Технологичность изделий, принципы и направления создания технологичных изделий, анализ и направления повышения технологичности заданного изделия
Технологичность изделий, принципы и направления создания технологичных изделий, анализ и направления повышения технологичности заданного изделия
Технологичность изделий
Технологичностью изделий называется степень оптимальности и рациональности изготовления и сборки и как следствие наименьшая себестоимость.
Разработка технологии изготовления изделия является решение многовариантной задачи. Из исходных материалов и комплектующих по конструкторской документации создается готовое изделие. Технологических путей создания изделий множество. Необходимо выбрать оптимальный. Для оценки оптимальности используются различные критерии. В процессе разработки изделия и технологии его изготовления используется ряд принципов, повышающих технологичность изделия.
В недалеком прошлом оптимизация технологического процесса заключалась в том, что на основе опыта и интуиции технолога из множества вариантов технологического процесса выделялось 2-3, которые детально анализировались, сравнивались, и выбирался основной вариант, который принято было считать наиболее оптимальным. С развитием вычислительной техники появились программные продукты, позволяющие за короткое время просчитывать множество вариантов и по заданным критериям выбирать оптимальный.
Технологичность изделия оценивается в соответствии с ГОСТ 14202073. При этом вводятся следующие показатели и критерии.
1. Трудоемкость изготовления конструкции, которая характеризуется временем, затрачиваемым на изготовление и сборку изделия. Суммируя время определенных операций, может быть определена общая трудоемкость в нормочасах.
2. Себестоимость изготовления деталей, сборочных единиц, изделия. Себестоимость изготовления изделия зависит от трудоемкости, квалификации рабочих и технико-экономических условий изготовления изделий.
3. Коэффициент использования материала (КИМ).
КИМ= 
,
где q0– полезный расход, Ндет- общий расход материала, включая потери и отходы.
4. Степень использования стандартных и нормализованных деталей и сборочных единиц. Чем больше использовано в изделии, тем выше его технологичность.
5. Процентное отношение количества деталей оригинальной и сложной конструкции к общему количеству деталей. Снижение количества оригинальных деталей повышает технологичность изделия.
Дополнительными показателями технологичности являются:
1) характеристика условий эксплуатации и ремонта;
2) условия выполнения работ по техническому обслуживанию изделий в том числе требования по квалификации и составу персонала для проведения этих работ;
3) средняя трудоемкость ремонта и технического обслуживания.
В процессе создания изделий следует придерживаться определенных принципов для повышения технологичности конструкции. В качестве основных можно рекомендовать следующие принципы:
1) максимально широкое использование унифицированных комплектующих деталей;
2) снижение номенклатуры применяемых материалов, крепежных изделий, а также разнообразия деталей и узлов;
3) конструкторская проработка, обеспечивающая создание деталей рациональной формы, обусловливающая минимум затрат на изготовление и простоту сборки и разборки изделия;
4) наличие на деталях удобных базирующих поверхностей для изготовления;
5) выбор рационального способа получения заготовок с размерами и формой, наиболее близким к готовым деталям.
Цель работы: разработать три варианта технологической последовательности (маршрутную технологию) изготовления детали, представленной на рис.1. Принять, что деталь может быть изготовлена из готового сортамента (круг), из заготовок, полученных методом литья или штамповки путем токарной обработки.
| L1 |
| L4 |
| L6 |
| D6 |
| D5 |
| D4 |
| L5 |
| L3 |
| L2 |
| D3 |
| D2 |
| D1 |
Рисунок 1.1 – Геометрия детали
В таблице 1.2 даны геометрические параметры детали для нескольких вариантов расчетов.
Таблица 1.2 – Геометрические параметры детали, мм
| Вариант | Д1 | Д2 | Д3 | Д4 | Д5 | Д6 | L1 | L2 | L3 | L4 | L5 | L6 |
Готовый сортамент в виде прутка выпускается согласно принятых стандартов, представлен в таблице №1.
