Конструкторская подготовка производства

     Содержание 

     Введение 

     Конструкторская подготовка производства - совокупность взаимосвязанных процессов по созданию новых или совершенствованию  действующих конструкций изделий  согласно требованиям заказчика-потребителя. Этот этап выполняется отделом главного конструктора предприятия, в распоряжении которого имеется техническая база для производства опытного образца и его испытания (экспериментальный цех). Выполняется конструкторская подготовка с соблюдением требований единой системы конструкторской документации; объем ее зависит от вида изделия, его сложности, прогнозного объема продаж, сроков выпуска, длительности жизненного цикла товара и других факторов.

     Актуальность  темы заключается в том, что конструкторский отдел осуществляет создание и внедрение в производство новых и модернизацию имеющихся конструкторских разработок на основе современных достижений науки и техники с учетом результатов функционально-стоимостного анализа, требований технической эстетики и использования наиболее экономичных технологий производства.

     Деятельность  конструкторского отдела осуществляется на основе текущего и перспективного планирования, сочетания единоначалия в решении вопросов служебной деятельности и коллегиальности при их обсуждении, персональной ответственности работников за надлежащее исполнение возложенных на них должностных обязанностей и отдельных поручений начальника отдела.

     В своей деятельности конструкторский  отдел руководствуется действующим законодательством, нормативно-правовыми актами и методическими материалами по организации конструкторского обеспечения производства и современным системам и методам проектирования, организационно-распорядительными документами самой организации и настоящим положением.

     1 Организация конструкторской  подготовки производства 

     1.1 Содержание, основные стадии и  этапы конструкторской подготовки производства 

     Деятельность  предприятия по развитию его материально-технической  базы, организации производства, труда  и управления представляет собой  техническую подготовку производства. Она включает:

     - проведение прикладных исследований, связанных с совершенствованием изготовляемой продукции, техники, технологии, составом применяемых материалов, организации производства;

     - проектирование новой продукции и модернизацию ранее выпускавшейся;

     - разработку технологического процесса изготовления продукции;

     - приобретение специального оборудования, инструментов и полуфабрикатов со стороны;

     - материально-техническое обеспечение производства;

     - подготовку, переподготовку и повышение квалификации кадров;

     - разработку норм и нормативов, технологической, технической и организационной структуры аппарата управления и информационного обеспечения.

     Техническая подготовка осуществляется в целях  эффективного освоения нового или модернизированного изделия, внедрения новых сложных  машин и оборудования, новых технологических  приемов и изменений организации  производства. В задачу технической  подготовки производства входит создание технических, организационных и  экономических условий, полностью  гарантирующих перевод производственного  процесса на более высокий технический  и социально-технический уровень  на основе достижений науки и техники. 

     Техническая подготовка производства включает конструкторскую  и технологическую подготовку.

     На  предприятиях разного типа, масштаба и профиля могут быть с разной полнотой представлены различные стадии подготовки производства; однако в  любом случае существенная часть  работы по организации производства находится в компетенции предприятия.

     В конструкторскую подготовку производства входит:

     1) проектирование, внедрение и освоение  в производстве конструкции новых машин и связанная с этим разработка конструкторской документации;

     2) усовершенствование (модернизация) отдельных  параметров, деталей и сборочных  единиц ранее освоенных производством  машин;:

     3) работы по стандартизации.

     Разработка  нового изделия может быть быстрой, но не мгновенной; это обусловлено  временем, необходимым для сбора, анализа и осмысления информации, обеспечивающей принятие наиболее эффективных технических решений. Поэтому разработка конструкторской документации осуществляется в несколько стадий: 1) техническое задание; 2) техническое предложение; 3) эскизный проект; 4) технический проект; 5) разработка рабочей документации. Каждая из стадий выполняется в несколько этапов. Конкретное количество стадий и этапов разработки конструкторской документации зависит от сложности проектируемого изделия и типа производства. В массовом производстве конструкторская подготовка предусматривает тщательную отработку конструкции новой машины, каждого агрегата, каждой сборочной единицы и детали, проверку их качества в изготовлении и эксплуатации. Поэтому она выполняется в наиболее полном объеме на всех этапах работ, характеристика которых дана ниже [4 c.156].

