Технологическая рациональность при обеспечении качества конструкции Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2009

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Эксплуатация воздушного транспорта

№ 147

УДК 629.735.02

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РАЦИОНАЛЬНОСТЬ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИИ

Ю.В. БУДКИН

Рассмотрена технологичность конструкции во взаимосвязи с качеством. Определены критерии технологичности для принятия эффективного управленческого решения в производстве.

Ключевые слова: критерии технологичности, сварочное производство.

Современное сварочное производство характеризуется высоким уровнем конкуренции как между производителями сварочного оборудования, так и между предприятиями. Опыт развития сварочного производства за последние годы подтверждает необходимость рассмотрения совокупности технологичности сварных конструкций во взаимосвязи с экономикой отрасли, которая в первую очередь характеризуется величиной стоимости жизненного цикла изделия.

Технологичность конструкции сварных изделий относится к свойству конструкции, обеспечивающему без снижения эксплуатационных характеристик, применять прогрессивные технологические процессы при минимальных затратах и максимальной производительности. Отработка изделия, оснастки, оборудования на технологичность является обязательной для производственного процесса. Эта отработка ведется на всех стадиях создания изделия. Цель отработки изделия, оснастки, оборудования на технологичность заключается в повышении производительности труда, снижении затрат и сокращении времени на технологическую подготовку производства, на изготовление, техническое обслуживание и ремонт изделия при обеспечении необходимого качества изделия.

В общем случае сварная конструкция считается технологичной, если она скомпонована из определенного количества элементов, с соответствующими размерами и формами, с применением марок и видов материала, технологии и оборудования, оснастки и методов организации производства, которые при заданном объеме выпуска и полном выполнении эксплуатационных функций конструкций обеспечивает ее простое и экономичное изготовление. Технологичность сварных конструкций, узлов и деталей оценивают по стоимости используемых ресурсов. Технологичная сварная конструкция обладает минимальным значением стоимости используемых ресурсов. Нетехнологичная сварная конструкция состоит из нерационального числа металлоемких элементов, изготовление которых известными способами и средствами либо невозможно, либо вызывает значительные усложнения технологических операций, повышение трудоемкости, увеличение производственного цикла и повышенное значение в использовании ресурсов предприятия.

Перечень показателей технологичности сварных конструкций устанавливается в зависимости от состава и характера факторов, влияющих на технологичность. К числу этих факторов могут быть отнесены:

• число и конструктивно - технологическая сложность заготовок, деталей и узлов, используемых для изготовления сварных конструкций;

• нормализация, унификация, конструктивная преемственность и взаимозаменяемость заготовок, деталей и узлов, используемых для изготовления сварных конструкций;

• количество и конструктивно-технологическая сложность оригинальных заготовок, деталей и узлов, используемых для изготовления сварных конструкций;

• совершенствование конструктивных форм деталей с конфигурацией, при которой возможно применение наиболее совершенных и производительных методов механической обработки;

• уровень прогрессивности принципиальных схем, надежность кинематических связей узлов, точность расчетов запаса прочности деталей;

• использование новых качественных и экономичных марок и видов материала;

• материалоемкость сварных конструкций и коэффициентов использования материала;

• разнотипность сварных соединений и протяженность труднодоступных сварных швов;

• энергоемкость технологических процессов и оборудования, используемых для изготовления сварных конструкций;

• корректировка технической (конструкторской и технологической) документации по результатам анализа сварных конструкций на технологичность, выявление конструкторских решений, требующих применения новых технологических процессов и методов.

Оценку технологичности конструкции можно проводить по качественным и количественным показателям. В работе применена методика мониторинга технологичности сварной конструкции на стадии технической подготовки производства.

Техническая подготовка производства представляет комплекс подготовительных работ конструкторско-технологического характера, обеспечивающего осуществление технологического процесса на всех этапах производства.

Технологическая подготовка сварных конструкций состоит из следующих этапов:

• технологический анализ сварных конструкций и разработка технологических процессов их изготовления;

• проектирование и изготовление технологической оснастки и нестандартного оборудования;

• инвентаризация, модификация и внедрение в производство разработанных технологических процессов и технологической оснастки;

• совершенствование технологических процессов и оснастки для ранее освоенных сварных конструкций и разработка перспективной технологии, направленной на расширение рынков сбыта (табл. 1).

