Материал: Расширение технологических возможностей станков и станочных комплексов. Пачевский В.М., Яценко С.Н

Рис. 6. Группа деталей типа валиков

Однако, если подбирается большое количество однотипных деталей, то обобщенный объем их выпуска достаточно велик, и в этом случае стоимость приспособления, приходящаяся на единицу продукции, существенно снижается. Этот подход предопределяется особенностями конструкции группового приспособления. Оно, как правило, состоит из базовой детали, переналаживаемых или сменных базирующих и зажимных элементов. Пример такого приспособления в виде группового кондуктора для обработки группы валиков (рис. 6) представлен на рис. 7 /9/.

Рис. 7. Групповой кондуктор для обработки валиков

3.2. Технологичность деталей машин

Эффективное использование оборудования, как правило, закладывается на уровне подготовки производства. Одним из наиболее существенных факторов, в значительной степени предопределяющих цикл изготовления изделия, его особенность, трудоемкость, загрузку оборудования, является технологичность. Она формируется не начальной стадии конструирования изделия в период конструкторской подготовки, отрабатывается на этапе технологической подготовки производства и совершенствуется на всех дальнейших этапах проектирования технологического процессе, видоизменяясь при изменении отдельных элементов.

Конструктор, придавая конструкции изделия в процессе ее разработки необходимые качества, выражающие полезность, придает ей и такие свойства, которые предопределяют уровень затрат ресурсов на создание, изготовление, техническое обслуживание и ремонт. В соответствии с этим, под технологичностью конструкции понимают совокупность свойств, определяющих приспособленность ее к достижению оптимальных затрат при производстве и эксплуатации для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнении работ.

Технологичность конструкции изделия выражает не функциональные свойства изделия, а его конструктивные особенности. Конструкцию изделия характеризует в общем случае состав и взаимное расположение его составных частей, схема устройства изделия в целом, форма и расположение поверхностей деталей и соединений, их состояние, размеры, материалы и информационная выразительность /10/.

Задачи обеспечения технологичности подразделяются на следующие группы:

отработка конструкции изделия на технологичность на всех стадиях разработки;

количественная оценка технологичности конструкции изделия;

технологический контроль конструкторской документации;

подготовка и внесение изменений в конструкторскую документацию по результатам технологического контроля, обеспечивающего достижение базовых значений всех показателей технологичности;

совершенствование условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте изделий.

Первые четыре группы задач предназначены для формирования применительно к конкретному производству конструкции изделия. Пятая группа формирует такие условия производства, которые характеризуются эффективным использованием трудовых и материальных ресурсов в течение всего планируемого выпуска изделия в соответствии с данными прогнозов совершенствования конструкции изделия и конструкционных материалов, методов и средств изготовления, технического обслуживания и ремонта производственного оборудования.

Во многих случаях обработка изделия на технологичность дает поразительные результаты. Когда на фирме "Ямадзаки" разрабатывали ГПС по изготовлению коробок передач, номенклатуру изделий, намечавшуюся для производства на этой линии, разложили на бейсбольной площадке для изучения всеми инженерами, участвующими в этом проекте. Результатом такого мероприятия и последующего проектирования с его учетом явилось сокращение инструментов, необходимых для линии, с 600 до 63 /II/.

Из этого примера и из других источников производственного опыта видно, что для повышения эффективности использования оборудования необходимо провести унификацию конструкторских и технологических решений. Унификация конструкторских решений заключается в унификации и стандартизации изделий, деталей и их поверхностей /12/, за счет чего искусственно повышается партионность деталей, а также уменьшается многообразие технологических решений, используемых для изготовления деталей. Унификация технологических решений заключается в разработке типовых и групповых технологических процессов, комплексной унификации элементов технологических процессов, инструмента, методов обработки, схем базирования и др.