     Первичным исходным документом, на основе которого осуществляется вся дальнейшая работа по проектированию нового изделия, является техническое задание. В нем определяется назначение будущего изделия, дается тщательное обоснование его технических и эксплуатационных надежность, долговечность и др.).

     Кроме того, обосновываются специальные требования к условиям эксплуатации, а также экономические (годовой объем и длительность выпуска изделия, его предельная цена и др.), эргономические, эстетические, экологические показатели, дается сравнение с лучшими образцами подобных изделий и т.д.

     Источниками информации для разработки технического задания являются маркетинговые  исследования, изобретения, патенты, научно-выпускаемых  изделий, экспертная оценка специалистов, личный опыт конструктора, технические требования и т.д.

     Если  техническое задание выдано предприятию  заказчиком, то предприятие разрабатывает  техническое предложение, содержащее тщательный анализ технического задания и технико-экономическое обоснование возможных технических решений при проектировании изделия с учетом эксплуатационных требований и анализа патентных материалов. Затем оно согласуется с заказчиком.

     Следующая стадия разработки изделия — эскизный проект — документ, который разрабатывается на основе тщательного анализа технического задания и содержит первичные конструктивные решения, дающие представления об устройстве будущего изделия, в том числе чертежи общего вида, кинематические, электрические и другие схемы, а также конструктивные схемы важнейших узлов и дальнейший технико-экономический анализ изделия, состоящий из графической части и пояснительной записки. Графическая часть содержит принципиальные конструктивные решения, дающие представление об устройстве и принципе работы изделия, его основные параметры и габариты, а пояснительная записка — расчет основных параметров изделия и описание его эксплуатационных особенностей.

     Для наглядного представления о контурах, габаритах и внешнем виде, а  также для обеспечения более правильного сопряжения деталей и узлов и деревянные и гипсовые макеты изделия в натуральную величину.

     Макетирование позволяет добиваться более удачной компоновки отдельных частей проектируемого изделия, находить более удачные эргономические и эстетичные решения и тем самым ускоряет разработку документации на последующих стадиях.

     Технический проект, разрабатываемый на основе эскизного проекта, состоит из конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, которые дают полное представление об устройстве разрабатываемой машины и содержат исходные данные для разработки рабочей документации. Он охватывает весь комплекс вопросов создания конструкции машины и уточняет ее технические и экономические показатели.

     В графической части технического проекта приводятся чертежи общего вида машины: схемы привода управления, чертежи и компоновки отдельных сборочных единиц и важнейших базовых деталей. В пояснительной записке содержится описание и расчет основных сборочных единиц и базовых деталей, дается более подробная экономическая оценка как конструкции машины в целом, так и отдельных важнейших агрегатов и узлов. При этом наиболее трудоемкими являются работы, связанные с расчетами и конструкторской разработкой отдельных агрегатов и узлов, достижением максимальной технологичности конструкции, т.е. обеспечением минимальных издержек в производстве и эксплуатации машины.

     Наиболее  ответственная работа на стадии технического проекта — рабочая компоновка машины, т.е. увязка всех агрегатов и  сборочных единиц, разработанных на стадии эскизного проекта. Для этого выполняют чертежи общего вида машины в натуральную величину. На специальных щитах отдельные сборочные единицы компонуются с помощью их плоскостного или объемного изображения в виде шаблонов либо макетов. Компоновка машины из макетов отдельных агрегатов и сборочных единиц позволяет увязать их сочленение, внести необходимые коррективы в габаритные размеры и проверить целесообразность изменения отдельных ответственных частей, что повышает качество проектирования и ускоряет разработку рабочей документации. Все детали макетного проектирования (макеты, щиты, шаблоны) и чертежи общего вида хранятся в специальных помещениях вплоть до снятия машины с производства.

