CC BY
83
УДК 658.5, 658.512, 621.001.2
СОЗДАНИЕ РАБОЧЕЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ С УПРАВЛЯЕМОЙ КОНФИГУРАЦИЕЙ
И.А. Фёдоров
В статье рассматриваются основы управления конфигурацией механических деталей, имеющей конечной целью создание взаимосвязанной системы их конструкторской, технологической и эксплуатационной документации
Ключевые слова: параллельный инжиниринг; управление конфигурацией; техническая подготовка производства; рабочая документация
Качество изделия и издержки на ее обеспечение в первую очередь зависят от степени интегрированности всех составляющих рабочей документации, которая является совместным продуктом конструкторской, технологической и организационнотехнической подготовки производства. Каждый из этих видов инженерной деятельности специфичен и отражает как свой взгляд на изделие, так и правила выполнения работ его составляющих. Вследствие этого инженер, находясь в рамках своего вида деятельности, всегда будет стремиться установить между сопряженными видами деятельности такие взаимосвязи, которые в наибольшей степени соответствовали бы привычным для него алгоритмам.
Таким образом, интеграция всех видов деятельности, выполняемых в рамках технической подготовки производства, должна быть специальным образом организована. Основной принцип такой организации - совместная деятельность по созданию рабочей документации с целью достижения коллективного и непротиворечивого описания изделия.
Существует два принципа организации технической подготовки производства: последовательный и параллельно-последовательный. Для первой схемы характерны постоянные доработками результатов завершенного вида деятельности, необходимость в которых выясняется в работах следующего вида деятельности. Это приводит к увеличению цикла подготовки производства.
Параллельно-последовательный принцип здесь более предпочтителен, и именно он положен в основу параллельного инжиниринга или конструкторско-технологического проектирования продукции. Тем не менее, для весомого сокращения цикла подготовки производства между сопряженными видами деятельности необходимо установить связи "поставщик-потребитель" - организовать взаимопроникновение этих видов деятельности, что практически реализуется через требования Потребителя к результатам деятельности Поставщика. Тем самым между сопряженными видами деятельности устанавливаются информационные интерфейсы - требования к результатам деятельности. И в итоге все виды деятельности объединяются в систему, созда-
Фёдоров Илья Александрович - МАИ, канд. техн. наук, тел. 8 9263199472
ются условия для успешной реализации совместной работы над проектом [1].
Успех параллельного инжиниринга зависит от степени взаимопроникновения сопряженных видов деятельности друг в друга, т.е. от успешности построения интегрированного описания изделия из отдельных, но взаимосвязанных друг с другом представлений об изделия. Эта задача называется конфигурирование объекта. Технология решения этой задачи закреплена в международном стандарте ИСО 10007, и называется административным управлением конфигураций. Разрабатываемый конечный продукт называется «объектом конфигурации». Конфигурацией объекта называется совокупность его функциональных и физических параметров, определенных в конструкторской документации в виде совокупности требований, фактически обеспеченных в процессе изготовления и реально достигнутых в конкретный момент эксплуатации.
Управлять конфигурацией объекта можно контролируя и управляя документами, описывающими его конфигурацию. Поэтому необходимо гарантировать создание документов, точно описывающих конфигурацию объекта (изделия). Следовательно, определяющим результатом процесса управления конфигурацией является обеспечение разработки документации, точно описывающей конфигурацию объекта в любой момент времени на протяжении всего проекта. Такой вывод очевиден при условии, что всегда можно создать новую копию изделия на основе набора точной и актуальной документации на него. Этот набор документов называется «конфигурационной идентификацией» или «конфигурационная идентификация» означает «документы».
Идентификация конфигурации - деятельность, включающая в себя определения категории продукции, выбор объектов конфигурации, документирование функциональных и физических характеристик конфигурации, а также размещение на конкретных экземплярах продукции идентификационных знаков и номеров, удостоверяющих принадлежность продукции на момент завершения изготовления к одной из действующих базовых линий конфигурации (серий).
Базовая линия конфигурации - конфигурация продукции, документально установленная в заданный момент времени и служащая отправной точкой дальнейшей деятельности.
Выделяют функциональную и физическую базовые линии конфигураций. Последняя обычно называется просто базовой линией конфигурации. Функциональная базовая линия конфигурации определяется исключительно по результатам анализа функций продукции. Для механических деталей -это функции, выполняемые ими в составе изделий более высокого порядка (сборочных единиц). Базовые линии конфигурации продукции выполняют то же набор функций, что и функциональные базовые линии, но различаются способами выполнения отдельных функций. Тогда можно уточнить базовое понятие объекта конфигурации, как совокупности физических свойств продукции, материалов и услуг, в том числе и производственных, подлежащих управлению в интересах обеспечения конфигурации, установленной базовой линией продукции.
План административного управления конфигурацией - документ, устанавливающий организацию и процедуры административного управления конфигурации продукции, отнесенной к конкретной функциональной базовой линии конфигурации.
