Постановка проблемы. Усиление конкурентной борьбы в действующих экономических условиях вынуждает серийные предприятия приборостроения непрерывно совершенствовать выпускаемую продукцию. При этом одним из важнейших системных свойств конструкции изделия, определяющих его проектирование, изготовление и последующую эксплуатацию с наилучшим качеством, наименьшими затратами средств и времени, является технологичность. Ключевым элементом в рамках комплексной системы обеспечения технологичности конструкции служит функция по отработке и оценке технологичности на всех этапах жизненного цикла изделия.
В последнее время приходит понимание и учет того факта, что центр тяжести работ по обеспечению технологичности конструкций смещается на этапы проектирования, где формируется большинство технических характеристик и закладываются экономические показатели конкурентоспособности и себестоимости изделия. В этих условиях крайне важно обеспечить информационное сопровождение процессов управления технологичностью на ранних этапах проектирования. Необходимы детальный анализ и точное описание процессов, протекающих на этапах разработки технического задания (ТЗ), технического предложения, эскизного и технического проектов, что позволит снабдить специалистов (конструкторов, технологов, материаловедов) информацией для выработки управляющих воздействий по обеспечению требуемого уровня технологичности, повышению объективности результатов ее оценки. В качестве современного инструмента информационного моделирования и анализа целесообразно использовать технологию IDEF.
Процессы формирования технологичности на этапах проектирования изделия и их информационное моделирование. Обеспечение технологичности конструкций изделий приборостроения включает такую важную системную функцию как создание и упорядочение информационного сопровождения разработки и освоения выпуска высокотехнологичных изделий. От этого зависит эффективность работ, проводимых специалистами по обеспечению технологичности. Согласно данным статистических наблюдений предприятий машиностроения, приведенным в [1], наибольшая эффективность работ (до 80%) по обеспечению технологичности конструкции изделия приходится на этапы разработки ТЗ, технического предложения и эскизного проекта (рис. 1).
Для эффективного проведения информационного моделирования процессов отработки технологичности конструкций проектный цикл был разделен с учетом целенаправленности, последовательности работ и специфики конструирования приборов на этапы, примерно соответствующие общепринятому разделению стадий проектирования:
- разработка ТЗ и структурной схемы изделия (разработка ТЗ и технического предложения);
- разработка принципиальных схем на уровне отдельных блоков (разработка эскизного проекта);
- разработка конструкции изделия (разработка технического проекта и рабочей документации).
Проведенные исследования показали, что на всех рассмотренных этапах активно протекают процессы формирования технологичности. Для более полного понимания этих процессов, эффективного управления информационными потоками для принятия конструкторских решений, было применено информационное моделирование, позволяющее представить процессы в виде набора стандартных модулей. Для модулей определены правила функционирования, параметры входных и выходных сигналов, управляющие данные и механизмы осуществления функций обеспечения технологичности. Был проведен системный анализ существующих процессов на основе соответствующего их моделирования, оптимизации и разработана концептуальная модель перспективных процессов (to be). Это обеспечило прозрачность и гибкость процессов отработки изделий приборостроения на технологичность, эффективность управления информационными потоками для поддержки принятия решений, последующее проектирование информационной системы обеспечения технологичности изделий с электронным обменом данными в едином информационном пространстве приборостроительного предприятия. Моделирование проведено с учетом функциональной и организационной структур системы обеспечения технологичности, предложенных в [2].
Рис. 1. Распределение эффективности работ по обеспечению технологичности конструкции изделия по этапам проектирования: 1 – техническое задание; 2 – техническое предложение; 3 – эскизный проект; 4 – технический проект; 5 – разработка рабочей документации
При построении моделей использовались подходы методологии функционального моделирования SADT (Structured Analysis & Design Technique), описанные в [3, 4, 5, 6]. Функции представляются в виде блоков, дуги образуют связи между функциональными блоками и выражают множество объектов (физических, информационных и т. д.) или выполняют действия. Место соединения дуги блоком определяет тип взаимодействия: слева – информация, подвергаемая воздействию (вход), справа – результат (выход), сверху – управляющие данные, снизу – механизм, используемый для осуществления данной функции (человек, инструмент и т.д.).