Таблица 1

Мониторинг этапов технологической подготовки сварных конструкций

№ этапа Название этапа Результат мониторинга этапа

1 2 3

1 Технологический анализ сварных конструкций Установить степень технологичности сварных конструкций в целом, а также используемых в этих конструкциях заготовок, деталей, узлов

2 Разработка технологических процессов изготовления сварных конструкций Установить соответствие технических норм использования материальных и энергетических ресурсов масштабам производства

3 Проектирование и изготовление технической оснастки Установить степень использования в приспособлениях унифицированных, конструктивнопреемственных и взаимозаменяемых элементов. Определить очередность проектирования и изготовления в большом количестве технологической оснастки при освоении сложных многоэлементных сварных конструкций

Продолжение табл. 1

1 2 3

4 Разработка технологического и производственного процессов Установить наличие программы производства и реализации продукции, описать принятую технологию производства. Установить состав основного оборудования, заготовок, деталей, узлов, его поставщиков и условия поставки. Установить достоверность расчета годовых затрат на выпуск продукции. Описать экологическую и техническую безопасность производственного процесса

5 Инвентаризация, модификация и внедрение в производство разработанных технологических процессов и технологической оснастки Мониторинг технологичности выполнятся непосредственно на рабочих участках применительно к конкретным сварным изделиям. В описательной части устанавливается качество изделия и его соответствие эксплуатационным характеристикам

Цель конструкторской подготовки серийного производства состоит в адаптации конструкторской документации опытно-конструкторских разработок к условиям конкретного серийного производства предприятия-изготовителя. Как правило, конструкторская документация разработок уже учитывает производственные и технологические возможности предприятий-изготовителей, но условия опытного и серийного производств имеют существенные различия, что приводит к необходимости частичной или полной переработки конструкторской документации.

В процессе конструкторской подготовки производства разработчики в максимально допустимых пределах должны учитывать конкретные производственные условия предприятия-изготовителя:

• унифицированные и стандартные детали и сборочные единицы, изготовляемые предприятием или предприятиями-смежниками;

• имеющиеся средства технологического оснащения и контроля;

• имеющееся технологическое и нестандартное оборудование, транспортные средства и т. п.

В настоящее время все большее место в работах конструкторской подготовка производства приобретают методы автоматизированного проектирования и создания конструкторских документов (САПР).

Сегодня системы ЕЯР-МЯР и системы управления знаниями стали символами зарождения новой корпоративной культуры. Базовыми технологиями для них являются объектно-ориентированное программирование и стандартные инструменты управления базами данных. Однако достигаемая эффективность конструкторской подготовки производства приходит в противоречие с ожиданиями потребителей. Предлагаемые к продаже в РФ системы не могут быть адаптированы к нуждам организации со скоростью, адекватной скорости проведения организационных изменений в течение всего жизненного цикла изготовления сварной конструкции. Это обстоятельство диктует потребность рынка в иных базовых технологиях программирования. Современный этап развития систем ЕИР-МИР характеризуется тенденцией вытеснения традиционных технологий разработки новыми, основанными на управлении знаниями. Технологии управления знаниями включают различные составляющие - обмен профессиональными (узкоспециализированными) знаниями, управление потоками информации, обучение, структуризация знаний по конкретной научно-технической проблеме, а также организация совместной работы во временном творческом коллективе, управление взаимоотношениями с партнерами, заказчиками и т.д.

Задача технологической подготовки сварочного производства состоит в обеспечении полной технологической готовности предприятия к производству новых изделий с заданными техникоэкономическими показателями (высоким техническим уровнем, качеством изготовления, а также с минимальными трудовыми и материальными издержками - себестоимостью при конкретном техническом уровне предприятия и планируемых объемах производства). Отработка изделий на технологичность (технологический контроль) производится на всех этапах создания конструкторской документации:

• на стадии эскизного проекта производится анализ конкретных конструкторских решений, в том числе целесообразности выбранных материалов, рациональности и технологичности членения конструкции на сборочные единицы;

• на стадиях технического и рабочего проектов принимаются окончательные решения о технологичности изделия и точности изготовления его элементов;

• на стадии изготовления опытного образца и опытной партии завершается отработка конструкции на технологичность (конкретизируются условия обеспечения технологичности, в том числе возможность использования типовых технических процессов, унифицированной переналаживаемой оснастки и имеющегося или производимого оборудования).

