Предлагаются направления реализации принципа учета требований производства и обеспечения технологичности конструкций при проектировании и освоении изделий приборостроения.
Ключевые слова: технологичность, принцип DFM, изделие приборостроения, проектирование, освоение производства.
Современное приборостроение нуждается в снижении ресурсоемкости выпускаемых изделий. Острая конкуренция между производителями приводит к возрастанию значения высокотехнологичных конструкций и инженерных решений в изделиях, интегрирующих в себе концепцию дальнейшего развития. Эффективная отработка изделия на технологичность становится ключом для достижения и поддержания конкурентных преимуществ предприятия за счет повышения качества, функциональности, экономичности продукции, использования внутренних резервов и возможностей проектно-производственной среды [1, 2].
В публикациях исследователей [3, 4, 5, 6, 7] уделяется достаточное внимание изучению проблем построения комплексных систем управления технологичностью изделий, моделированию процессов, возникающих в ходе конструкторско-технологической подготовки производства. Разработано ряд методик обеспечения технологичности и для условий автоматизированных производств [8, 9, 10].
Однако все еще не решены проблемы, связанные с согласованными действиями участников процессов проектирования, освоения и технологической подготовки производства приборов. Хотя при конструировании разработчики должны учитывать все факторы и создавать изделие под возможности производства, тем не менее, в реальности разработанное изделие становится источником проблем для производственников. Проектирование по принципам DFM (design for manufacturing) — это проектирование, заранее учитывающее технологические требования производства, т. е. обеспечивающее технологичность изделия и его применение позволит значительно сократить материальные затраты и время на проектирование и освоение изделия.
Использование принципов DFMпри разработке и освоении производства изделий приборостроения. В настоящее время проектные подразделения на предприятиях приборостроения организуют свою работу по технической подготовке производства в последовательном цикле. Сначала выполняются работы по проектированию печатных плат, затем конструкторское бюро предприятия корректирует конструкторскую документацию на ходу, взаимодействуя с лабораторией по изготовлению и отладке образца. Данные на печатные платы и другие функциональные узлы передаются в конструкторское бюро корпусных деталей, где они подвергаются проверке на предмет совмещения с корпусом, эффективной компоновки, обеспечения технологичности сборки. Конструкторы совместно с технологами проводят проверку документации на уровень технологичности изделия и отправляют затем на нормоконтроль.
Недостатки такой схемы взаимодействия в ходе конструкторско-технологической подготовки производства следующие:
- не учитываются интересы потребителя, особенно, если продукция мелкосерийная и единичная;
- нет тесного взаимодействия конструкторов и технологов для решения возникающих на стыке проблем и задач;
- ошибки, возникающие в конструкторской документации вследствие несогласованности работы отделов, приводят к необходимости доработки блоков, оформления и внесения соответствующих изменений в чертежи и спецификации, а значит, потерю времени, увеличение срока изготовления изделия.
Изделия изначально задумываются инженерами для обеспечения потребности заказчика и им придаются определенные функционал и технические характеристики. С учетом этого изделие может быть сконструировано различными способами. Основная цель конструктора заключается в оптимизации конструкции изделия таким образом, чтобы она с минимальными временными, материальными и энергетическими затратами могла быть изготовлена в системе производства, т. е. обеспечена технологичность конструкции изделия. В систему производства входит целый ряд сложных подсистем, в том числе подсистема обеспечения материалами, полуфабрикатами, комплектующими, подсистема производственных процессов, подсистема оборудования, оснастки, приспособлений, контрольно-измерительных приборов и инструмента, подсистема трудовых кадров и др.
Как правило, конструктор работает в контексте существующей производственной системы, которая может быть минимально изменена. Однако в некоторых случаях производственные системы могут быть построены заново или переработаны под особенности конструкции изделий. Работа конструктора должна проходить во взаимодействии с технологом, в том числе и при внесении изменений в конструкцию или технологию изготовления изделия [11]. В ходе проектирования и подготовки производства необходимо разрешать разногласия, конфликты профессиональных интересов этих групп. Как отмечается в исследовании [12], «конфликт разрешается путем внесения изменений в проектное решение, так как предъявляемые к изделию требования по себестоимости определяются заказчиком и ситуацией на рынке продукции и не могут быть произвольно изменены предприятием».