Информационная модель обеспечения технологичности на этапе разработки ТЗ и структурной схемы изделия. К разработке изделия приступают после получения заявки, в которой заказчик формулирует требования, предъявляемые к будущему изделию. Формирование ТЗ осуществляется разработчиком совместно с заказчиком и предполагает первоначальное уточнение изделия-аналога, имеющего идентичное функциональное назначение. Отбор аналога проводится путем анализа информации об изделиях приборостроения отечественного и зарубежного производства с точки зрения наилучших показателей технологичности, себестоимости, трудоемкости и т.д. На рассматриваемой стадии нет достаточной информации по слагаемым себестоимости, поэтому в этот период возможно лишь определение ее приблизительного уровня по удельным показателям материальных и трудовых затрат для различных видов изделий-аналогов. Выбор аналога во многом предопределяет границы стандартных, унифицированных, заимствованных деталей и сборочных единиц, входящих в изделие. Анализ условий эксплуатации будущего изделия позволяет сформулировать требования к эксплуатационной технологичности (контролепригодность, простота доступа, легкосъемность, блочность, взаимозаменяемость и др.), тем самым, предопределяя и степень технологичности в сфере производства, так как эти элементы закладываются и в производственную технологичность [7].
На основе анализа функциональной модели объекта проектирования выбирается блок-схема изделия. При выборе используются массивы информации об аналогах изделий приборостроения и блоков данного класса, при этом учитывается не только качество функционирования объекта, но и возможность реализации в виде принципиальной схемы. Таких структурных схем рассматривается несколько, из которых функционально-стоимостным анализом выбирается i-й вариант структуры.
Функционально-стоимостной анализ предполагает абстрагирование функций изделия от материальных его компонентов, анализ этих функций с точки зрения полезности для потребителя, выявление состава излишних функций, установление соответствующих блоков для их последующего исключения, замены или объединения.
Этап завершается оценкой потенциальной технологичности изделия и формированием окончательной структурной схемы будущего изделия приборостроения.
Информационная модель обеспечения технологичности на этапе выбора и обоснования принципиальных схем отдельных блоков изделия. Количество возможных схемных решений резко возрастает с увеличением сложности изделия и количества составных частей. Разработчик выявляет варианты схемотехнических решений, устанавливает их особенности, проводит инженерный анализ и экономическую оценку вариантов. На этом этапе проектирования наиболее технологичной, с точки зрения разработчика, будет схема, в которой использованы отработанные схемные решения, не требующие дополнительных исследований. Важно подчеркнуть, что на стадии эскизного проекта целесообразно привлечь технологов (изготовителей) для консультаций по принимаемым решениям. Разработчик при проектировании стремится обеспечить, прежде всего, заданные технические параметры, пренебрегая часто глубоким анализом степени сложности изготовления изделия. Поэтому технологи, основываясь на оценке технологических возможностей своей производственной базы, вносят благотворные изменения в вырабатываемые решения, что позволяет избежать трудностей согласования конструкции с технологией в дальнейшем, при освоении изделия [8] .
Важным шагом является и отработка решений на макетах, воспроизводящих составные блоки изделия и позволяющих оценить технологичность по применяемой элементной базе, сложности, параллельности сборки и др.
На этом этапе целесообразно провести расчет таких показателей технологичности, как трудоемкость изготовления изделия, коэффициент эффективности взаимозаменяемости, коэффициент стандартизации деталей, коэффициент применяемости сборочных единиц, коэффициент использования микросхем и микросборок и др., а также приближенное значение комплексного показателя технологичности конструкции изделия.
Информационная модель обеспечения технологичности на этапе разработки конструкции изделия. На этапе разработки конструкции изделия осуществляется общая компоновка изделия из блоков, разрабатываются сборочные чертежи. На первый план в области отработки конструкции на технологичность выдвигается качественная оценка принятых конструкторских решений [9]. При этом руководствуются технологическими рекомендациями по различным процессам изготовления, в том числе сборке с тем, чтобы выработать такую компоновку изделия, так расположить посадочные места элементов, крепеж, чтобы они обеспечивали возможность параллельной сборки узлов изделия, легкосъемность сборочных единиц и деталей, простоту регулировки и контроля, исполнения других требований производственной и эксплуатационной технологичности.
