Вопрос №60.Организация конструкторской подготовки производства

Основные задачи, стадии и этапы проектно-конструкторской подготовки

Основной задачей проектно-конструкторской подготовки производства является создание комплекта чертежной доку­ментации для изготовления и испытания макетов, опытных образцов (опытной партии), установочной серии и докумен­тации для установившегося серийного или массового произ­водства новых изделий в соответствии с требованиями техничес­кого задания.

Содержание и порядок выполнения работ на этой стадии системы СОНТ регламентируются ГОСТами в единой системе конструкторской документации (ЕСКД). ГОСТ определяет сле­дующие стадии конструкторской подготовки производства (КПП): техническое задание, техническое предложение, эскиз­ный проект, технический проект и рабочий проект.

Техническое задание является исходным документом, на основе которого осуществляется вся работа по проектирова­нию нового изделия. Оно разрабатывается на проектирование нового изделия либо предприятием-изготовителем продук­ции и согласуется с заказчиком (основным потребителем), либо заказчиком. Утверждается ведущим министерством (к профилю которого относится разрабатываемое изделие).

В техническом задании определяется назначение будуще­го изделия, тщательно обосновываются его технические и эк­сплуатационные параметры и характеристики: производитель­ность, габариты, скорость, надежность, долговечность и дру­гие показатели, обусловленные характером работы будущего изделия. В нем также содержатся сведения о характере про­изводства, условиях транспортировки, хранения и ремонта; рекомендации по выполнению необходимых стадий разработ­ки конструкторской документации и ее составу; технико-эко­номическое обоснование и другие требования.

Разработка технического задания базируется на основе выполненных научно-исследовательских и опытно-конструк­торских работ, результатов изучения патентной информации маркетинговых исследований, анализа существующих анало­гичных моделей и условий их эксплуатации.

Техническое предложение разрабатывается в том случае, если техническое задание разработчику нового изделия вы­дано заказчиком. Второе содержит тщательный анализ первого и технико-экономическое обоснование возможных тех­нических решений при проектировании изделия, сравнитель­ную оценку с учетом эксплуатационных особенностей проек­тируемого и существующего изделия подобного типа, а также анализ патентных материалов.

Порядок согласования и утверждения технического пред­ложения такой же, как и технического задания. После согла­сования и утверждения техническое предложение является основанием для разработки эскизного проекта. Последний разрабатывается в том случае, если это предусмотрено тех­ническим заданием или техническим предложением, там же определяются объем и состав работ.

Эскизный проект состоит из графической части и поясни­тельной записки.

Первая часть содержит принципиальные конструктивные решения, дающие представление об изделии и принципе его работы, а также данные, определяющие назначение, основ­ные параметры и габаритные размеры. Таким образом, она дает конструктивное оформление будущей конструкции изде­лия, включая чертежи общего вида, функциональные блоки, входные и выходные электрические данные всех узлов (бло­ков), составляющих общую блок-схему. На этой стадии раз­рабатывается документация для изготовления макетов, осу­ществляется их изготовление и испытания, после чего коррек­тируется конструкторская документация.

Вторая часть эскизного проекта содержит расчет основных параметров конструкции, описание эксплуатационных особен­ностей и примерный график работ по технической подготовке производства.

В состав задач эскизного проекта входит и разработка различ­ных руководящих указаний по обеспечению на последующих ста­диях технологичности, надежности, стандартизации и унифика­ции, а также составление ведомости спецификаций материалов и комплектующих изделий на опытные образцы для последующей передачи их в службу материально-технического обеспечения. Макет изделия позволяет добиться удачной компоновки отдель­ных частей, найти более правильные эстетические и эргономичес­кие решения и тем самым ускорить разработку конструкторской документации на последующих стадиях системы СОНТ.

Эскизный проект проходит те же стадии согласования и утверждения, что и техническое задание.

Технический проект разрабатывается на основе утвержден­ного эскизного проекта и предусматривает выполнение гра­фической и расчетной частей, а также уточнения технико-эко­номических показателей создаваемого изделия. Он состоит из совокупности конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, которые дают полное представление об устройстве разрабатываемого изделия и ис­ходные данные для разработки рабочей документации.

