015. Технологичность конструкции деталей машин

В процессе разработки конструкции машины конструктор придает ей не только необходимые свойства, выражающие полезность будущего изделия, но и свойства, определяющие уровень затрат ресурсов на его создание, изготовление, техническое обслуживание и ремонт.

Совокупность свойств изделия, определяющих приспособленность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при производстве и эксплуатации для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ, представляет собой технологичность конструкции изделия (ТКИ).

ТКИ выражает не функциональные свойства изделия, а его конструктивные особенности: состав и взаимное расположение его узлов; форму и расположение поверхностей деталей и соединений: их состояние, размеры, материалы и т.д. В свою очередь конструктивное исполнение изделия во многом определяет такие его свойства, как функциональность (способность изделия реализовывать основную функцию для достижения заданного технического эффекта), надежность, эргономичность, эстетичность, экономичность, безопасность и экологичность.

Например, реализация требований надежности (безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости) в конструкции изделия влечет за собой трудовые, материальные и энергетические затраты на производство изделия, поддержание и восстановление его работоспособности в процессе технического обслуживания и ремонта и поэтому должна сопровождаться мероприятиями по обеспечению ТКИ.

Техника, разрабатываемая человеком, находится с ним в постоянном взаимодействии, поэтому наряду с удовлетворением его потребностей она должна быть безопасной при изготовлении, транспортировании, хранении, монтаже, техническом обслуживании, ремонте и утилизации, т.е. во всех сферах, в которых проявляется ТКИ. Придавая конструкции изделия свойства, составляющие ее технологичность, необходимо учитывать, что конструкция является одновременно носителем свойств безопасности изделия. Наконец, уровень вредных воздействий техники на окружающую среду, возникающих при ее производстве, эксплуатации и ремонте, зависит от принимаемых при разработке конструкции изделия инженерных решений по используемым для его изготовления, функционирования и восстановления рабочим материалам, способам их переработки, применению в конструкции защитных устройств и т.п. Эти решения непосредственно воздействуют на затраты ресурсов во всех областях проявления ТКИ, поэтому обеспечение ТКИ и устойчивости технологической системы, во взаимодействии с которой изделие должно проявлять свои свойства, следует также рассматривать как комплексную задачу создания изделия высокого качества.

ТКИ подразделяют на виды и разновидности по трем признакам: методу воздействия на конструкцию изделия, области проявления ТКИ и виду затрат.

По методу воздействия на конструкцию изделия различают преемственность и технологическую рациональность конструкции изделия, выражающие ее техническую сущность.

Преемственность конструкции изделия представляет собой совокупность тех свойств изделия, которые выражают технологичность его конструкции с позиции единства повторяемости и изменяемости принятых в ней инженерных решений. При этом различают конструктивную и технологическую преемственность конструкции изделия.

Первая характеризует единство повторяемости составных частей в данном исполнении изделия или рассматриваемом множестве его исполнений и применяемости в них новых составных частей, обусловленных новизной требований к изделию или множеству его исполнений по их функциональному назначению, условиям производства или эксплуатации;

вторая — единство повторяемости и изменяемости технологических методов выполнения, поддержания и восстановления элементов конструкции изделия, учитываемых при его конструировании.

Преемственность конструкции изделия является одним из главных принципов наиболее целесообразной ТПП. Ее использование позволяет обеспечить преемственность ТП и СТО, наилучшим образом организовать процесс конструкторского и технологического проектирования, максимально использовать все лучшее, созданное ранее при научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических разработках, освоенное в производственных условиях и всесторонне проверенное в условиях эксплуатации и ремонта.

Технологическая рациональность конструкции изделия представляет собой совокупность тех свойств изделия, которые выражают технологичность его конструкции с позиции соответствия принятых конструктивных решений условиям производства, эксплуатации и ремонта.

Технологическая рациональность характеризует возможность изготовления и эксплуатации данного изделия или группы его исполнений при использовании имеющихся в распоряжении производителя и потребителя продукции трудовых, материальных, энергетических и других видов ресурсов. Условия производства и эксплуатации высоко динамичны, поэтому технологическую рациональность конструкции изделия необходимо рассматривать и оценивать применительно к существующим условиям подготовки производства, изготовления, технического обслуживания и ремонта и определенной ограниченной зоне изменения этих условий.

В зависимости от области проявления различают производственную, эксплуатационную и ремонтную ТКИ. Они определяются основными сферами общественного производства, в которых проявляется качество изделия, и характеризуют приспособленность конструкции изделия к сокращению затрат ресурсов и времени на ТПП, процессы изготовления, сборки и монтажа изделия вне предприятия-изготовителя (производственная ТКИ); на техническое обслуживание, текущий ремонт, хранение, транспортирование, диагностирование и утилизацию изделия (эксплуатационная ТКИ), а также на все виды ремонта, кроме текущего (ремонтная ТКИ).