В работе авторы применили показатели технологичности конструкции [1]:

• технологическая рациональность конструктивных решений;

• преемственность сварной конструкции.

Технологическую рациональность характеризуют:

• трудоемкость изготовления;

• удельная материалоемкость;

• коэффициент использования материалов;

• технологическая стоимость ресурсов;

• удельная энергоемкость изготовления сварного изделия;

• удельная трудоемкость подготовки изделия к функционированию;

• коэффициент применяемости материалов;

• коэффициент применения групповых и типовых технологических процессов.

В работе рассмотрен выбор оптимального варианта технологического процесса. В различных вариантах технологических процессов изготовления сварных изделий могут применяться различные заготовки, оборудование, технологическая оснастка и т.д., что приводит к различной трудоемкости, производительности и использованию рабочих различной квалификации. Основными критериями для принятия эффективного управленческого решения по выбору оптимального технологического процесса являются стоимость ресурсов, сумма инвестиционных вложений и социальная полезность новации.

Эффективное управленческое решение по выбору наиболее экономичного варианта реализации технологического процесса сварки из множества возможных способов изготовления продукции следует в общем случае осуществлять по минимуму приведенных затрат, которые принимаются в качестве критерия оптимальности. Однако для сопоставления вариантов технологических процессов во многих случаях достаточно ограничиться расчетом технологической себестоимости выпуска. В описываемом примере затраты меняются при изменении вариантов.

Поэтому в дальнейшем в качестве целевой функции используется матрица, характеризующая минимум суммы значений себестоимости и инвестиционных вложений:

Зт + min, (1)

где 3Ti - технологическая себестоимость годового выпуска по варианту изготовления; Ен - нормативный коэффициент эффективности; Ki - инвестиционные вложения, изменяющиеся при смене варианта технологического процесса.

Значение отношения экономической оценки аргумента (социальных издержек) к экономической оценке функции (социальной полезности). Значение должно быть менее 1.

Функции организационной подготовки сварочного производства характеризуются параметрами:

- плановые (в том числе предпроизводственные расчеты хода производства, загрузки оборудования, движения материальных потоков, выпуска на стадии освоения);

- обеспечивающие (кадрами, оборудованием, материалами, полуфабрикатами, финансовыми средствами);

- проектные (проектирование участков и цехов, планировка расположения оборудования).

Принятие управленческого решения по замещению технологий, в рамках процессного подхода,

влияет на организационно-производственный процесс. В организационной подготовке сварочного производства используются конструкторская, технологическая документации и данные для проведения технологической подготовки производства.

В работе рассмотрен характер изменения технико-экономических показателей новых изделий на стадии освоения. Начальный этап освоения выпуска новых изделий характеризуется повышенными издержками. Причину этого можно объяснить следующими факторами:

• небольшим объемом выпуска изделий, на который распределяются условно-постоянные расходы, связанные с освоением новых изделий;

• повышенной трудоемкостью и фондоемкостью изготовления (из-за постепенности отладки оборудования; неполной оснащенности техпроцессов специальным оборудованием и оснасткой; недостаточной опытности рабочих и инженеров);

• большим количеством переналадок (например, прессового оборудования);

• повышенным браком;

• затратами на обучение персонала;

• доплатами до среднего уровня зарплаты в период освоения, состоянием социальной и культурной среды и др.

По мере наращивания объема выпуска новых изделий происходит и снижение издержек производства. Минимизация потерь тесно связана с характеристикой наращивания выпуска, которая, в свою очередь, зависит от снижения трудоемкости изделия в процессе освоения.

Для каждого конкретного предприятия, которое характеризуется выпуском определенного вида изделий, уровнем технологии, организацией и т.д., можно установить корреляционную зависимость между суммарным объемом выпуска и его трудоемкостью на основе статистических данных освоения производства ранее выпущенных изделий. Аналогичную зависимость можно установить и для суммарного объема выпуска и себестоимости:

у = ах"6 , З = З7 Qг"ь, (2)

где З1 и а - себестоимость или трудоемкость изготовления первого изделия, с которого считается начало освоения; Qг■ и х - порядковый номер изделия с начала выпуска; Ь - показатель степе-

ни, характеризующий крутизну кривой освоения (0,05-0,75) данного конкретного предприятия.