Разработка рабочей документации - это самостоятельный проект, входящий в состав технической подготовки производства продукции. На рис.1 представлены этапы этого проекта, содержание которых соответствует рекомендациям международного стандарта ИСО 10007. Этап "Определение проекта" предусматривает анализ генеральной совокупности механических деталей и разбиение на множества функционально однородных деталей, а также установления плана административного управления их конфигураций. Далее для каждой из выделенных групп устанавливается своя версия проекта разработки рабочей документации по схеме доводочного проектирования конструкции и технологии её изготовления. С этой целью в базовых линиях конфигурации выделяются элементы конфигурации, фактические значения которых определяются при разработке конкретной версии базовой линии, т.е. конкретной детали.
План принятия проектных технологических решений - это методическое обеспечение проектирования технологического процесса как совокупности требований к производству, выполнение которых гарантирует качество изделия. План принятия организационных проектных решений определяет методику настройки элементов производственной системы для реализации требований к ней, закрепленных в технологическом процессе.
Третий этап проекта позволяет на основе анализа требований, предъявляемых к механической детали, входящей в рассматриваемую функциональную базовую линию конфигурации, со стороны конкретного проекта системы, разрабатывать рабочую документацию на конкретную версию базовой линии конфигурации.
Каждый из этапов проекта реализуется посредством соответствующих процедур. На этапе "Определение проекта" ключевое значение имеет процедура определения функциональных базовых линий конфигураций. Генеральная совокупность механи-
ческих деталей представляет собой континуальное множество. Используя учение о многообразиях Р. Эшби и предполагая, что идентичность набора функций, выполняемых деталью в составе сборочной единицы или изделия, может служить основанием для разумного сокращения разнообразия деталей, можно сформулировать вывод о возможности разбиения континуума на множества - семейства однородных с точки зрения Потребителя деталей.
Такое разбиение есть классификация деталей по признаку идентичности их служебного назначения. Служебное назначение здесь это полное описание функций, для выполнения которых предназначены детали. Любой набор функций деталь выполняет, занимая вполне определенное положение в системе координат изделия более высокого порядка и выполняя закрепленную за ней работу. Поскольку деталь является неспецифицированным изделием, то её можно представить в виде твердого тела, изготовленного из какого-либо материала. Таким образом, можно выделить два элемента детали, за счет свойств которых обеспечивается выполнение служебного назначения детали: поверхность детали и её материал. Анализ роли поверхности детали в обеспечении её служебного назначения определил её как совокупность связанных модулей поверхностей - наборов поверхностей, обладающих характеристиками формы и размеров. На модули накладываются размерные связи взаимного расположения. Модули поверхностей могут быть объединены в группы по признаку выполняемых им функций при базировании детали в изделии, а также в процессе выполнения деталью закрепленной за ней работы -функциональные модули. Их классификация представлена на рис. 2. Модули поверхностей исполнительные (МПИ) предназначены для выполнения деталью своего служебного назначения. Модули поверхностей соединительные (МПС) необходимы для объединения МПИ в единый конструктив, обеспечивая правильное взаимного расположения последних в пространстве. Модули поверхностей базирующие (МПБ) служат для определения требуемого взаимного расположения деталей в изделии. То их подмножество, которое используется для определения положения рассматриваемой детали в изделии, называется модулями поверхностей базирующими основными (МПБо). Второе подмножество составляют модули поверхностей базирующие дополнительные (МПБд), они предназначены для определения положения деталей, присоединяемых к данной. Модули поверхностей рабочие (МПР) необходимы для выполнения закрепленной за деталью работы. Для уточнения служебного назначения детали на перечисленные модули поверхностей могут накладываться дополнительные конструкторские элементы (ДКЭ), чаще всего нормализованные (резьбы, канавки для установки фиксирующих колец, отверстия под штифты и т.п.).
Опыт, накапливаемый в процессе конструирования, изготовления и эксплуатации изделий одинакового служебного назначения, способствует уменьшению числа их возможных разнообразий. А
это значит, изделия одинакового служебного назначения будут подобны в конструкторском отношении. Если учесть и тот факт, что входящие в семейство детали общемашиностроительного назначения будут изготовляться с использованием универсальных средств технологического оснащения, то предыдущее утверждение может быть дополнено предположением: детали, подобные в конструкторском отношении, будут подобны и в технологическом отношении. Таким образом, функциональные базовые линии конфигурации есть группы деталей одинакового служебного назначения, подобные в конструкторском и технологическом отношениях.
Процедуры идентификации объектов конфигурации призваны определить служебное назначение каждой из базовых функциональных линий конфигурации путем составления исчерпывающего списка выполняемых функций. Сначала должен быть установлен способ определения и нормирования каждой из функций. Далее должны быть определены объекты конфигурации следующим образом. Деталь выполняет свое служебное назначение как некоторое твердое тело, обладающее комплексом свойств, вводимых в деталь посредством наложения на твердое тело системы связей: структурных, размерных связей взаимного расположения элементов структуры, формообразующих связей, размерных связей поверхностей, связей-свойств материала детали.
Каждая связь подлежит нормированию путем определения: наименования, единицы измерения, потребного количества и допустимых колебаний последнего.