В зависимости от производимых затрат показателями ТКИ являются трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость и хроноемкость. Они выражают ее экономическую сущность, которая проявляется в одной или нескольких конкретных областях. Как виды ТКИ трудоемкость, материалоемкость и энергоемкость изделия представляют собой свойства его конструкции, определяющие соответствующие затраты ресурсов (труда, материалов и энергии) при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества изделия, объема его выпуска и условий выполнения работ. Одновременно с этим трудоемкость, материалоемкость и энергоемкость выступают как количественные характеристики указанных свойств, являясь показателями ТКИ.

Хроноемкость изделия как вид ТКИ охватывает совокупность свойств конструкции, характеризуемых затратами ресурсов в единицах времени.

Оценка ТКИ подразумевает комплекс взаимосвязанных мероприятий, включающих последовательное выявление ТКИ в целом или отдельных рассматриваемых ее свойств, сопоставление выявленных свойств данного изделия со свойствами изделия, конструкция которого принята в качестве базы для сравнения, и представление результатов сопоставления в форме, приемлемой для принятия управленческих решений по совершенствованию конструкции разрабатываемого изделия.

В зависимости от используемых методов различают качественную и количественную оценку ТКИ.

Качественная оценка ТКИ основана на инженерно-визуальных методах оценки и проводится по отдельным конструктивным и технологическим признакам для достижения высокого уровня ТКИ. Она, как правило, предшествует количественной оценке, но вполне совместима с ней на всех стадиях проектирования. Качественной оценке могут быть подвергнуты одно исполнение изделия или совокупность его исполнений. Качественная оценка одного конструктивного исполнения изделия ("хорошо — плохо", "допустимо — недопустимо", "лучше — хуже" и т.д.) дается на основании анализа соответствия его основным требованиям к производственной, эксплуатационной и ремонтной ТКИ.

При сравнении вариантов конструктивных исполнений изделия в процессе проектирования качественная оценка часто позволяет выбрать лучший вариант исполнения или установить целесообразность определения численных значений показателей ТКИ всех сравниваемых вариантов.

Количественная оценка ТКИ основана на инженерно-расчетных методах, посредством которых определяют и сопоставляют расчетным путем численные значения показателя ТКИ проектируемого изделия К и соответствующего показателя kq конструкции изделия, принятой в качестве базы для сравнения.

В процессе разработки и количественной оценки конструкции изделия используют разнообразные показатели ТКИ. Номенклатуру показателей и методику их определения устанавливают в зависимости от вида изделия, типа производства и стадии разработки конструкторской документации. Выбор показателей технологичности проводят с учетом требований ГОСТ 14.201—83. При этом число показателей должно быть минимальным, но достаточным для оценки технологичности.

Показатели ТКИ подразделяют на виды в зависимости от исходного признака. Все их многообразие можно свести к приведенным ниже семи группам показателей:

1) технологической рациональности конструкции изделия;

2) преемственности конструкции изделия;

3) ресурсоемкости изделия (по одной или нескольким областям проявления ТКИ);

4) производственной ТКИ;

5) эксплуатационной ТКИ;

6) ремонтной ТКИ;

7) общей ТКИ.

К первой группе показателей, например, относятся коэффициенты сложности конструкции изделия, сборности, доступности мест обслуживания, контролепригодности и др.

Показателями второй группы являются следующие коэффициенты: новизны конструкции изделия; применяемости унифицированных или стандартных составных частей изделия (деталей, сборочных единиц); применяемости унифицированных конструктивных элементов детали (резьб, галтелей, фасок, проточек, отверстий и т.п.); применяемости материала в изделии; типизации конструктивного исполнения и др.

Показатели третьей группы отражают комплексную общую или частную единичную ресурсоемкость, т.е. воплощенные в конструкции изделия затраты ресурсов определенного вида. Это, например, общая, структурная, удельная и относительная трудоемкость (материалоемкость, энергоемкость и т.п.) изделия. Показатели ресурсоемкости используют преимущественно для определения затрат ресурсов (труда, материалов, энергии, времени и др.) в той или иной области проявления.

Показатели ТКИ по областям проявления (4, 5 и 6 группы) и общей ТКИ по всем областям проявления (7 группа) образованы исключительно показателями ресурсоемкости с учетом рассматриваемых областей проявления.

По значимости для оценки различают основные и дополнительные показатели. Основные показатели характеризуют наиболее важные, самые существенные свойства, входящие в ТКИ, и, как правило, выражающие ее в целом. Это трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость, продолжительность изготовления (эксплуатации, ремонта), себестоимость изделия.

Дополнительные показатели характеризуют технологическую рациональность и преемственность конструкции изделия применительно к отдельным областям проявления ТКИ. Дополнительные показатели позволяют эффективно и целенаправленно совершенствовать конструкцию в процессе проектирования для последующего улучшения основных показателей ТКИ.