Таблица 1 - Стандартные размеры круглого сортового проката (ГОСТ 2590-88)
| Стандартные диаметры круглого проката, мм |
| 60, 62, 63, 65, 67, 68, 70, 72, 75, 78, 80, 82, 85, 87, 90, 92, 95, 97, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 140, 150, |
При выборе диаметра прутка необходимо принимать число из размерного ряда, представленного в таблице, следующего за наибольшим размером детали ( 
).
Принять, что припуск на последующую обработку для боковых поверхностей заготовки, полученной методом литья, составляет 5 мм. Припуск учесть только для диаметров. Считать, что линейные размеры изготовлены без припуска на последующую механическую обработку. Таким образом диаметры заготовки составят 
= 
+ 2×5мм
Принять, что припуск на последующую обработку для боковых поверхностей заготовки, полученной методом штамповки, составляет 3 мм. Припуск учесть только для диаметров. Считать, что линейные размеры изготовлены без припуска на последующую механическую обработку. Таким образом диаметры заготовки составят = + 2×3мм
Принять, что глубина резания составляет 3мм.
В ходе лабораторной работы выполнить:
1. Ознакомиться с методическими указаниями к лабораторной работе.
2.Описать три варианта маршрутного технологического процесса изготовления детали из различного типа заготовок, соблюдая последовательность операций при изготовлении точением детали из заготовки.
3. Проанализировать полученные результаты для выбранного варианта, сделать выводы об эффективности и недостатках описанных технологий.
Лабораторная работа №2 (4 часа)
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
(цифры выделенные цветом при выполнении индивидуального задания следует выбирать в соответствии со своим вариантом)
Индивидуальные задания отличаются коэффициентами, на которые следует умножить соответствующие выделенные цветом цифры. Коэффициенты даны в таблице №1
Таблица №1
| № варианта | ||||||||
| Коэффиц. К | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,8 |
Рассмотрим числовой пример, позволяющий оценить особенности описанной выше процедуры. Пусть предприятие производит 2 изделия: изделие А и изделие В. Изделие А выпускается в количестве 5 000 шт. в год, а изделие В - 20 000 шт. в год. Оба изделия нуждаются в двух часах прямого труда для каждой выпущенной единицы. Таким образом, затраты прямого труда в компании составляют 50 000 часов:
Изделие А: 5 000 шт. х 2 час. - 10 000 час.
Изделие В: 20 000 шт. х 2 час. - 40 000 час.
50 000 час.
Затраты на материалы и оплату труда на единицу изделия составляют:
Продукция: А В
Материалы 35 тыс.р. 25 тыс.р.
Прямой труд (по расценке 7.500 тыс.р. в час) 15 15
Накладные производственные расходы компании составляют 1,000,000тыс.р. в год. Хотя оба изделия требуют одинаковые затраты прямого труда, изделие А требует большего количества операций контроля качества и большего количества переналадок оборудования, чем изделие В, что обусловлено сложностью проекта. Кроме того, продукция А производится малыми партиями, что требует большего количества производственных заказов по сравнению с продукцией В.
Предприятие ранее всегда использовала прямые затраты труда как базу для начисления накладных расходов на свою продукцию.
Рассмотрим способы учета накладных издержек предприятия, поочередно применив метод, базирующийся на прямых затратах труда, и ФСА-метод.
1.Использование прямых затрат труда в качестве базы для распределения накладных издержек. Рассчитаем норматив накладных расходов (overheadrate) предприятия по отношению к затратам прямого труда.
Производственные накладные расходы /Затраты прямого труда =
1 000 000 тыс.р. /50 000 час. = 20 тыс.р./час
Используя этот уровень, рассчитаем себестоимость производства изделий.
| Изделие | А | В |
| Материалы (тыс.р.) | ||
| Затраты прямого труда (тыс.р.) | ||
| Производственные накладные расходы (2ч • 20 тыс.р.) | ||
| Всего |
Этот подход рассматривает только затраты труда и не учитывает влияние других факторов (таких, как контроли качества и переналадки оборудования) на накладные расходы компании.
Хотя данный метод является быстрым и простым, он может использоваться только тогда, когда влияние “других” факторов незначительно, в противном случае искажения носят существенный характер и следует использовать ФСА-метод.