Для удобства используют систему прямоугольных координат с логарифмическими шкалами. Тогда функция снижения себестоимости (трудоемкости) представляет прямую линию, тангенс наклона которой соответствует показателю степени (- Ь), так как

1§(У)=1§(а)-ь 1Б(х). (3)

При увеличении выпуска в определенное число раз себестоимость (трудоемкость) осваиваемого изделия будет изменяться тоже в определенное число раз. Принято определять величиной коэффициента освоения (Кос) то снижение себестоимости, которым будет характеризоваться каждое удвоение выпуска.

Показатель степени Ь и коэффициент освоения Кос связаны между собой зависимостью

Ь = ( (Кос) / 18(2) ) 1в (Кос). (4)

Например, коэффициенту освоения Кос=0,7 будет соответствовать Ь =0,546; Кос=0,8 - Ь = 0,322; Кос=0,9 - Ь = 0,152 и т.д.

Практика показывает, что для автомобилестроительных предприятий Кос лежит в пределах

0,7 до 0,9, а наиболее часто встречающийся равен 0,8.

Так, например, если З;0 _ 1000 тыс.руб., начало освоения считается с десятого изделия при Кос = 0,8, то 320 _ 800 тыс.руб.; 340 640 тыс.руб.; 3§0 = 512тыс.руб.

Величины Кос и показателя Ь зависят от факторов:

• технических (конструктивных, тщательности испытаний и др.);

• технологических;

• материально-технических;

• организационных;

• социальных.

Момент конца освоения характеризуется конечными показателями ХЕ или (0_Е УЕ или 3Е) . Зная конечные достигнутые значения величины себестоимости и величину Ь или Кос, можно построить кривую освоения.

200 ------------------------г

г

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Рис. 1. Варианты изменения условно-переменных издержек на стадии освоения:

А - Кос =0,7; В - Кос = 0,8; С -Кос =0,9; Д -Кос =1,0

На рис. 1 приведены кривые освоения, соответствующие коэффициентам Кос= 0,9; Кос= 0,8; Кос = 0,7 для условно-переменных издержек. Чем больше коэффициент освоения Кос (и соответственно больше показатель Ь), тем меньшие потери несет потом предприятие на этапе организации производства и выше эффективность в управлении технологической подготовкой производства сварочного производства.

Выводы

1. Проанализированы задачи повышения конкурентоспособности сварочного производства на современном этапе посредством рассмотрения совокупности технологичности сварных конструкций во взаимосвязи с экономикой отрасли, которая в первую очередь характеризуется величиной стоимости жизненного цикла изделия.

2. Оценку технологичности конструкции предложено проводить по показателям технологической рациональности конструктивных решений и преемственности сварной конструкции. В работе применена методика мониторинга технологичности сварной конструкции.

3. Эффективное управленческое решение по выбору наиболее экономичного варианта реализации технологического процесса сварки из множества возможных способов изготовления продукции следует в общем случае осуществлять по соотношению привлеченных ресурсов, качества и удовлетворения эксплуатационных характеристик, которые принимаются в качестве критерия оптимальности. Однако для сопоставления вариантов технологических процессов во многих случаях достаточно ограничиться расчетом технологической себестоимости выпуска.

ЛИТЕРАТУРА

1. Будкин Ю.В. Механизм и модели управления эффективностью инновационных процессов в сварочном производстве. - М.: Гном и Д, 2007.

TECHNOLOGICALL RATIONALITY AT MAINTANCE OF QUALITY OF A WELDED DESIGN

Budkin Yu.V.

Adaptability to manufacture of a design in interrelation with quality is considered. Criteria of adaptability to manufacture for acceptance of the effective administrative decision in manufacture are defined.

Сведения об авторе

Будкин Юрий Валерьевич, 1964 г.р., окончил МАТИ им. К.Э. Циолковского (1986), доктор экономических наук, кандидат технических наук, профессор РГТУ-МАТИ им. К.Э. Циолковского, член Российского философского общества, автор 37 научных работ, область научных интересов - экономика, аудит, финансы, управление в производстве авиакосмической техники.