Техническая подготовка производства

Конструкторско-технологическая отработка изделий

Введение

Развитие авиационной и ракетно-космической техники характеризуется особенно быстрыми темпами технического прогресса. Современные требования к эксплуатационным характеристикам самолетов гражданского и военного назначения, ракетоносителям и космическим аппаратам приводят к усложнению конструкции изделий, необходимости применения новейших высокопрочных, жаростойких, труднообрабатываемых материалов, увеличению насыщенности сложным бортовым оборудованием и аппаратурой, в результате чего резко возрастают затраты на их создание и производство. Естественно, что при этом увеличиваются сроки проектирования и запуска изделий в производство.

Страны – производители авиационной и ракетно–космической техники, оказывая государственную поддержку этим отраслям, одним из важнейших условий повышения потребительской стоимости продукции, считают создание эффективных конструкторско-технологических систем проектирования. Эти системы должны обеспечивать безошибочное создание эффективных конструкций, их тестирование и запуск в производство, сопровождение на всех стадиях жизненного цикла изделия.

Жизненный цикл изделия - эволюция изделия между состояниями: изделие по замыслу, изделие в реальном исполнении, изделие с услугами. В жизненном цикле современных летательных аппаратов можно выделить следующие стадии (рис. 6.1) - создание, производство, эксплуатация, утилизация. Чем ниже себестоимость изделия на каждой стадии и длительность его создания, производства и утилизации, тем конкурентоспособней оно на рынке изделий с аналогичными потребительскими свойствами.

Длительность эксплуатации для самолетостроения и ракетостроения различны как применительно к типу, так и применительно к единице изделия. Например, ракетоносители семейства "Протон" различных модификаций, эксплуатирующиеся с 1968 г., выполнив вывод полезной нагрузки, утилизируются. Самолет же эксплуатируется в течение нескольких десятилетий. Так, например, первый полет серийного самолета ТУ - 204 состоялся в 1990 г. и по прогнозам аналитиков его производство будет продолжаться около 15 лет. Последний произведенный самолет будет находиться в эксплуатации еще не менее 25 лет.

Рис. 6.1. Жизненный цикл сложного технического объекта

Создание нового изделия или модернизация ранее созданных требует проведения комплекса проектно - производственных работ, сложность, трудоемкость и длительность которых определяется, с одной стороны, сложностью и технической новизной самого объекта, а, с другой стороны, организацией этого процесса во времени и пространстве.

Функциональное многообразие компонентов разрабатываемого объекта, их различная физическая природа и место в конструкторской иерархии вынуждает разбивать процесс исполнения сложного объекта на отдельные этапы, а в рамках каждого этапа - на многочисленные проектно-производственные задачи. Завершающим этапом создания нового изделия является изготовление макетного или опытного образца, на котором проверяется и корректируется проектная разработка.

Изготовлению серийных изделий предшествует подготовка материально-технической базы и организационной структуры производства, обеспечивающих заданный технический уровень и технико-экономические показатели проекта.

Стадии эксплуатации и утилизации изделий по содержанию, сложности и объему решаемых задач являются прямым продолжением проектно-производственных этапов. Сопровождение объектов разрабатывающими предприятиями на этих стадиях является обязательным условием и создает необходимые предпосылки для последующей их модификации.

Специфика технической подготовки производства летательных аппаратов определяется следующими функционально - конструктивными особенностями изделий:

1. Условия работы летательных аппаратов и отдельных его частей требуют применения в конструкции широкого спектра конструкционных материалов различной природы с адекватными эксплуатационными свойствами, что обусловливает необходимость использования при их изготовлении и сборке сложных дорогостоящих методов и средств производства.

2. Сложность, многодетальность, разнотипность составных частей современных летательных аппаратов при низкой их повторяемости в изделии, приводящие к усложнению технологической и производственной системы выпускающего предприятия и необходимости широкой кооперации с предприятиями - смежниками. Это обстоятельство усложняет процессы, связанные с увязкой и тиражированием конструкторско - технологической информации.

3. Большие габариты, сложность аэродинамических обводов и высокие требования к точности их исполнения при жестких ограничениях по весу приводят к необходимости использования в конструкции летательных аппаратов маложестких крупногабаритных листовых и профильных деталей. Для изготовления и сборки таких конструкций необходимо применение специальных технологических методов и средств оснащения производства.