Использование ФСА-метода.
Предположим, что менеджеры предприятия, проанализировав свои операции, выявила восемь операционных центров с их носителями затрат. Затраты и другие данные по операционным центрам приведены в табл. 2.
Таблица 2 .Исходные данные
| Операционные центры и носители затрат | Затраты, тыс.р | Ожидаемое количество операций | |||
| Всего | Прод. А | Прод. В | |||
| Трудовые затраты (чел. - часы) | 80 000 | 50 000 | 10 000 | 40 000 | |
| Работа оборудования (маш. - часы) | 210 000 | 100 000 | 30 000 | 70 000 | |
| Производственные заказы (кол-во заказов) | 45 000 | ||||
| Переналадка оборудования (кол-во переналадок) | 160 000 | 2 000 | |||
| Доставка материалов (кол-во партий получения материалов) | 100 000 | 2 500 | |||
| Расход обрабатывающего инструмента (кол-во инструмента) | 35 000 | ||||
| Контроль качества (кол-во операций контроля) | 170 000 | 5 000 | |||
| Работа вспомогательного оборудования (маш.-часы) | 200 000 | 100 000 | 30 000 | 70 000 | |
| Всего | 1,000,000 | ||||
Как показано в табл. 2, менеджеры предприятия оценили объем накладных расходов прослеживаемых по каждому операционному центру вместе с ожидаемым количеством операций по каждому базовому параметру (носителю затрат). Например, переналадка оборудования (операционный центр) создает 160,000 тыс.р. затрат, что вызвано 2 000 переналадок в течение года, 1 500 из которых приходится на продукцию А и 500 на продукцию В.
Используя соответствующие носители затрат, предприятие установило нормативы накладных расходов для каждого операционного центра (см. табл.3).
Таблица 3. Нормативы накладных издержек по операционным центрам
| Операционный центр | Затраты | Кол-во операции | Величина затрат на операцию |
| Трудовые затраты | 80 000 | 50 000 | 1.60 тыс.р./ чел.час. |
| Работа оборудования | 210 000 | 100 000 | 2.10 тыс.р./маш.-час |
| Производственные заказы | 45 000 | 75 тыс.р. / заказ | |
| Переналадка оборудования | 160 000 | 2 000 | 80 тыс.р./переналадка |
| Доставка материалов | 100 000 | 2 500 | 40 тыс.р. / доставка |
| Расход обрабатывающего инструмента | 35 000 | 200 тыс.р. / инструм. | |
| Контроль качества | 170 000 | 5 000 | 34 тыс.р. / контроль |
| Работа вспомогательного оборудования | 200 000 | 100 000 | 2 / маш. – час |
Эти нормативы в свою очередь используются для переноса затрат с операционных центров на продукцию
В таблице 4 содержится расчет распределения накладных издержек каждого операционного центра по видам продукции (изделие А и В) и последующая оценка накладных издержек, приходящихся на единицу продукции.
Таблица 4. Распределение накладных издержек по продуктам
| Операционные центры | Изделие А | Изделие В | ||
| Операции (шт) | Стоимость (тыс.р.) | Операции (шт) | Стоимость (тыс.р.) | |
| Трудовые затраты, 1.6 тыс.р./ чел.час | 10 000 | 16 000 | 40 000 | 64 000 |
| Работа оборудования, 2.1 тыс.р./маш.-час | 30 000 | 63 000 | 70 000 | 147 000 |
| Производственные заказы, 75 тыс.р. / заказ | 15 000 | 30 000 | ||
| Переналадка оборудования, 80 тыс.р./переналадка | 1 500 | 120 000 | 40 000 | |
| Доставка материалов, 40 тыс.р. / доставка | 36 000 | 1 600 | 64 000 | |
| Расход обрабатывающего инструмента, 200 тыс.р. / инструм | 20 000 | 15 000 | ||
| Контроль качества, 34 тыс.р. / контроль | 4 000 | 136 000 | 1 000 | 34 000 |
| Работа вспомогательного оборудования, 2 / маш. – час | 30 000 | 60 000 | 70 000 | 140 000 |
| Всего накладных расходов | 466 000 | 534 000 | ||
| Количество выпущенных изделий | 5 000 | 20 000 | ||
| Накладные расходы на ед. прод. | 93,20 | 26,70 |
В результате получаем, что на каждое изделие А приходится 93.20 тыс.р. накладных расходов, а на каждое изделие В - 26.70 тыс.р. Калькуляцию полной себестоимости единицы продукции при использовании обоих методов приведем в табл. 5.