В графической части технического проекта приводятся чер­тежи общего вида проектируемого изделия, узлов в сборке и основных деталей. Чертежи обязательно согласовываются с технологами.

В пояснительной записке содержатся описание и расчет параметров основных сборочных единиц и базовых деталей изделия, описание принципов его работы, обоснование выбо­ра материалов и видов защитных покрытий, описание всех схем и окончательные технико-экономические расчеты. На этой стадии при разработке вариантов изделий изготавлива­ется и испытывается опытный образец.

Технический проект проходит те же стадии согласования и утверждения, что и техническое задание.

Рабочий проект является дальнейшим развитием и конкре­тизацией технического проекта. Эта стадия КПП разбивается на три уровня:

а) разработка рабочей документации опытной партии (опытного образца);

б) разработка рабочей документа­ции установочной серии;

в) разработка рабочей документации установившегося серийного или массового производства. Первый уровень рабочего проектирования выполняется в три, а иногда и в пять этапов.

На первом этапе разрабатывают конструкторскую докумен­тацию для изготовления опытной партии. Одновременно оп­ределяют возможность получения от поставщиков некоторых деталей, узлов, блоков (комплектующих). Всю документацию передают в экспериментальный цех для изготовления по ней опытной партии (опытного образца).

На втором этапе осуществляют изготовление и заводские испытания опытной партии. Как правило, проводят заводс­кие механические, электрические, климатические и другие испытания.

Третий этап заключается в корректировке технической до­кументации по результатам заводских испытаний опытных об­разцов.

Если изделие проходит государственные испытания (чет­вертый этап), то в процессе этих испытаний уточняются пара­метры и показатели изделия в реальных условиях эксплуата­ции, выявляются все недостатки, которые впоследствии уст­раняются.

Пятый этап состоит в корректировке документации по ре­зультатам государственных испытаний и согласовании с тех­нологами вопросов, касающихся классов шероховатости, точ­ности, допусков и посадок.

Второй уровень рабочего проектирования выполняется в два этапа.

На первом этапе в основных цехах завода изготавливают установочную серию изделий, которая затем проходит дли­тельные испытания в реальных условиях эксплуатации, где уточняют стойкость, долговечность отдельных деталей и уз­лов изделия, намечают пути их повышения. Запуску устано­вочных серий предшествует, как правило, технологическая подготовка производства.

На втором этапе производят корректировку конструкторс­кой документации по результатам изготовления, испытания и оснащения технологических процессов изготовления изделий специальной оснасткой. Одновременно с этим корректируют и технологическую документацию. Третий уровень рабочего проектирования выполняется в два этапа.

На первом этапе осуществляют изготовление и испытание головной или контрольной серии изделий, на основе которой производят окончательную отработку и выверку технологичес­ких процессов и технологического оснащения, корректировку технологической документации, чертежей приспособлений, штампов и т. д., а также нормативов расхода материалов и ра­бочего времени.

На втором этапе окончательно корректируют конструкторскую документацию.

Такой, на первый взгляд громоздкий, порядок осуществ­ления конструкторской подготовки производства в массовом или крупносерийном производстве дает большой экономичес­кий эффект. За счет тщательной отработки конструкции изде­лия и его отдельных частей обеспечиваются максимальная тех­нологичность в производстве, надежность и ремонтопригод­ность в эксплуатации.

Круг работ, выполняемых на стадиях, может отличаться oт рассмотренного выше в зависимости от типа производств сложности изделия, степени унификации, уровня кооперирования и ряда других факторов.

Система автоматизированного проектирования в конструкторской подготовке производства

Системы автоматизированного проектирования (САПР) в настоящее время полностью себя оправдывают и являются во многих случаях единственно возможными методами при кон­струировании новых видов изделий (например, интегральных микросхем).

Под автоматизацией проектирования понимается автома­тизированный конструкторский синтез устройства с выпуском необходимой конструкторской документации (КД).