4. Насыщенность конструкции оборудованием, приборами, механизмами, коммуникациями бортовых систем, высокие требования к качеству и надежности летательных аппаратов, невозможность полномасштабных летных испытаний каждого изделия обуславливают необходимость проведения большого объема имитационных контрольно-испытательных работ.

5. Быстрое моральное старение и необходимость частой смены или модернизации летательных аппаратов, требует мобильной перестройки производства в кратчайшие сроки в условиях ограниченных материально - технических и финансовых ресурсов. Освоение новых материалов и конструктивно - технических решений связано не только с переоснащением производства, но и с подготовкой и переподготовкой кадров.

Основные понятия и определения

Терминология, содержание, последовательность выполнения и документальное оформление результатов работ на каждом этапе жизненного цикла изделия регламентируется международными, государственными и отраслевыми нормативными документами.

Основными общетехническими стандартами для авиа - ракетостроения являются:

- единая система конструкторской документации - ЕСКД.

- единая система технологической подготовки производства - ЕСТПП.

Эти стандарты уточняются, адаптируются с учетом специфики отрасли и оформляются в виде отраслевых стандартов и руководящих технических материалов.

В соответствии с ЕСКД и ЕСТПП установлены следующие основные понятия и определения.

Изделие - любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Установлены следующие виды изделий: детали, сборочные единицы, комплекс, комплект.

Деталь - изделие, изготовленное из материала одной марки без применения сборочных операций или с использованием местных неразъемных соединений - сварки, пайки, склеивания. Деталь может иметь защитное или декоративное покрытие.

Сборочная единица - изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии - изготовителе с помощью разъемных и неразъемных соединений. Сборочные единицы являются специфицированными изделиями, так как на них составляются спецификации, включающие все составные части. К сборочным единицам относится подавляющее большинство разрабатываемых и выпускаемых изделий.

Комплекс - совокупность изделий, не соединенных на предприятии - изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. Комплекс специфицируется.

Комплект - совокупность изделий общего функционального назначения вспомогательного характера, не соединенных на предприятии - изготовителе и служащих для обслуживания или ремонта изделия, к которому они прилагаются.

Комплектующие изделия - составные части изделия, изготавливаемые на других предприятиях.

Кооперированные изделия - комплектующие изделия, получаемые в порядке кооперации, изготавливаемые по конструкторской документации, входящей в комплект документов на изделие, составными частями которого они являются.

Покупные изделия - комплектующие изделия, изготавливаемые по конструкторской документации, не входящей в комплект документов на изделие, составными частями которого они являются.

Полуфабрикат - изделие поставщика, подлежащее дополнительной обработке или сборке.

Разработка - термин, широко используемый в технической литературе для обозначения научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ. Разработка входит в комплекс мероприятий, направленных на выпуск изделий.

Конструкция - устройство, взаимное расположение частей и элементов изделия, определяющееся его назначением. Является одним из основных его свойств, предусматривает способ соединения, взаимодействие частей, материалы, из которых они изготовлены.

Проектирование - поиск научно обоснованных, технически осуществимых и экономически целесообразных инженерных решений в условиях определенных ограничений. Результатом проектирования является проект разрабатываемого изделия, являющийся основой для дальнейшей разработки.

Конструирование - создание конкретной конструкции изделия. В процессе конструирования создается изображение и виды изделия, рассчитывается комплекс размеров с допускаемыми отклонениями, выбираются соответствующие конструктивные материалы, устанавливаются требования к чистоте поверхностей, формулируются технические требования и т.д.

Проектирование и конструирование - взаимосвязанные, дополняющие друг друга процессы. При проектировании необходимо опираться на предварительно принятые варианты конструктивного исполнения для проведения точностных и прочностных расчетов, оптимизации параметров проекта и т.п. Конструирование же опирается на результаты проектирования и уточняет принятые инженерные решения. Часто эти два процесса, выполняемые инженерами - конструкторами, не разделяют.

Производство - "процесс создания материальных благ и услуг", " работа по непосредственному изготовлению продукции; предприятие (фабрика, завод и т.п.) на котором производится эта работа". Основные классификационные характеристики:

вид производства - классификационная категория производства, выделяемая по признаку применяемого метода изготовления изделия,

тип производства - классификационная категория производства, выделяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий.