Особое внимание следует обращать на технологичность изделий многономенклатурного производства. Если стандартизация может стать нормой конструкторской работы, то унификация в настоящее время распространена, в основном, только в рамках однотипных изделий. Поэтому для предприятий малого бизнеса важно так организовать решение вопросов по обработке технологичности изделий, чтобы, обеспечить этот принцип для разных видов изделий, выпускаемых данным предприятием. Для этого либо все изделия надо разрабатывать на своем предприятии, либо иметь связи с постоянными партнерами - конструкторскими бюро, либо производить адаптацию конструкторских решений внутри предприятия. В любом случае на предприятии должен быть разработан комплекс единых требований на технологичность. В частности, могут быть полезны следующие рекомендации, которые следует предъявлять конструкциям изделия /13/:

изделие должно комплектоваться, по возможности, из стандартных и унифицированных составных частей;

уникальные составные части не следует объединять с унифицированными в единый узел, чтобы не нарушалась унификация последних;

изделие должно разъединяться на самостоятельные сборочные единицы. Сборочная единица является самостоятельной, если она кинематически связана и допускает независимую сборку, контроль и испытание;

компоновка изделия должна исключать промежуточную разборку и повторную сборку его составных частей;

изделие должно содержать базовую составную часть (деталь; узел), являющуюся основной для установки остальных узлов и деталей;

конструкция изделия должна обеспечивать сборку без изменения положения базовой составной части;

каждая составная часть изделия должна иметь минимальное число поверхностей и мест с другими частями;

плоскости разъемов изделия, по возможности, должны быть перпендикулярны оси симметрии изделия;

степень взаимозаменяемости сопрягаемых поверхностей должна исключать необходимость в механической обработке и пригоночных работах при сборке;

не следует объединять в узел составные части с разными характеристиками износа. Быстроизнашиваемые узлы следует выделять в отдельную группу;

конструкция элементов коммуникаций энергоцепей и линий связи должна допускать их автономное испытание и контроль;

конструкция изделия не должна иметь многозвенных размерных цепей;

число деталей в изделии должно быть минимальным;

изделие должно обладать устойчивостью и способностью к штабелированию;

как отдельные узлы, так и вся сборочная единица в целом должны быть кинематически замкнутыми;

количество обрабатываемых поверхностей с одной стороны детали должно быть таким, чтобы не требовать для обработки более восьми-десяти инструментов;

желательно, чтобы поверхности, используемые как базовые, даже у деталей, значительно отличающихся по своим конструктивно-технологическим параметрам, имели бы одинаковую или близкую форму.

Единство требований к различным организациям, выполняющим для данного предприятия конструкторские разработки, повысит технологичность изделия и эффективность работы оборудования.

3.3. Возможности создания гибкого автоматизированного производства на базе групповой технологии и расширения технологических возможностей станков

Проблематичный вопрос о возможностях создания ГАП в условиях переходного периода рассмотрен в работах /14, 15/.

ГАП предполагает наличие дорогостоящего автоматизированного оборудования в виде многооперационных станков, автоматизированных транспортно-складских систем с промышленными роботами, сложных систем управления, контроля и диагностики. Несмотря на определенное повышение производительности труда, достигаемое при внедрении ГПС, они не нашли распространения в отечественном машиностроении. В настоящее время работы по изучению и внедрению ГАП практически полностью прекращены. Некоторые специалисты связывают это с переходом к рыночной экономике и развитием сети малых предприятий, которые не имеют финансовых . Однако следует отметить, что применение ГПС в отечественном машиностроении было неэффективно и до перехода к рыночной экономике.

В то же время за рубежом ГПС успешно применяются и продолжают развиваться. Анализ путей развития ГАП на передовых предприятиях Японии, США, Германии, Италии и других стран с развитым машиностроением показывает, что в настоящее время невозможно использовать их опыт в наших условиях. Однако нецелесообразен и полный отказ от гибкой автоматизации. На переходный период, до укрепления экономики и материальной базы машиностроительных предприятий, следует разработать собственную концепцию ГАП, учитывающую современную ситуацию.

Для разработки такой концепции стоит проанализировать причины неудачного внедрения ГПС на первом этапе:

низкую оплату труда рабочих, когда ручной труд более выгоден, чем внедрение средств автоматизации;

низкое качество отечественных систем управления, средств контроля и диагностики;

недостаточное количество научно обоснованных рекомендаций по технологичности изделий, подлежащих изготовлению в условиях ГАП;

практически полное отсутствие рекомендаций по группированию деталей для определенных комплектов оборудования;

отсутствие комплексной поэтапной системы внедрения ГАП;

недостаток специалистов, в первую очередь инженеров-механиков, подготовленных к решению вопросов технологического проектирования в условиях ГАП.