В отличие от проектирования вручную, результаты которо­го во многом определяются инженерной подготовкой конст­рукторов, их производственным опытом, профессиональной интуицией и т. п., автоматизированное проектирование позволяет исключить субъективизм при принятии решений, значи­тельно повысить точность расчетов, выбрать варианты для реализации на основе строгого математического анализа, зна­чительно повысить качество конструкторской документации, повысить производительность труда проектировщиков, сни­зить трудоемкость, существенно сократить сроки конструктор­ской и технологической подготовки производства в цикле СОНТ, эффективнее использовать технологическое оборудо­вание с ЧПУ.

Важным результатом внедрения САПР являются и социо­логические факторы: повышение престижности и культуры труда при замене неавтоматизированных методов автомати­зированными; повышение квалификации исполнителей; со­кращение численности работников, занятых рутинными опе­рациями.

Наибольшую эффективность от внедрения САПР можно получить при автоматизации всего процесса проектирования - от постановки задачи, выбора предпочтительных вариантов построения изделия до технологической подготовки его про­изводства и выпуска.

САПР представляет собой организационно-техническую систему, состоящую из комплекса средств автоматизации про­ектирования, взаимосвязанного с проектировщиками и под­разделениями проектной организации. Проектировщик (кон­структор, технолог) входит в состав любой САПР и является ее пользователем, так как без человека автоматизированная си­стема не может функционировать. Объектом автоматизации в САПР являются действия проектировщиков, разрабатывающих изделия или технологические процессы. САПР нельзя создать вне конкретного производства, на котором она будет исполь­зована.

Комплекс средств автоматизации включает математиче­ское, лингвистическое, программное, информационное, методическое, организационное, аппаратное и техническое обеспечение.

Математическое обеспечение составляют математические методы, модели и алгоритмы, необходимые для осуществле­ния автоматизированного проектирования.

Лингвистическое обеспечение - совокупность специаль­ных языковых средств проектирования, предназначенных для общения человека с техническими и программными компонен­тами САПР. Практика использования ЭВМ в проектировании привела к созданию наряду с универсальными алгоритмичес­кими языками программирования (АЛГОЛ, ФОРТРАН и др.) проблемно-ориентированных алгоритмических языков, специ­ализированных для проектных задач. Например, для автома­тизации вычерчивания изображений служат графические язы­ки ГП-ЕС, ГРАФОР, РЕДГРАФ, ФАП-КФ и др.

Программное обеспечение является непосредственным производным компонентом от математического обеспечения и представляет собой комплекс всех программ и эксплуата­ционной документации к ним.

Информационное обеспечение - это информация о про­тотипах проектируемых изделий или процессов, комплектую­щих изделиях и материалах, об используемом режущем инст­рументе, о правилах и нормах проектирования, а также любая другая справочная информация, используемая проектировщи­ками для выработки проектных решений. Основная часть ин­формационного обеспечения содержится в банках данных, состоящих из баз данных и систем управления базами данных.

Организационное обеспечение устанавливает взаимодей­ствие проектирующих и обслуживающих подразделений, от­ветственность специалистов за определение вида работ, при­оритеты пользования средствами САПР и другие регламенты организационного характера. Соответствующий комплект до­кументов составляют необходимые инструкции, приказы и штатные расписания.

Техническое обеспечение - комплекс всех технических средств, используемых при автоматизированном проектировании и для поддержания средств автоматизации в работоспо­собном состоянии.

Решающими условиями возможности и целесообразнос­ти создания САПР являются:

а) единство принципов построе­ния объектов проектирования;

б) высокий уровень типизации и стандартизации элементов, из которых компонуют объекты проектирования;

в) высокий уровень унификации процессов проектирования;

г) большой объем проектных работ при ин­дивидуальных требованиях к объектам проектирования.

В общем случае процесс проектирования включает три эта­па: составление эскизного, технического и рабочего проектов.

Наиболее творческой является стадия эскизного проекти­рования, требующего применения интерактивных средств гра­фики. С их помощью конструктор может строить трехмерное изображение детали и моделировать траекторию движения инструмента для ее обработки (без чертежей).