Основными характеристиками типа производства являются:

объем выпуска - количество изделий определенных наименований, типоразмера и исполнения, изготавливаемых или ремонтируемых предприятием в течение планируемого интервала времени,

программа выпуска - перечень наименований изготавливаемых или ремонтируемых изделий с указанием объема выпуска и срока выполнения по каждому наименованию.

Производственный процесс - совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта выпускаемых изделий.

В зависимости от объема выпуска, характера и номенклатуры изделий, технических и экономических условий существования производственного процесса выделяют следующие типы производства:

единичное производство - производство, характеризуемое широкой номенклатурой изготавливаемых или ремонтируемых изделий и малым объемом выпуска,

серийное производство - производство, характеризуемое ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска ("партия" - количество деталей, "серия" - количество машин, запускаемых в производство одновременно). В зависимости от размеров партии или серии, трудоемкости и т.д. достаточно условно выделяют мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство,

массовое производство - производство, характеризуемое узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых в течение продолжительного периода времени.

По типу производства изделия подразделяются на:

изделия основного производства - изделия, предназначенные для поставки (реализации) предприятием - изготовителем заказчику,

изделия вспомогательного производства - изделия, предназначенные для нужд предприятия - изготовителя, необходимые для изготовления изделий основного производства,

изделия единичного производства - изделия, изготавливаемые в количестве одного или нескольких экземпляров,

изделия серийного производства - изделия, изготавливаемые периодически повторяющимися партиями,

изделия массового производства - изделия, изготавливаемые непрерывно большим объемом в течение продолжительного периода времени.

По признаку полноты и завершенности конструктивного исполнения различают:

макет - изделие, воспроизводящее разрабатываемое изделие или его составные части в объеме, необходимом для проверки принципов их работы при создании экспериментального образца,

экспериментальный образец изделия - изделие, изготовленное при проведении научно-исследовательских работ для проверки основных технических решений, параметров и характеристик, используемых при разработке изделия,

модель изделия - изделие, воспроизводящее разрабатываемое изделие полностью или частично в другом масштабе для иллюстрации или проверки принципа его работы на стадии разработки,

опытный образец изделия - изделие, разработанное по рабочей конструкторской документации для проверки его соответствия техническому заданию и, в случае необходимости, доработки проекта,

изделие установочной серии - изделие, изготовленное с учетом исправлений и доработок опытного образца,

изделие головной серии - изделие, изготовленное с учетом исправлений и доработок изделия установочной серии, для контроля на соответствие техническому заданию и принятия решения о дальнейшем его производстве.

Технология - в современном понимании технология рассматривается как фундаментальная основа любой деятельности общества, организация и реализация процессов, направленных на созидание материальных и нематериальных искусственных объектов. Она может быть определена следующим образом: "Технология - совокупность управленческих, научно-исследовательских, опытно-конструкторских и инженерных процессов, являющаяся фундаментом продуктивной деятельности общества". Применительно к машиностроительным отраслям, в том числе и к авиа - ракетостроению, технология определяется как совокупность методов и средств по переработке сырья, материалов, полуфабрикатов, изделий в материальном производстве.

Технологический процесс - часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства. Неотъемлемыми составляющими технологического процесса являются исполнители технологическое оборудование, оснастка, инструмент. Технологический процесс расчленяется на отдельные составные части.

Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте, обеспечивающая заданное изменение свойств предмета производства при изготовлении деталей и сборочных единиц в конкретных производственных условиях.

Технологический переход - законченная часть технологического процесса, характеризуемая постоянством обрабатываемых поверхностей, применяемого инструмента при неизменном режиме работы оборудования.

Проход - часть перехода, выполняемая при одном перемещении инструмента относительно обрабатываемой поверхности в направлении подачи.

Устанавливается два вида рабочих технологических процессов: единичный и типовой.

единичный технологический процесс - технологический процесс изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства.

типовой технологический процесс - технологический процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.

По степени детализации устанавливается: маршрутное, операционное или маршрутно-операционное описание технологического процесса.

маршрутное описание технологического процесса - сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов.

операционное описание технологического процесса - полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов.

маршрутно-операционное описание технологического процесса - сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения с полным описанием отдельных операций в других технологических документах. Выбор вида технологического процесса и формы его описания производит разработчик данного технологического процесса исходя из наличия разработанного типового технологического процесса; сложности выполнения технологического процесса в целом или отдельных операций; необходимости указания данных по технологическому режиму; оборудованию и т.д. При единичном, мелкосерийном производстве маршрутное описание технологического процесса является основным.

