталей на производственную технологичность. Далее в третьей главе выводятся числовые зависимости для расчёта с помощью модели КИ приведённой себестоимость производства отрабатываемого изделия и вариантов, КИ предлагаемых на выполнения условий оптимизации. В конце главы приводится и описывается алгоритм комплексной многоуровневой оптимизации модели КИ. В четвёртой главе описывается программно-методический комплекс одной из возможностей которого, является оптимальная ОКИ на ПТ. Представлена модульная структура ПМК. Подробно разбирается структура модуля для формализации модели КИ, управляющих и выходных данных, приводятся примеры существующих баз данных. Даются рекомендации по использованию ПМК. Для создания программного обеспечения использовалась специальная литература по программированию [50] и справочная система Microsoft Windows. В пятой главе приводятся примеры оптимизированной ОКИ на ПТ для 9 деталей и сборочных единиц авиационного машиностроения. Подробно разбираются изменения по отношению к стандартизованной методике ОКИ на ПТ для двух наиболее характерных деталей и приведен экономический эффект для каждой из деталей. Результаты оптимизации для всех тестируемых деталей сведены в общую таблиц} . Для сравнения оптимизация проводилась по приведённой себестоимость производства отрабатываемого изделия. В заключении описываются основные результаты работы, предлагаются направления дальнейшей разработки темы. В приложениях приводится: копия свидетельства №2005613128 об официальной регистрации программы для ЭВМ «Автоматизированная система технологической подготовки производства авиационных редукторов и трансмиссий» («АСТПП АРиТ») [45]; копия акта внедрения; копия выписки из протокола №1 заседания Научно-технического совета ОАО «Редуктор ПМ».
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю заслуженному работнику высшей школы РФ, канд. техн. наук, профессору Евсину Евгению Афанасьевичу, а также особую благодарность за консультации по технологической и организационной части д-ру техн. наук, профессору Макарову Владимиру Фёдоровичу, за консультации по математическому моделированию д-ру физико-матем. наук Гитману Михаилу Борисовичу.
Выявление и статистический анализ факторов влияющих на производственную технологичность конструкции изделия
Изменения параметров элементов состоят из: изменения способа задания размера (14%), изменения величины номинала размера (44%), расширения допуска на размер (29%), изменения вида отклонения формы элемента (4%), изменения отклонения формы элемента (9%);
Требований к поверхностям элементов заключаются в: предъявлении специальных требований к покрытию (34%), изменении величины шероховатости (24%), применении специального вида контроля поверхности (12%), изменении вида шероховатости (3%), изменении величины съема насыщенного слоя (7%), изменении вида ХТО (2%), изменении величины твердости насыщенного ХТО слоя (2%), изменении способа замера твердости насыщенного после ХТО слоя (2%), изменении места замера твердости насыщенного после ХТО слоя (1%), изменении вида покрытия (3%), изменении толщины слоя покрытия (3%), применении специального вида обработки поверхности (5%).
Причины изменений, по которым выдавались заявки, также классифицированы. Наибольшее количество заявок выдавалось по причинам связанным с обрабатывающим инструментом (185), с гальваническими покрытиями (171), с измерительным инструментом (81), с заготовкой (70).
Анализ конструкций изделий, доходящих до стадии производства без должной отработки на технологичность, показывает, что на практике имеют место ряд типичных ситуаций проектирования нетехнологичных изделий: элементы изделий проектируются без учета прогрессивных технологических решений; элементы изделий проектируются с требованиями, превышающими возможности существующих технологических методов и средств; элементы изделий проектируются с завышенными требованиями по точности и шероховатости, погрешностям формы и взаимного расположения не основных поверхностей; элементы (компоненты) изделий проектируются без учета существующих типовых технологических методов и средств. Первая, вторая и четвертая ситуации являются следствием отсутствия у конструктора необходимой технологической информации или нарушения процедур отработки изделия на технологичность. Третья ситуация обусловлена повышением точностных технологических характеристик (ТТХ) изделий, чаще всего приводит к необходимости постановки эксперимента в условиях действующего производства и вызывает в итоге, как правило, переработку значительной части конструкторской и технологической документации. Причем, такая работа обычно сопровождается определенным уточнением конструкторской документации.