Техническое проектирование предусматривает исполнение конкретного замысла в заданном масштабе, а также осуще­ствление необходимых расчетов. Здесь используется значи­тельный объем информации о стандартных деталях, покупных изделиях и т. д.

На стадии рабочего проектирования создаются рабочие чертежи и техническая документация. Деталировка, опреде­ление и нанесение размеров, составление спецификаций пол­ностью формализуются и могут выполняться на ЭВМ с исполь­зованием средств машинной графики.

При автоматизации проектирования наиболее важной явля­ется формализация как самого процесса, так и его объекта. Она позволяет представить процесс проектирования в виде цепоч­ки (набора) последовательно (параллельно-последовательно) выполняемых процедур, при которых информация преобразу­ется, а исходные варианты приближаются к заданным проект­ным задачам. При этом если проекты могут быть сформу­лированы в виде информационных массивов для ЭВМ, а опе­раторы проектирования (определенные процедуры, форму­лы, комплексы программ, стандарты, методики, модели и т. п.) представлены в виде пакета машинных программ, то та­кой процесс называют автоматической разработкой (генера­цией) проекта. Если разработке на ЭВМ подлежат лишь неко­торые подкомплексы на отдельных стадиях, то такой процесс проектирования называется автоматизированным. В том слу­чае, когда оператор проектирования применим для ряда сис­тем или подкомплексов, выполняется типовое проектирование. Нахождение (разработка) таких операторов является одной из важнейших задач построения любой системы проектирования.

Технико-экономическое обоснование на стадии проектирования новой техники

Каждый вновь создаваемый вид техники или мероприятие по улучшению освоенной техники должен быть лучше ранее освоенных: он должен давать большую экономию живого и овеществленного труда, быть лучше по качеству и в большей мере удовлетворять потребности в новых или усовершенство­ванных видах продукции. Показатели качества вновь создава­емой техники должны быть на уровне высших мировых дости­жений в данной отрасли.

Новая или усовершенствованная техника должна быть луч­ше и эффективнее той, взамен которой она создается и будет производиться, с производственной, эксплуатационной или обеих точек зрения. В первом случае к новой (усовершенствованной) конструк­ции предъявляются требования как к объекту производства на заводе-изготовителе. Главным здесь является экономичность производства и минимальные сроки его подготовки и освое­ния. Экономичность изготовления каждой новой конструкции зависит от ее технологичности, оттого, насколько прогрессив­ными и производительными будут применяемые технологичес­кие процессы. Конструкция является технологичной, если она экономична для производства.

При наличии нескольких вариантов конструкции техники, полностью удовлетворяющих эксплуатационным требовани­ям, предпочтение отдается более технологичной.

Для выбора наилучшего варианта конструкции имеется ряд показателей технологичности:

• трудоемкость изготовления - абсолютная (на одно изде­лие) и относительная (на единицу установленной мощности, производительности, другого показателя);

• материалоемкость или масса конструкции - абсолютная или относительная;

• трудоемкость подготовки изделия к функционированию;

• степень конструктивной стандартизации и унификации;

• капиталовложения в производство новой продукции;

• себестоимость и отпускная цена новой продукции;

• прибыль и рентабельность производства.

Трудоемкость изготовления продукции определяется в процессе ее проектирования и является весьма важным пока­зателем. Более технологичной считается та конструкция, ко­торая при прочих равных условиях менее трудоемка. Сниже­ние трудоемкости изделия на стадии его производства - одна из важнейших задач, которая ставится перед разработчика­ми. Большие возможности снижения трудоемкости заложены в правильном выборе современных прогрессивных методов получения заготовок, рациональном выборе квалитетов и клас­сов шероховатости. На смену обработки деталей резанием (механообработки) постепенно приходят точные методы фор­мообразования деталей - штамповки, прессования, литья под давлением и др.

Материалоемкость характеризует общий расход материа­ла на изготовление данной конструкции изделия или удель­ную материалоемкость на эксплуатационный параметр. Во многих случаях у конструктора есть возможность при проек­тировании детали выбрать материал из двух или даже многих, обеспечивающих одинаковые эксплуатационные свойства де­тали, но различные по стоимости, трудоемкости обработки, а иногда способствующие снижению массы изделия.