     Заключительная  стадия разработки конструкторской  документации — рабочая документация (рабочий проект). Эта стадия разбивается на три подстадии: 1) разработка опытного образца (опытной партии); 2) разработка установочных серий; 3) разработка документации установившегося серийного или массового производства.

     Первая  подстадия рабочего проектирования выполняется в пять этапов.

     На  первом этапе разрабатываются конструкторские  документы (чертежи деталей, узлов, общего вида, спецификации, монтажные схемы и др.) для изготовления опытного образца машины. Одновременно определяется возможность получения от поставщиков некоторых деталей и агрегатов.

     Конструкторские документы на детали и агрегаты, разработанные на заводе, передаются в экспериментальный цех для изготовления по ним опытного образца машины. Перед передачей их в экспериментальный цех наступает своеобразная пауза, во время которой тщательно анализируется проделанная работа по проектированию с учетом возможных изменений условий и требований за период разработки предыдущих стадий (не повлияли ли конструкторские компромиссы и допущения на результат; не изменилась ли потребность; соответствует ли изделие требованиям; можно ли достичь лучшего результата другим путем; как изменилась цена на изделие и др.).

     Второй  этап включает изготовление и заводские  испытания опытного образца машины (опытной партии). Выявляются недостатки разработанной конструкции и ее отдельных агрегатов, сборочных единиц и деталей, намечаются пути их устранения.

     Далее осуществляется третий этап – корректировка  конструкторских документов по результатам изготовления и заводских испытаний опытного образца.

     Опытный (головной) образец машины (партия машин) передается на государственные или сертификационные приемные испытания, которые составляют четвертый этап первой подстадии. На этих испытаниях уточняются фактические параметры и показатели машины, степень их использования в реальных условиях эксплуатации, выявляются недостатки и намечаются пути их устранения.

     Пятый этап — корректировка конструкторских  документов по результатам каждого  испытания и проведение мероприятий  по устранению выявленных недостатков перед передачей документов в серийное производство.

     Фактическую полезность (П_Факт) по результатам испытаний сравнивают с проектной по каждому показателю и в случае отклонений в худшую сторону принимают решение о доработке проекта конструкции по соответствующему показателю (мощность, скорость, расход топлива, масса и др.) (рисунке 1).

     В некоторых отраслях машиностроения, например в авиастроении, опытное перспективное конструирование отделено от текущего, серийного и осуществляется в специальных опытно-конструкторских бюро. Но в большинстве отраслей они сосредоточены на одном предприятии, где после первой подстадии приступают к осуществлению второй.

     Вторая  подстадия рабочего проектирования выполняется в два этапа. 

     Рисунок 1 - Схема управления параметрами и качеством проекта по результатам испытаний опытного образца продукции 

     На  первом этапе в основных цехах  завода изготавливается установочная серия машин, которая затем проходит длительные испытания в реальных условиях эксплуатации, в ходе которых уточняются не только параметры машины в целом, но и стойкость, долговечность отдельных ее деталей и сборочных единиц и намечаются пути их улучшения.

     Третья  подстадия рабочего проектирования — изготовление и испытание головной машины (контрольной серии машин), на основе которых конструкция окончательно отрабатывается и доводится до необходимых  параметров. После этого осуществляется корректировка конструкторской  документации. Она свидетельствует о том, что машина окончательно отработана, проверена в производстве и эксплуатации. Отступать от этих документов можно только в особых случаях.

     В серийном производстве конструкторская  подготовка состоит из меньшего количества этапов, заканчиваясь на этапе установочных серий, при мелкосерийном изготовлении проверка изделий и их доводка осуществляются в ходе опытной эксплуатации, а в единичном производстве конструкторская подготовка на заводе включает разработку рабочих чертежей деталей и всей машины, по которым она изготавливается. Доводка конструкции осуществляется в период опытной эксплуатации у заказчика. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1.2. Основные требования, предъявляемые к конструкции новой машины 

     Многообразные требования, предъявляемые к конструкции  новой машины, можно объединить в  две группы, характеризующие ее как  объект эксплуатации и как объект производства.