Степень технологичности конструкции изделия может очень сильно меняться в зависимости от условий производства. Например, конструкция детали технологичная при одном типе производства, может оказаться нетехнологичной при другом. Объясняется это тем, что изделие достаточно технологичное в единичном производстве, может быть мало технологичным в поточно-массовом и совершенно нетехнологичным в поточно-автоматизированном производстве. Технологичность конструкции одного и того же изделия будет разной для заводов с различными производственными возможностями. Если, например, в серийном производстве используются станки с программным управлением, то характеристика технологичности конструкции выпускаемых изделий для этих условий может сильно измениться по сравнению с условиями единичного производства, оснащенного универсальным оборудованием. Развитие производственной техники изменяет уровень технологичности конструкции; ранее нетехнологичные конструкции могут стать вполне технологичными при новых методах обработки. Со 51 гласно ГОСТ основными факторами, влияющими на ПТ КИ являются: Вид изделия, Объём выпуска, Тип производства. Статистический анализ показывает, что так же основным является комплексный фактор Производственные условия, а фактор Вид изделия является вспомогательным к основному фактору Конструкция изделия. Более того, фактор Тип производства, является вспомогательным к фактору Объём выпуска, так как характеризуется коэффициентом закрепления операций, который в свою очередь напрямую зависит от Объёма выпуска.
Анализ содержания и причин изменений, направленных на повышение технологичности позволил выявить следующие основные комплексные факторы, влияющих на ПТ КИ: Конструкция изделия Объём выпуска Производственные условия.
Оптимизация математической модели конструкторско-технологической реализации изделия с точки зрения производственной технологичности
Для разработки математической модели КИ использовались положения теории нечётких множеств [13, 8,40]. Разработанная с помощью теории нечётких множеств модель КИ позволяет последовательно оптимизировать процесс отработки конструкции изделия на производственную технологичность по ступеням: - при определении количественного состава деталей и сборочных единиц в изделии; - при отработке конструкции агрегатов, узлов и сборочных единиц на производственную технологичность; - при отработке деталей на производственную технологичность. Далее в третьей главе выводятся числовые зависимости для расчёта с помощью модели КИ приведённой себестоимость производства отрабатываемого изделия и вариантов, КИ предлагаемых на выполнения условий оптимизации. В конце главы приводится и описывается алгоритм комплексной многоуровневой оптимизации модели КИ.
В четвёртой главе описывается программно-методический комплекс одной из возможностей которого, является оптимальная ОКИ на ПТ. Представлена модульная структура ПМК. Подробно разбирается структура модуля для формализации модели КИ, управляющих и выходных данных, приводятся примеры существующих баз данных. Даются рекомендации по использованию ПМК. Для создания программного обеспечения использовалась специальная литература по программированию [50] и справочная система Microsoft Windows.
В пятой главе приводятся примеры оптимизированной ОКИ на ПТ для 9 деталей и сборочных единиц авиационного машиностроения. Подробно разбираются изменения по отношению к стандартизованной методике ОКИ на ПТ для двух наиболее характерных деталей и приведен экономический эффект для каждой из деталей. Результаты оптимизации для всех тестируемых деталей сведены в общую таблиц} .
Для сравнения оптимизация проводилась по приведённой себестоимость производства отрабатываемого изделия.
В заключении описываются основные результаты работы, предлагаются направления дальнейшей разработки темы.
В приложениях приводится: копия свидетельства №2005613128 об официальной регистрации программы для ЭВМ «Автоматизированная система технологической подготовки производства авиационных редукторов и трансмиссий» («АСТПП АРиТ») [45]; копия акта внедрения; копия выписки из протокола №1 заседания Научно-технического совета ОАО «Редуктор ПМ». Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю заслуженному работнику высшей школы РФ, канд. техн. наук, профессору Евсину Евгению Афанасьевичу, а также особую благодарность за консультации по технологической и организационной части д-ру техн. наук, профессору Макарову Владимиру Фёдоровичу, за консультации по математическому моделированию д-ру физико-матем. наук Гитману Михаилу Борисовичу. В соответствии с выявленной во введении актуальностью проблемы и поставленной целью работы проведём анализ существующих процессов отработки КИ на технологичность, видов и способов оценки технологичности конструкции изделий, применяемых показателей. Для решения выявленных во введении производственных и научных проблем процесс отработки должен удовлетворять следующим требованиям: - отработанная КИ должна обеспечить максимальную приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве для заданных показателей качества, объёма выпуска и условий выполнения работ; - методика отработки должна обеспечивать построение оптимальной КИ с точки зрения производственной технологичности; - методика отработки должна позволять автоматизацию возникающих при отработке задач. Как уже отмечалось, требования обеспечения заданных показателей качества изделия при оптимальных затратах и существующих условиях выполнения работ обуславливает необходимость оптимизации при выборе решения. Для выбора оптимального решения необходим учёт всех конструктивных, технологических и организационно-экономических факторов, действующих на производственную технологичность КИ во взаимодействии. Таким образом, методики отработки КИ на производственную технологичность необходимо рассмотреть с позиции учёта факторов производства и программной реализации методики (решение проблем автоматизации отработки). Согласно ГОСТ 14.201-83 вид технологичности определяется признаками, характеризующими область проявления технологичности конструкции изделия. По области проявления технологичности конструкции изделия различают следующие виды технологичности: ? производственную; ? эксплуатационную. Производственная технологичность конструкции изделия проявляется в сокращении затрат средств и времени на: ? конструкторскую подготовку производства (КПП); ? технологическую подготовку производства (ТПП); ? процессы изготовления, в том числе контроля и испытаний. Эксплуатационная технологичность конструкции изделия проявляется в сокращении затрат времени и средств на техническое обслуживание и ремонт изделия.