Качество и эффективность летательных аппаратов зависит, прежде всего, от правильности принятых конструктивно-технологических решений. Особое значение имеет рациональный выбор основных конструктивных, весовых, геометрических и энергетических параметров, параметров надежности и ресурса. Эти характеристики определяют не только эксплуатационные свойства изделия, но и материальные, трудовые, технические затраты на производство и эксплуатацию. Поэтому серийному производству сложных технических объектов, к которым относятся и изделия авиа-ракетостроения, предшествует период, называемый периодом технической подготовки производства.

Техническая подготовка производства

Техническая подготовка производства - работы, предшествующие серийному изготовлению изделия, разбиваемые на две стадии - конструкторскую и технологическую подготовку (рис.6.2).

.

Рис. 6.2. Структура технической подготовки производства

Конструкторская подготовка производства - стадия технической подготовки, связанная с выполнением проектно - конструкторских работ и созданием опытного образца изделия. В рамках конструкторской подготовки закладывается весь комплекс эксплуатационных свойств изделия, ради которых оно и разрабатывается.

Изделие реализуется в виде проекта - теоретических и габаритных чертежей, чертежей общего вида, сборочных и деталировочных чертежей, технических требований и условий, ведомостей материалов и покупных изделий, схем, расчетов, таблиц и т.п. Конструкторская подготовка производства сложного изделия и конструкторской документации на него процесс трудоемкий, длительный, дорогостоящий. Разделение этого процесса на отдельные этапы, связанные с решением определенного круга проектно-конструкторских задач, повышает вероятность получения оптимального конструктивно-технического решения.

Основными требованиями к любому изделию независимо от области его применения являются соответствие своему назначению, высокое качество, надежность и ремонтопригодность. Эти требования обеспечивают сохранение функциональных свойств изделия на расчетный (гарантийный) срок годности, а также на межремонтный период.

В то же время необходимо учитывать то, что изделие будет эксплуатироваться, изготавливаться и ремонтироваться в условиях конкретных производств конкретными технологическими способами с применением существующего оборудования и технологической оснастки исполнителями определенной квалификации. Поэтому всякое изделие, рассматриваемое как объект производства, эксплуатации и ремонта должно быть технологически рационально по своему составу и конструктивному исполнению, т.е. технологично.

Технологичность конструкции изделия - совокупность конструктивных свойств изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении установленных значений показателей качества и принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта.

Производственная технологичность - технологичность конструкции изделия, характеризующая его приспособленность к сокращению затрат ресурсов и времени на техническую подготовку производства и процессы изготовления в условиях конкретной производственной среды.

Эксплуатационная технологичность - технологичность конструкции изделия, характеризующая его приспособленность к сокращению затрат ресурсов и времени в эксплуатации, на техническое обслуживание, текущий ремонт, диагностирование и утилизацию.

Ремонтная технологичность - технологичность конструкции изделия, характеризующая его приспособленность к сокращению затрат ресурсов и времени на все виды ремонта, кроме текущего.

Технологическая подготовка производства - стадия технической подготовки производства, связанная с материально-техническим, информационным и организационным обеспечением изготовления изделий в заданном количестве в установленные сроки с минимальными затратами труда и средств. Технологическая подготовка производства (ТПП) должна обеспечивать полную организационно-технологическую готовность предприятия к производству изделия высшего качества в соответствии с заданными технико-экономическими показателями, устанавливающими высокий технический уровень и минимальные трудовые и материальные затраты.

Основными задачами (рис. 6.3), решаемыми в процессе технологической подготовки производства, являются:

• отработка объектов производства на технологичность при проектировании и создании опытных образцов и серий;

• определение рациональной структуры и состава производственных подразделений;

• проектирование технологических процессов и их оснащения;

• привязка объектов производства к технологическим решениям.

Рис. 6.3. Структура технологической подготовки производства

Границы между стадиями технической подготовки не существует. В процессе технической подготовки любая структурная единица изделия многократно проходит через все блоки и виды работ. Результаты решений проектно-конструкторских задач на любом этапе являются не только исходными данными для дальнейшей конструкторской проработки изделия, но и для поэтапного решения задач технологической подготовки производства. С чертежами работают одновременно конструкторы опытных и серийных конструкторских отделов, конструкторских подразделений, проектирующих технологическую оснастку по видам работ, технологи по видам работ, разрабатывающие технологические процессы, контролеры, специалисты служб планирования и управления, занимающиеся комплектованием, материально-техническим снабжением, расцеховкой, нормировщики и т.д.