Таким образом, в качестве первого объекта конфигурации можно назвать структуру и количественные значения связей, накладываемых на деталь в процессе её конструирования. В рамках этого объекта можно выделить три группы элементов конфигурации, которые могут меняться при переходе от одной версии детали к другой, но в рамках базовой линии конфигурации:
- структурные связи, определяющие состав функциональных модулей;
- размерные связи взаимного расположения и связи, определяющие размеры отдельных поверхностей детали;
- связи-свойства материала.
Конкретная конфигурация перечисленных и подвергнутых нормированию связей как элементов конфигурации, определяет те характеристики детали, которые подлежат материализации в процессе производства. Это обеспечивается посредством жестко упорядоченной последовательности выполняемых работ и режимов воздействий различного рода на заготовку детали и её полуфабрикаты (промежуточные состояния детали). То есть средства труда должны быть налажены для выполнения работ. Сказанное позволяет определить второй объект конфигурации - технологическая система и режимы её функционирования. Согласно [2] под технологической системой понимается совокупность средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламенти-
рованных условиях заданных технологических процессов. Различают четыре уровня этих систем: технологические системы операции (рабочих мест), процессов (поточные производственные линии), технологические системы производственных подразделений (участки и цехи), предприятия в целом.
Наладка технологической системы подразумевает три элемента её конфигурации:
- состав технологических систем процессов и операций - рабочих мест;
- набор средств технологического оснащения, дополняющих технологическое оборудование;
- режимы обработки, обеспечивающие требуемое качество изделия.
Схема проектирования технологического процесса показана на рис.3. Принципиальной схемой технологического процесса (ПС) называется упорядоченная последовательность этапов обработки Э1, реализация которой гарантирует обеспечение требований к детали, предъявленных в конструкторской документации. Маршрутный технологический процесс (МТП) некоторого этапа Э1 принципиальной схемы представляют собой упорядоченную последовательность операций 01], реализация которого гарантирует выполнение обязательств по обеспечению качества детали, закрепленных за этапом Э1. Следующий уровень проектирования - операционный технологический процесс (ОТП), представляющий собой упорядоченную последовательность технологических переходов Пщк, реализации которой гарантирует обеспечение тех показателей качества деталей, которые были использованы как показателей возможностей операций 0]1. Поскольку в общем случае одна и та же операция может быть выполнена не в одной, но в рамках нескольких технологических систем операций, то ОТП можно рассматривать как требования, предъявляемые к наладке технологических систем операций. Спроектированный таким образом технологический процесс открывает возможность формирования нескольких виртуальных производственных линий для изготовления одной и той же детали. Движение детали по каждой из этих виртуальных производственных линий сопровождается потребностью в наборе вполне определенных ресурсов, а расход каждого из них может быть оценен количественно. Реальный маршрут движения выбирается из числа виртуальных, исходя из условия изготовления детали к установленному моменту времени, и является составным элементом общего логистического потока предметов труда в производственной системе предприятия.
Литература
1. Колчин А.Ф., Овсянников М.В., Стрекалов А.Ф., Сумароков С.В. Управление жизненным циклом продукции. - М.: Анахарсис, 2002. - 304 с.
2. ГОСТ 2.053-2006 Надежность в технике. Системы технологические. Термины и определения. - М.: Стандар-тинформ, 1986, - 9 с.
Анализ генеральной совокупности механических детале
Анализ проектов систем предприятия
Анализ требований конкретного проекта
Определение проекта
Идентификация объектов конфигурации Определение функциональных базовых линий конфигурации План административного управления функциональными базовыми линиями конфигурации
Версия проекта для функциональной базовой линии конфигурации
Идентификация базовых линии конфигурации детали Формализованное описание конструкций базовых линий конфигурации План принятия технологических проектных решений при проектировании технологических процессов План принятия организационнопроектных решений при проектировании технологических процессов
Проектирование версий базовых линий конфигурации, ► входящих в функциональную базовую линию
Версия базовой линии конфигурации конструкции детали Директивный технологический процесс для версии базовой линии Индивидуальные рабочие технологические процессы для версии базовой линии
Рис. 1. Этапы проекта "Разработка рабочей документации механических деталей с управляемой конфигурацией".
Функциональные модули поверхностей (ФМП)
Модули поверхностей исполнительные (МПИ) Модули поверхностей соединительные (МПС)
Модули поверхностей базирующие (МПБ) Модули поверхностей рабочие (МПР)
Модули поверхностей базирующие основные (МПБо) Модули поверхностей базирующие дополнительные (МПБд)
Рис. 2. Классификация функциональных модулей поверхностей деталей.
Рис. 3. Схема проектирования технологического процесса как средства сопряжения объектов конфигурации: комплекса связей конкретной детали и элементами технологической системы предприятия.
Московский авиационный институт WORKING DOCUMENTATION CREATION FOR MECHANICAL DETAILS WITH CONFIGURATION MANAGEMENT I.A. Fedorov
In this work general approaches to management of the configuration of mechanical details are considered. As a final goal this configuration has the creation of the interconnected system of details' design, technological and operational documentation Keywords: parallel engineering, configuration management, technical preproduction, working documentation