Повышение определяющего эксплуатационного показате­ля изделия, как правило, дает снижение материалоемкости и трудоемкости в расчете на единицу основного параметра. При этом снижение удельной материалоемкости на единицу мощ­ности или другого параметра происходит значительно быст­рее, чем уменьшение общего расхода материала на единицу изделия.

Трудоемкость подготовки изделия к функционированию определяется в процессе проектирования и зависит от слож­ности регулировочно-настроечных процессов, проводимых с целью получения необходимых технико-экономических пара­метров. Возможности снижения трудоемкости здесь заложе ны в качестве используемой контрольно-измерительной ап­паратуры и специальных стендов для испытаний.

Степень конструктивной стандартизации и унификации - это показатель, характеризующий конструкцию изделия с точ­ки зрения реализации в ней стандартизированных и унифици­рованных деталей, что приводит к повышению объема выпус­ка однотипных деталей, сборочных единиц, изделий в целом, а также к применению более прогрессивной технологии, а это как следствие позволяет не только существенно снизить тру­доемкость изготовления, но и несколько уменьшить материа-лоемкость.

Капиталовложения в производство новой конструкции ха­рактеризуют общие затраты на приобретение дополнительно­го и изготовление нестандартного оборудования и перепла­нировку в производственных цехах, создание производствен­ных запасов. Чем меньше потребности предприятия в капита­ловложениях, тем технологичнее новая конструкция изделия.

Себестоимость, прибыль и рентабельность новой конструк­ции изделия являются обобщающими показателями ее техно­логичности.

С производственной точки зрения новая конструкция бу­дет считаться технологичной, а следовательно, и эффектив­ной в том случае, если дополнительная прибыль (АП), полу­ченная в результате освоения, выпуска и реализации новой продукции, обеспечит рентабельность не ниже средней сло­жившейся рентабельности на предприятии-изготовителе. Это­му условию должно удовлетворять неравенство:

Где - дополнительные капиталовложения, связанные с освоением новой конструкцией изделия;

- суммарная годовая прибыль предприятия-изготовителя до выпуска новой конструкцией изделия;

- стоимость производственных фондов предприятия-изготовителя.

Дополнительная прибыль определяется по формуле

Где и - среднегодовой выпуск ранее освоенной и новой конструкции изделия;

и - соответственно цены на ране освоенную т новую конструкцию;

и - себестоимость ранее освоенной и новой конструкции изделия;

- среднегодовые затраты, связанные с технической подготовкой и освоением в производстве конструкции нового изделия.

С эксплуатационной точки зрения потребителя новая кон­струкция должна обладать следующими показателями:

1) бо­лее надежной (долговечной, безотказной, ремонтопригодной и сохраняемой) в эксплуатации;

2) удобной в обслуживании и ремонте эстетичной и безопасной в эксплуатации;

3) эргоно­мичной (с точки зрения психологии, физиологии и гигиены труда работников обслуживания);

4) более производительной в единицу времени;

5) более экономичной в потреблении элек­троэнергии и капиталовложений эксплуатационников новой продукции;

6) обеспечивать минимальную себестоимость еди­ницы работы, выполняемой изделием.

Если эксплуатационные свойства новой техники повыша­ются по сравнению с ранее освоенной (заменяемой), то эко­номическая эффективность ее определяется путем соизмере­ния капитальных вложений потребителя со снижением себе­стоимости работы, выполняемой новой техникой. Лучшим при­знается вариант с наименьшей суммой приведенных затрат:

Где - готовые эксплуатационные издержки предприятия-потребителя продукции по i-му товару;

- капитальные вложения предприятия-потребителя продукции по i-му товару;

- нормативный коэффициент экономической эффективности.

После расчета суммы приведенных затрат по вариантам техники можно определить годовой экономический эффект использования новой или усовершенствованной техники.

Эксплуатационная технологичность новой техники может быть определена с помощью нескольких показателей. При этом следует различать показатели технологичности базово­го изделия и проектируемого, а также определять уровень тех­нологичности как соотношение показателей технологичности проектируемого и базового изделия.