На этой же стадии целесообразно продолжать технико-экономический анализ создаваемой конструкции, узлов, блоков и деталей, основной целью которого является поиск наиболее экономичных конструктивных решений в следующих направлениях: снижение материалоемкости деталей и сборочных единиц; использование унифицированных, заимствованных и стандартизованных элементов; поиск более дешевых материалов при обеспечении заданных характеристик; применение конструктивно-эстетических решений, позволяющих обеспечить привлекательность изделия для потребителя.
Сотрудничество разработчиков с изготовителями должно быть еще более тесным, так как на двух последних этапах эффективность работ по отработке технологичности изделия составляет 35%. При этом определяются основные укрупненные данные для организации технологической подготовки производства, выясняются возможности применения типовых технологических процессов или внедрения новых, соотносится имеющаяся материальная база средств технического оснащения изготовителя с требуемой для качественного изготовления изделия. На этапе разработки конструкции создается его опытный образец, в результате испытаний которого отрабатывается технологичность.
На выходе этапа формируется полный комплект конструкторской документации и передается изготовителю отработанный на технологичность опытный образец изделия.
В качестве иллюстрации на рис. 2 приведена информационная модель процессов отработки технологичности изделия приборостроения на этапе разработки конструкции.
Рис. 2. Информационная модель процессов обеспечения технологичности на этапе разработки конструкции
Заключение. В результате информационного моделирования с использованием методологии функционального моделирования SADT проведен анализ процессов обеспечения технологичности конструкции изделия, установлена последовательность и особенности проведения работ, выявлены факторы, влияющие на качественную оценку технологичности и показатели количественной оценки технологичности конструкции на отдельных этапах проектирования.
Проведенные исследования показали, что на этапах проектирования изделий приборостроения наблюдаются интенсивные информационные потоки между подсистемами, способствующие качественному и количественному анализу изделия, его составных частей для повышения уровня технологичности конструкции. Большая часть процессов формирования, оценки и отработки изделий на технологичность связана с переработкой качественной информации о конструктивных формах и способах изготовления элементов конструкции, выраженной в виде эвристических рекомендаций специалистов, выработанных под воздействием их опыта, знаний и интуиции. Проблема качественной оценки технологичности на ранних этапах проектирования заключается в том, чтобы, во-первых, суметь достоверно измерить интенсивность факторов, влияющих на технологичность в условиях ограниченности информации об изделии и, во-вторых, найти способ моделирования системы экспертного оценивания, отвечающий обобщённому показателю проектируемой техники.
Библиографический список
- Технологичность конструкции изделия: справочник / под ред. Ю.Д. Амирова. М.: Машиностроение, 1990. – 768 с.
- Ирзаев Г.Х. Разработка функциональной и организационной структур системы управления технологичностью промышленных изделий // Автоматизация процессов управления. 2011. № 4. С. 66-75.
- Марка Д.А. SADT. Методология структурного анализа и проектирования / Д.А. Марка, К. МакГоуэн. М.: МетаТехнология, 1993. – 239 с.
- Черемных С.В. Моделирование и анализ систем: IDEF-технологии: практикум / С.В. Черемных, И.О. Семенов, В.С. Ручкин. М.: Финансы и статистика, 2008. –192 с.
- Калянов Г.Н. Моделирование, анализ, реорганизация и автоматизация бизнес-процессов. М.: Финансы и статистика, 2007. –240 с.
- Павлов В.В. Структурное моделирование в CALS-технологиях. М.: Наука, 2006. – 308 с.
- Ирзаев Г.Х. Оценка эксплуатационной и ремонтной технологичности электронных средств на этапе проектирования // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2013. № 8. С. 3-7.
- Ирзаев Г.Х. Оценка преемственности технологии предприятия-изготовителя при освоении нового изделия // Организатор производства. 2008. № 4. С. 50-54.
- Ирзаев Г.Х. Экспертные методы управления технологичностью промышленных изделий: монография. М.: Инфра-Инженерия, 2010. – 192 с.
Количество просмотров публикации: Please wait