     Эксплуатационные  требования сводятся к улучшению  технических, экономических, эстетических, эргономических и других показателей новой машины по сравнению с ранее освоенными в производстве.

     К техническим показателям относятся  производительность, точность, мощность, надежность, прочность, скорость, грузоподъемность, масса, габариты, КПД, долговечность, удельный расход сырья, материалов, топлива, ремонтопригодность, качество получаемой продукции, к экономическим — стоимость машины, уровень затрат труда и средств на ее содержание, эксплуатацию и ремонт, себестоимость единицы продукции, выпускаемой машиной, уровень приведенных затрат.

     Чем лучше показатели, характеризующие  технический уровень машины, тем  выше ее эксплуатационные качества. Для  каждого типа машин устанавливаются разные параметры использования.

     Технические показатели машины характеризуют ее потенциальные возможности в производстве продукции или выполнении работы определенного качества и в определенном объеме. При эксплуатации машины эти качества могут использоваться не в полной мере.

     В конечном счете более высокие  технические показатели новой машины должны обеспечить экономию труда и  средств у потребителя, т.е. улучшение  экономических показателей.

     Важными показателями машины новой конструкции  как объекта эксплуатации являются ее эстетические, эргономические и экологические показатели.

     Эстетические  показатели характеризуют внешний  вид машины (современность формы и архитектоники конструкции, отделка, цвет и тон окраски и т.д.). Они отражают художественный вкус, уровень интеллектуального развития, материальной и духовной культуры потребителей. Современные эстетические требования к конструкции машины простота формы, изящество линий контура, форма и окраска отдельных функциональных частей и др. В реализации этих требований большую помощь оказывают специалисты по промышленной эстетике — художники-конструкторы (дизайнеры).

     Эргономические  требования сводятся к разработке такой  конструкции машины, которая обеспечила бы максимальные удобства при ее эксплуатации и обслуживании и минимальные затраты мускульной, умственной и нервной энергии. Эти требования обусловлены постоянным развитием человека как личности, ростом его квалификации, повышением требований к творческому содержанию труда, экономией энергии в труде для всестороннего развития в нерабочее время. Эргономичность конструкции достигается:

     1) рациональным расположением узлов управления машиной в зоне оптимальной досягаемости при удобной рабочей позе, обеспечивающей положение тела в расслабленном состоянии; лучше всего, если управление осуществляется сидя, когда расход энергии в 3 раза ниже, чем стоя;

     2) уменьшением усилий по управлению, обеспечением плавности трудовых движений. Движения рабочего должны ограничиваться движением рук при относительно неподвижном корпусе. Монотонные быстрые и точные движения должны быть перенесены на автоматические движения отдельных рабочих органов машины;

     3) созданием благоприятного, микроклимата и комфорта в зоне управления машиной, т.е. максимальным уменьшением перепадов температуры, световых и звуковых раздражителей, вибрации, вредных выделений и т.п.

     Чтобы учесть все эти требования при  проектировании продукции, необходим комплексный подход, т.е. разработка системы человек — машина, в которой человек выступает в качестве важнейшего элемента. Это, в свою очередь, обусловливает необходимость объединения проектировщиков разных специальностей в коллектив, задача которого — обеспечить наилучшее взаимодействие человеческих и технических элементов системы.

     Человек в соответствии с уровнем его  квалификации воздействует руками и  ногами на органы управления машиной, результат работы которой зависит  от физиологического состояния человека, во многом определяемого состоянием окружающей среды. Сигналы о результатах ее работы поступают к человеку по каналам обратной связи через органы чувств и осязания: звуковые — через уши, визуальные — через глаза, осязания — через ноги и руки. При этом на результаты работы влияет выбор контролируемого параметра и расположение органов управления. При проектировании системы человек — машина должно быть предусмотрено решение не только технических, но и социальных вопросов. Важнейшим требованием производства является экономия материалов Она обусловливает многосторонний эффект; расширяет сырьевые и материальные ресурсы, добыча и производство которых обходится очень дорого; обеспечивает снижение расходов невосполнимых природных ресурсов и повышение эксплуатационных качеств машин — это стратегическое направление при разработке новых изделий во всем мире.