В общем случае во взаимосвязанных процессах технической подготовки производства участвуют тысячи позиций чертежей, спецификаций, графиков, заказов, технических условий, ведомостей, технологических карт и т.д.

Состав, соотношение трудоемкости и длительности этапов технической подготовки определяется конструктивно-технической сложностью изделия и организационно-техническим уровнем производства.

Для сложных, требующих больших трудозатрат изделий разрабатывается аванпроект (бизнес-план), в котором прорабатывается комплекс вопросов, определяющих необходимость и целесообразность создания нового изделия. В рамках аванпроекта проводят патентные исследования технического уровня и тенденций развития техники, технико-экономические расчеты, конструкторские проработки. Осуществляют прогнозирование основных работ по всему жизненному циклу изделия с использованием количественных методов оптимизации параметров. Аванпроект выполняется по заданию заказчика либо предполагаемым разработчиком, либо независимой организацией.

Исходным документом для разработки является техническое задание. В нем устанавливаются следующие показатели разрабатываемого изделия: прогнозируемые показатели технического уровня и качества, основное назначение, технические и тактико-технические характеристики, уровень стандартизации и унификации, технико-экономические показатели, специальные требования и т.д. При разработке технического задания используется научно-техническая и патентная информация, учитываются характеристики рынка сбыта и характеристики производства, на котором изделие будет изготавливаться (технологическая оснащенность, квалификация исполнителей, технологическая дисциплина, уровень организации труда и т.п.). Техническое задание устанавливает базовые показатели технологичности изделия.

Начальным этапом проектирования является техническое предложение - совокупность конструкторских документов, содержащих технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки изделия на основании технического задания и различных вариантов возможных решений изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструкторских и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий и патентных исследований. При наличии аванпроекта техническое предложение не разрабатывается.

Следующим этапом является эскизный проект - совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия. Закладываются основы применения типовых, стандартизованных и унифицированных частей разработки. Устанавливаются технические требования на составные части изделия и материалы, разработку и изготовление которых целесообразно поручить другим предприятиям. В случае необходимости принимается решение об изготовлении и испытании макетов изделия или его частей, намечается технология их изготовления.

Технический проект разрабатывается в том случае, если это предусмотрено техническим заданием или оговаривается дополнительно в техническом предложении или эскизном проекте. Он содержит необходимые и достаточные для полного представления об устройстве и принципе работы технические решения и данные, обеспечивающие хороший технический уровень нового изделия на всех этапах его жизненного цикла. Особенно важна комплексность решения вопросов, связанных не только непосредственно с разрабатываемым изделием, но и со вспомогательными материалами и устройствами (смазочно-охлаждающие жидкости, площадки для обслуживания, ограждения и т.п.). Разработка этих объектов по остаточному принципу приводит к нарушению конструктивной целостности всей разработки.

Рабочая конструкторская документация разрабатываетсяв два этапа. Сначала разрабатывается рабочая документация для изготовления и испытаний опытного образца или опытной серии изделия. При соответствии опытного образца требованиям технического задания разрабатывается рабочая документация для изготовления и испытаний установочной серии или промышленной партии изделия.

На этой стадии завершается отработка конструкции на технологичность, обеспечиваются технико-экономические показатели и показатели качества. Определяется точность обработки и чистота поверхностей, выбираются конструкторские базы и проставляются размеры, проводятся поверочные расчеты на прочность, долговечность и т.п., на основании расчетов вносятся корректировки в документацию. Осуществляется расчет окончательной себестоимости и экономической эффективности.

Таким образом, процессы конструирования изделия сопровождаются процессами технологической его отработки, что позволяет реализовать последовательно-параллельную схему организации технической подготовки производства.

На рис. 6.4 показано, как от этапа к этапу нарастает объем конструкторской информации и на каком уровне детализации может быть исполнено изделие.

На рис. 6.5. показаны традиционная и последовательно-параллельная схема организации технической подготовки производства, позволяющая значительно сократить сроки подготовки серийного производства.

Очевидно, что с точки зрения исполнителей проекта наиболее существенным свойством изделия является его технологичность.

Рис. 6.4. Этапы и объекты технической подготовки производства

Рис. 6.5. График технической подготовки производства