Описание программы для ЭВМ «Автоматизированная Система Технологической Подготовки Производства Авиационных Редукторов и Трансмиссий»
Комплексные показатели технологичности конструкции в отличие от частных характеризуют не отдельные частные признаки технологичности, а определённую группу признаков технологичности конструкции изделия.
Технологичность конструкции изделия может характеризоваться одним комплексным показателем или несколькими, обобщающими группы частных показателей или выражающими различные виды технологичности конструкции изделия.
Оценка технологичности проектируемой конструкции изделия только по частным показателям требует предварительного определения их сравнительной экономической эквивалентности, так как в сравниваемых вариантах отдельные частные показатели могут иметь не только различные численные значения, но и различную экономическую значимость. Поэтому методика определения комплексных показателей должна учитывать различную экономическую эффективность входящих частных показателей. Это достигается введением коэффициентов экономической эффективности частных показателей технологичности конструкции изделия.
Коэффициент экономической эффективности (кэ) целесообразно ограничить пределами, принятыми для показателей технологичности, Определение коэффициента экономической эффективности может исходить из различных условий: Отсюда следует, что значение коэффициента выражается долей общей эффективности всех учитываемых факторов технологичности конструкции. Например, технологичность конструкции изделия оценивается четырьмя частными коэффициентами технологичности (к,,...,К4). Считаем условно, что только эти факторы имеют существенное влияние на трудоёмкость и себестоимость данного изделия. Следовательно, между ними распределяется 100% эффективности всех средств повышения технологичности изделия. По типовому представителю данного изделия (или иным образом) установлено соотношение рассматриваемых показателей К1Э=0,5; К2Э=0,3; Кзэ=0,1; К4Э=0,1. Эти значения могут являться коэффициентами экономической эффективности показателей технологичности конструкции изделия; При этом условии определяют в учитываемых факторах (показателях) наиболее эффективный, для которого коэффициент экономической эффективности Кэ = 1, т, е. имеет максимальное значение. Значения коэффициентов экономической эффективности для остальных показателей определяются в сравнении с показателем, для которого принят Kg" = і; Комплексные показатели технологичности конструкций изделий можно определять различными методами. Многие из них подобны и отличаются не принципиальными положениями. Обобщая основные принципы, практическое применение имеют следующие методы определения комплексных показателей технологичности конструкций: ? комплексный показатель выражается произведением частных показателей или отношением произведения частных показателей к их количеству или сумме. В отдельных случаях эта методика предусматривает введение коэффициентов экономической эквивалентности используемых частных показателей; ? комплексный показатель выражается среднеарифметической или средневзвешенной величиной частных показателей с введением коэффициентов их экономической эквивалентности; ? комплексный показатель определяется на основании обработанных опытных статистических данных частных показателей методом корреляционного анализа. Получение функции регрессии (уравнение зависимостей различных частных факторов) позволяют определить комплексный технико-экономический показатель (трудоёмкость, себестоимость и др.); ? комплексный показатель определяется по системе баллов, которыми оценивают показатели технологичности для последующего определения технико-экономического показателя, считая их взаимосвязь строго линейной; комплексный показатель определяется по системе уменьшения максимального значения показателя технологичности при несоответствии конструктивно-технологических факторов изделия наиболее технологичной конструкции представителя; комплексный показатель определяют, используя отдельные элементы изложенных выше методов. Согласно ГОСТ 14.201—83 технологичность конструкции изделия (ТКИ) — совокупности свойств конструкции изделия (КИ), определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для заданных показателей качества, объёма выпуска и условий выполнения работ. Наиболее соответствующим показателем определяющим её приспособленность к достижению оптимальных затрат является себестоимость либо приведённая себестоимость производства изделия. В области отработки КИ на технологичность работало много выдающихся специалистов и создано несколько методик, позволяющих частично решить многие задачи, возникающие в процессе отработки КИ на технологичность. Однако, как будет видно при дальнейшем рассмотрении литературных источников, задача формирования в процессе отработки оптимальной КИ с точки зрения технологичности не была решена в полной мере с учётом взаимодействия всех технологических, конструктивных и организационно-экономических факторов, а задача оптимизации отработки КИ на производственную технологичность не ставилась.