     Как видно из схемы, приведенной на рисунке 2, проект технической системы, каковой является машина, предъявляет ряд требований к квалификации человека как при ее эксплуатации, так и при производстве и ремонте. Современные тенденции требуют от работника повышения уровня образования при производстве и эксплуатации новой продукции.  

     Рисунок 2 – Схема проектирования системы человек — машина 

     Человек, управляющий станком с ЧПУ, автоматической линией или обрабатывающим намного  выше уровня человека, управляющего универсальным металлорежущим станком.

     Одним из наиболее эффективных направлений  в развитии ресурсосберегающего  производства является значительное расширение объема выпуска электронной продукции, прежде всего микроэлектроники, в том числе встроенной в машины и оборудование. Экономия ресурсов за счет встроенной микроэлектроники (микрокомпьютеры, регуляторы, сигнализаторы и т.п.) достигается прежде всего тем, что обеспечивается работа машины в оптимальных режимах. Это дает экономию ресурсов при эксплуатации машины (снижение расходов топлива и энергии, увеличение долговечности узлов и деталей, повышение производительности).

     Уменьшение  материалоемкости отдельных деталей  и машин обеспечивает снижение затрат труда, средств на их обработку, изготовление, благодаря чему снижается себестоимость  и в большинстве случаев улучшаются эксплуатационные качества машины.

     В ходе конструкторской подготовки производства должен обеспечиваться высший уровень  технологичности конструкции.

     Под технологичностью конструкции понимается такое ее свойство, которое обеспечивает минимальные затраты труда, сырья и материалов при ее изготовлении, эксплуатации и ремонте при данных объемах выпуска. Именно в период проработки конструкции машины на технологичность происходит наибольший отсев технических идей.

     Технологичность обеспечивается реализацией следующих  основных принципов:

     1) упрощение;

     2) малодетальность; 

     3) стандартизация и унификация;

     4) преемственность; 

     5) взаимозаменяемость;

     6) агрегатирование.

     Реализация  принципа упрощения предполагает разработку максимально упрощенной конструкции и отдельных ее частей. Простота конструкции — основной показатель ее качества и квалификации конструктора. Чем проще конструкция, тем выше ее качество и тем дешевле она в изготовлении

       и эксплуатации. Упрощение достигается путем разработки деталей простых геометрические форм, использования простых и более дешевых материалов, обеспечивающих применение высокопроизводительных способов Принцип малодеталъности вступает в некоторое противоречие с принципом упрощения, так как любую сложную деталь можно расчленить на ряд более простых, к тому же изготовленных из наиболее дешевых материалов и более производительным способом. Обычно решающими являются объемы выпуска. Чем они меньше, тем эффективнее реализация этого принципа проектирования. И наоборот, при больших объемах более целесообразно расчленение конструкции на простые элементы.

     Принцип стандартизации и унификации обязывает конструктора рассматривать при проработке проекта возможность применения прежде всего стандартных или унифицированных элементов (деталей, узлов), которые выпускаются в качестве стандартных или унифицированных продуктов предприятиями разных отраслей. Это не только упрощает и удешевляет разработку проекта, но и ускоряет освоение новой продукции, удешевляет ее в производстве и эксплуатации.

     Такой же эффект достигается при реализации принципа преемственности, т.е. при максимальном использовании в новом изделии элементов, применявшихся в ранее освоенной и выпускавшейся продукции.

     Принцип взаимозаменяемости деталей и узлов изделия предполагает такую их конструкцию, при которой они могут использоваться в любом его экземпляре без каких-либо дополнительных затрат труда и средств на подгонку. Реализация этого принципа позволяет наладить обезличенное производство элементов, необходимых как для изготовления изделий, так и для их эксплуатации, причем в массовых масштабах и с применением более производительных методов и специального оборудования. Это обеспечивает удешевление как производства, так и эксплуатации изделий. Степень взаимозаменяемости в значительной мере зависит и от объема выпуска продукции; чем он больше, тем больше эффект от использования принципа взаимозаменяемости.