Принципы DFM должны учитываться разработчиками в следующих направлениях работ:
- использование в новых изделиях как конструктивной, так и технологической преемственности, унификации составных частей, стандартизации. Конструктивная унификация включает в себя создание универсальных конструкций на базе передового опыта разработки определенного типа систем. Создание конструкций изделий из отдельных блоков, которые являются единым целым, могут применяться в различной комплектации при разработке систем с отличающимися техническими характеристиками. Преемственность составных частей имеет две разновидности: заимствование из предшествующих разработок, одна из которых может быть базовой и заимствование в рамках разрабатываемой конструкции их других одновременно создаваемых изделий. Однако конструктивная преемственность может иметь и негативные последствия, описанные в [13]: «фиксация» отдельных технических характеристик изделия, увеличение материалоемкости конструкции;
- повышение технологичности конструкции за счет учета конструкторско-технологических решений, ранее примененных на аналогах и сохраненных на предприятии в виде баз данных и классификаторов. Предприятия и конструкторские подразделения должны иметь архив наиболее удачных конструкторских решений, примененных в конструкции представителей данного класса изделий, отработанные типовые технологические процессы по отдельным видам механообработки, сборки, и т. д. [14]. В случае необходимости эти решения могут быть встроены в систему проектирования нового изделия;
- поддержка с помощью приемов конструирования и моделирования баланса между технологичностью конструкции и его функциональными характеристиками, в том числе качеством, надежностью, ремонтопригодностью. Реальный уровень технологичности конструкции всегда является компромиссом между желаемым и возможным, поэтому задача формирования технологичного изделия может быть решена при условии максимального приближения предлагаемых конструкторско-технологических решений к нормам и принципам производства, к наличной производственной базе с учетом перспектив перевооружения. Технологичность напрямую влияет на функциональность изделия, его эксплуатационные характеристики, ремонтопригодность и показатели надежности. Необходимо проводить моделирование связей между функциональными характеристиками прибора и затратами на его производство;
- учет сроков разработки и освоения изделия, их минимизация для предотвращения морального старения или невостребованности на рынке. Сроки разработки и освоения изделия зависят от соблюдения предыдущих принципов и могут быть сокращены за счет использования принципов преемственности конструкции, автоматизации всех видов работ, повышения профессионального мастерства кадров, улучшения взаимодействия всех подразделений и исполнителей, участвующих в процессах подготовки производства;
- использование автоматизированных систем проектирования, технологической подготовки производства, моделирования, расчета, инженерного анализа и т. д. Такие системы помогут определить проектные альтернативы, оценить эти альтернативы в отношении целей DFM. Моделирование твердых тел помогает конструктору визуализировать отдельные части, понять связи между компонентами, ориентацию, зазоры процессе сборки, выявлять ошибки и трудности при сборке. Анализ методом конечных элементов, другими инженерными методами может быть использован для оценки способности конструкции удовлетворять функциональным требованиям, а также для оценки надежности и качества деталей и изделия в целом. Computer-aided process planning (CAPP-системы) могут быть использованы при разработке конструкции для оценки и прогнозирования ее технологичности.
- обязательный расчет себестоимости на различных этапах проектирования и освоения с учетом не только цен на комплектующие и другие материалы, но и затрат на разработку, производство, сборку, накладные расходы.
Заключение. Предложенные направления реализации принципа DFM могут помочь предприятиям приборостроения улучшить качество принимаемых конструкторско-технологических решений, повысить технологичность проектируемых и осваиваемых изделий, снизить материальные и временные затраты, повысить конкурентоспособность продукции.
Литература:
1. Амиров Ю. Д. Технологичность конструкции как фактор повышения конкурентоспособности изделия // Справочник. Инженерный журнал с приложением. — 2008. — № 12. — С. 35–41.
2. Ирзаев Г. Х. Модель управления технологичностью изделий на промышленном предприятии // Экономика и менеджмент систем управления. — 2015. — Т. 1. — № 15. — С. 50–57.
3. Адамов А. П., Ирзаев Г. Х. Комплексная система управления технологичностью радиоэлектронных средств // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. — 2007. — Т. 5. — С. 41–53.
4. Схиртладзе А. Г., Тимирязев В. А. Технологичность конструкций технических изделий // Известия Волгоградского государственного технического университета. — 2012. — Т. 13. — № 10. — С. 83–92.
5. Ирзаев Г. Х. Разработка функциональной и организационной структур комплексной системы управления технологичностью промышленных изделий // Автоматизация процессов управления. — 2011. — № 4. — С. 66–75.
6. Павленко Н. И. Многокритериальная процессно-ориентированная оценка производственной технологичности // Естественные и технические науки. — 2011. — № 3. — С. 319–321.
7. Ирзаев Г. Х. Исследование и моделирование информационных потоков конструкторско-технологических изменений на этапах освоения и серийного производства изделий // Организатор производства. — 2012. — Т. 52. — № 1. –С. 131–135.
8. Говорков А. С., Ахатов Р. Х. Анализ технологичности изделия авиационной техники на основе информационного образа изделия // Известия Самарского научного центра РАН. — 2011. — Т. 13. — № 6–1. — С. 285–292.
9. Шкаберин В. А. Новые подходы к обеспечению технологичности конструкций в условиях автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства // Информационные системы и технологии. — 2010. — № 5. — С. 34–42.
10. Попов М. Е., Попов А. М. Методы автоматизированного совершенствования технологичности конструкций изделий в интегрированных САПР // Вестник машиностроения. — 2003. — № 10. — С. 48–53.
11. Ирзаев Г. Х., Адамов А. П. Исследование системы обработки потоков информации об изменениях в конструкции радиоэлектронных средств на этапах освоения и производства // Современные научные исследования и инновации. — 2014. — № 1(33). — С. 7.
12. Иноземцев А. Н., Троицкий Д. И. Разрешение конфликтов профессиональных интересов в ходе подготовки производства // Известия Тульского государственного университета. — 2013. — Вып. 12. — Ч. 1. — С. 169–177.
13. Ирзаев Г. Х., Адамов А. П. Оценка влияния конструктивной преемственности на технологичность электронных приборов // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2014. — № 2. — С. 3–8.
14. Ирзаев Г. Х. Оценка преемственности технологии предприятия-изготовителя при освоении нового изделия // Организатор производства. — 2008. — № 4. — С. 50–54.