Таблица 5. Калькуляция себестоимости единицы продукции
| АВС - метод | Использование прямого труда как базы | |||
| Изделие А | Изделие Б | Изделие А | Изделие Б | |
| Материалы | 35,00 | 25,00 | 35,00 | 25,00 |
| Прямые затраты труда | 15,00 | 15,00 | 15,00 | 15,00 |
| Производственные накладные расходы | 93,20 | 26,70 | 40,00 | 40,00 |
| Всего: | 143,20 | 66,70 | 90,00 | 80,00 |
Как видно из таблицы 40, компания начислила по 40 тыс.р. на каждое изделие в виде накладных расходов при использовании первого метода. В действительности накладные расходы на единицу продукции составили соответственно 93.20 тыс.р. и 26.70 тыс.р. Это приводило к недооценке стоимости изделий А и переоценке стоимости изделий В. В зависимости от цены реализации компания могла даже нести убытки, продавая продукцию А, не ведая об этом.
Промышленные роботы
Роботизированные технологические комплексы (РТК).Представляет собой автономно функционирующую совокупность технологического оборудования, промышленного робота и системы функционирования (ЭВМ). Различают следующие разновидности роботизированных технологических комплексов:
1) манипуляционные РТК, у которых основной исполнительный орган оканчивается захватом или каким-нибудь инструментом;
2) мобильные РТК (колесные, шагающие, гусеничные), используемые, как правило, в экстремальных условиях работы;
3) информационно-управляющие РТК, которые могут не иметь механически движущихся исполнительных устройств, они следят за ходом протекания технологических процессов, обрабатывают информацию, поступающую от каких-либо внешних источников, и в случае необходимости вносят коррективы в протекание контролируемого технологического процесса.
Объединение группы робототехнических комплексов в одну технологическую цепочку изготовления продукции позволяет создать роботизированные автоматические линии (РАЛ). На одной такой линии могут производиться в автоматическом режиме обработка резанием, термообработка, сварка и т.д.
К достоинствам РАЛ относятся высокая производительность и качество выпускаемой продукции, совмещение рабочих и вспомогательных процессов во времени, высокая мобильность и переналаживаемость. К недостаткам этих линий следует отнести высокие капитальные затраты.
Рис. Обрабатывающий центр
Станок токарный
Для выбранного, например, станка на рисунке указать его основные части, дать описание выполняемых функций, указать используемый инструмент.
Лабораторная работа № 13 (2 часа)
Технологичность изделий, принципы и направления создания технологичных изделий, анализ и направления повышения технологичности заданного изделия
Технологичность изделий
Технологичностью изделий называется степень оптимальности и рациональности изготовления и сборки и как следствие наименьшая себестоимость.
Разработка технологии изготовления изделия является решение многовариантной задачи. Из исходных материалов и комплектующих по конструкторской документации создается готовое изделие. Технологических путей создания изделий множество. Необходимо выбрать оптимальный. Для оценки оптимальности используются различные критерии. В процессе разработки изделия и технологии его изготовления используется ряд принципов, повышающих технологичность изделия.
В недалеком прошлом оптимизация технологического процесса заключалась в том, что на основе опыта и интуиции технолога из множества вариантов технологического процесса выделялось 2-3, которые детально анализировались, сравнивались, и выбирался основной вариант, который принято было считать наиболее оптимальным. С развитием вычислительной техники появились программные продукты, позволяющие за короткое время просчитывать множество вариантов и по заданным критериям выбирать оптимальный.
Технологичность изделия оценивается в соответствии с ГОСТ 14202073. При этом вводятся следующие показатели и критерии.