На возможности дальнейшего развития ГАП существенно влияет рыночная экономика. Малый бизнес предполагает широкое развитие машиностроительных предприятий, форму организации производства которых характеризуют такие признаки, как количество оборудования (несколько единиц или десятков единиц): применяемые универсальные приспособления (тиски, трехкулачковые патроны), практически полное отсутствие быстродействующих зажимных устройств, универсального режущего и мерительного инструмента, инструментальных наладок, комплектования оборудования по типам (токарные, фрезерные и др.), почти полное отсутствие станков с ЧПУ, объясняющееся их высокой стоимостью и необходимостью большого количества высококвалифицированного обслуживающего персонала.

В условиях рыночных отношений малые предприятия должны часто обновлять выпускаемую продукцию, что повышает требования к гибкости технологической системы. При индивидуальном и мелкосерийном типах производств, характерных для существующих и образующихся в настоящее время малых предприятий, такси подход полностью обеспечивается универсальностью технологического оснащения. Однако при этом значительно возрастает себестоимость продукции и ее выпуск становится нерентабельным. Этому же способствует высокая стоимость оплаты труда, характерная для малых предприятий.

В этих условиях может оказаться экономически выгодно применение станков с ЧПУ, Для этого малые предприятия могут создавать на паевых началах службу сервисного обслуживания станков с ЧПУ, имеющую опытных специалистов, ремонтную службу и обменный фонд запасных частей. Такие службы предприятия могут создавать и самостоятельно, для чего необходимо иметь высококвалифицированных менеджеров, способных обеспечить клиентуру. В автоматизированных системах может быть использовано и универсальное оборудование, для чего разработаны упрощенные системы управления, дешевые и простые в изготовлении и эксплуатации, которые перемещают детали согласно задании транспортному роботу, фиксируют их в заданном положении. Они могут быстро перестраиваться при переходе к выпуску других деталей.

Важным элементом технологического оснащения ГАП являются, групповые приспособления, обеспечивающие установку большого количества деталей, входящих в группу; легко переналаживающиеся, быстро и качественно закрепляющие заготовку. При их проектировании следует использовать агрегатно-модульный принцип приспособлений, учитывающий возможности малого предприятия (наличие сжатого воздуха и т.д.). Такие приспособления могут быть адаптированы как для станков различных типов, так и для транспортной системы. Целесообразно, если одно из малых предприятий будет специализироваться на выпуске таких приспособлений для нужд ассоциации малых предприятий.

Аналогичный подход необходимо рекомендовать и для использования универсально-сборочных приспособлений. Стоимость даже одного комплекта УСП такова, что возможность его приобретения одним предприятием проблематична. Поэтому одно из предприятий может специализироваться на организации аренды УСП для других предприятий.

Организация ГАП применительно к предприятиям малого бизнеса должна включать следующие этапы:

определение номенклатуры изделий, подлежащих выпуску на данном предприятии;

отработку изделий на технологичность. При этом можно уменьшить в несколько раз количество инструментов, необходимых для обработки деталей;

группирование деталей по совпадению не только полного технологического процесса, но и отдельных технологических операций;

разработка групповых технологических процессов;

подбор технологического оборудования и разработка технологической планировки (расстановка оборудования согласно технологической схеме, монтаж его на смежных, опорах, подвод электроэнергии, сжатого воздуха по гибкой переналаживаемой системе);

разработка и реализация технологического оснащения на основе агрегатно-модульного принципа;

разработка и реализация общей системы автоматизации.

В основном, предполагаемые рекомендации целесообразно использовать применительно к предприятиям малого бизнеса. После достаточно квалифицированной их проработки можно существенно снизить время переналадки и организовать ГАП, которое будет не только производительным, но и прибыльным.

При создании гибкого автоматизированного машиностроительного производства организационные меры имеют вспомогательное значение. Их главная задача - создать наиболее благоприятные условия для решения технических задач. В условиях предприятий с небольшим объемом выпускаемых изделий и, соответственно, с небольшим станочным парком, одним из основных направлений является расширение технологических возможностей станков при помощи технологической оснастки. Наиболее прогрессивными решениями в этом направлении являются:

выполнение шлифовальных работ на токарных станках;

замена шлифования в тех случаях, когда это возможно, методами поверхностного пластического деформирования;

нанесение на рабочие поверхности деталей машин регулярного микрорельефа, обеспечивающего высокие эксплуатационные свойства детали;

выполнение обработки поверхностей сложной формы на универсальном оборудовании при помощи оснастки оригинальной конструкции;

применение быстрозажимных и быстросменных приспособлений и инструмента;

внедрение переналаживаемой технологической оснастки.