1. Трудоемкость изготовления конструкции, которая характеризуется временем, затрачиваемым на изготовление и сборку изделия. Суммируя время определенных операций, может быть определена общая трудоемкость в нормочасах.
2. Себестоимость изготовления деталей, сборочных единиц, изделия. Себестоимость изготовления изделия зависит от трудоемкости, квалификации рабочих и технико-экономических условий изготовления изделий.
3. Коэффициент использования материала (КИМ).
КИМ= ,
где q0– полезный расход, Ндет- общий расход материала, включая потери и отходы.
4. Степень использования стандартных и нормализованных деталей и сборочных единиц. Чем больше использовано в изделии, тем выше его технологичность.
5. Процентное отношение количества деталей оригинальной и сложной конструкции к общему количеству деталей. Снижение количества оригинальных деталей повышает технологичность изделия.
Дополнительными показателями технологичности являются:
1) характеристика условий эксплуатации и ремонта;
2) условия выполнения работ по техническому обслуживанию изделий в том числе требования по квалификации и составу персонала для проведения этих работ;
3) средняя трудоемкость ремонта и технического обслуживания.
В процессе создания изделий следует придерживаться определенных принципов для повышения технологичности конструкции. В качестве основных можно рекомендовать следующие принципы:
1) максимально широкое использование унифицированных комплектующих деталей;
2) снижение номенклатуры применяемых материалов, крепежных изделий, а также разнообразия деталей и узлов;
3) конструкторская проработка, обеспечивающая создание деталей рациональной формы, обусловливающая минимум затрат на изготовление и простоту сборки и разборки изделия;
4) наличие на деталях удобных базирующих поверхностей для изготовления;
5) выбор рационального способа получения заготовок с размерами и формой, наиболее близким к готовым деталям.
Цель работы: разработать три варианта технологической последовательности (маршрутную технологию) изготовления детали, представленной на рис.1. Принять, что деталь может быть изготовлена из готового сортамента (круг), из заготовок, полученных методом литья или штамповки путем токарной обработки.
| L1 |
| L4 |
| L6 |
| D6 |
| D5 |
| D4 |
| L5 |
| L3 |
| L2 |
| D3 |
| D2 |
| D1 |
Рисунок 1.1 – Геометрия детали
В таблице 1.2 даны геометрические параметры детали для нескольких вариантов расчетов.
Таблица 1.2 – Геометрические параметры детали, мм
| Вариант | Д1 | Д2 | Д3 | Д4 | Д5 | Д6 | L1 | L2 | L3 | L4 | L5 | L6 |
Готовый сортамент в виде прутка выпускается согласно принятых стандартов, представлен в таблице №1.
Таблица 1 - Стандартные размеры круглого сортового проката (ГОСТ 2590-88)
| Стандартные диаметры круглого проката, мм |
| 60, 62, 63, 65, 67, 68, 70, 72, 75, 78, 80, 82, 85, 87, 90, 92, 95, 97, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 140, 150, |
При выборе диаметра прутка необходимо принимать число из размерного ряда, представленного в таблице, следующего за наибольшим размером детали ( ).
Принять, что припуск на последующую обработку для боковых поверхностей заготовки, полученной методом литья, составляет 5 мм. Припуск учесть только для диаметров. Считать, что линейные размеры изготовлены без припуска на последующую механическую обработку. Таким образом диаметры заготовки составят = + 2×5мм
Принять, что припуск на последующую обработку для боковых поверхностей заготовки, полученной методом штамповки, составляет 3 мм. Припуск учесть только для диаметров. Считать, что линейные размеры изготовлены без припуска на последующую механическую обработку. Таким образом диаметры заготовки составят = + 2×3мм
Принять, что глубина резания составляет 3мм.
В ходе лабораторной работы выполнить:
1. Ознакомиться с методическими указаниями к лабораторной работе.
2.Описать три варианта маршрутного технологического процесса изготовления детали из различного типа заготовок, соблюдая последовательность операций при изготовлении точением детали из заготовки.
3. Проанализировать полученные результаты для выбранного варианта, сделать выводы об эффективности и недостатках описанных технологий.
Лабораторная работа №2 (4 часа)