ТРЕХМЕРНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МОДЕЛЬ ИЗДЕЛИЯ КАК ОСНОВА КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ РЕСУРСОЕМКОСТИ И ТРУДОЕМКОСТИ ПРОИЗВОДСТВА Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 658.512.4

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-403-411

ТРЕХМЕРНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МОДЕЛЬ ИЗДЕЛИЯ КАК ОСНОВА КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ РЕСУРСОЕМКОСТИ И ТРУДОЕМКОСТИ

ПРОИЗВОДСТВА

А.А. Абраженин, Н.Н. Трушин

Конкурентоспособность продукции и активная производственная деятельность в изменяющихся экономических условиях, реализации стратегии импортозамещения и локализации производства для отечественных машиностроительных предприятий невозможна без использования высокоэффективной и результативной системы управления качеством. Производственная практика показывает, что полагаться на поддержание качества продукции на требуемом уровне без совершенствования и модернизации системы управления качеством невозможно. Система обеспечения качества на предприятии должна соответствовать современному уровню работ в этой области. Начальные этапы подготовки производства сложной наукоемкой техники требуют внимания к такому важному показателю, как проектная трудоемкость изготовления изделия, на основе которого в дальнейшем можно будет сделать вывод о технологичности конструкции изделия в целом. Сложность оценки проектной трудоемкости во многом связана с субъективностью оценки, зависящей от опыта и знаний отдельных специалистов, что не может отразить влияние быстроразвивающихся современных производственных систем и не позволяет обеспечить высокую эффективность их эксплуатации. В статье рассматриваются подходы к оценке ресурсоемкости и трудоемкости изготовления газовых котлов. Методика количественной оценки расчета ресурсоемкости и трудоемкости на основе генерации и анализа трехмерной модели изделия реализуется в процессе жизненного цикла патентно защищенных водогрейных газовых котлов тепловой мощностью от 40 до 1000 кВт.

Ключевые слова: подготовка производства, ресурсоемкость, трудоемкость, трехмерная модель изделия.

Введение. Машиностроение занимает центральное место в экономике индустриально развитых стран, является основой технического перевооружения и реструктуризации всех отраслей экономики и способствует повышению благосостояния общества. Проводимые в нашей стране реформирования промышленности c целью обеспечения технологического суверенитета привели к необходимости создания принципиально новых подходов к управлению производственной деятельностью машиностроительных предприятий.

В настоящее время сложилась тенденция создания сложных технологических систем, характеризующихся большим числом и разнообразием входящих в них элементов и сложностью связей между элементами. Постоянное увеличение номенклатуры и ускорение сменяемости изделий машиностроения привело к тому, что создание новых или модернизация действующих технологических систем в многономенклатурном серийном машиностроительном производстве стало представлять собой чрезвычайно сложную технико-экономическую задачу для отечественных машиностроительных предприятий. Исключительная сложность этой задачи заключается в необходимости совместного решения целого комплекса разнородных задач кон-

структорской, технологической и организационной подготовки производства на основе системы оценок, действующих на всех этапах процесса решения указанных задач. Это обстоятельство существенно расширяет область поиска оптимальных проектных решений.

В связи с этим особую актуальность приобретают научно-практические исследования в области создания новых методов технологической подготовки серийного машиностроительного производства в условиях импортозамещения и локализации производства.

Технологичность является основой для обеспечения конструкторско-технологической подготовки производства и достижения заданных целей, напрямую отражающих повышение технико-экономических показателей. Более того, в период прорывных технологий, спроса и предложения на высокотехнологичную и наукоемкую продукцию, важными являются следующие положения: оптимизация временных затрат на изготовление, с точки зрения минимизации, и рациональное управление и обеспечение качества производственных процессов [1].

Обеспечение технологичности изделия, способно отразить связь между конструктивными особенностями продукта и показателями затрат при его изготовлении, однако является противоречивым и не имеет полного и подробного описания для его проведения [2, 3].

Предполагается, что один из главных способов обеспечить качество и технологичность продукта на начальных этапах подготовки производства - это создание таких условий, при которых будут отсутствовать повторные итерации проектных процедур, с самых ранних этапов жизненного цикла продукта, в границах, заданных рассматриваемым процессом подготовки производства. Минимизация и сведение к отсутствию повторных итераций проектных процедур будет возможна только, если предотвратить возможность возникновения неопределенностей и несоответствий, появляющихся в ходе производственной подготовки, которые влияют на качество и технологичность выпускаемого продукта [4].

Основная часть. В течение всего своего жизненного цикла, продукт проходит через проектные процедуры, которые выполняются различными исполнителями производственного процесса, называемых акторами. Зная о последовательном характере подготовки производства, очевидно, что результат выполнения (/-1)-го этапа являются входным (вводными данными) при выполнении /-го этапа, что ведет к возникновению взаимосвязи соседних по итерации исполнителей от выходных данных (результатов) разработки предшествующих исполнителей. В том случае, когда /-й исполнитель принимает результаты работы одного или нескольких исполнителей из множества невозможными или неудовлетворительными, то из-за этого возникает такая ситуация, которая приводит к задержкам в подготовке производства и неизбежно ведет к повторным проектным процедурам [4].

Рассмотрим такое пространство проектных решений Ж, где необходимо выделить множество допустимых проектных решений 88о с точки зрения всех п исполнителей, участвующих в проектном процессе. Из этого следует, что /-й исполнитель обязательно действует в фазовом пространстве (/ — 1) акторов, так как в них определены вводные данные для исполнения /-й проектной процедуры. При этом необходимым и достаточным условием является, чтобы фазовые области в пространств поиска допустимых значений 88о(/ — 1) и 88о(/) имели

общую область значений, а именно 88о(/ — 1) п 88о(/) (рис. 1).

Следует заметить, что конфигурация данного фазового пространства 88о(/) существует только в области с определенными ограничениями [3], которые дополняют эти проектные решения Р/—принятым на (/ — 1) этапе жизненного цикла продукта. Выбор рационального проектного решения подразумевает принятия конкретного вектора значений орт п фазового пространства поиска допустимых значений, другими словами:

Р/—1 = (Ръ P2,■■■, Рп), (1)

где п - число орт фазового пространства о; Р - координата.

Условие существования допустимой области:

880(/ — 1) п 880(/) . (2)

В том случае, когда данное условие не выполняется, то конфликт профессиональных интересов исполнителей в принципе невозможно разрешить, потому что условия, которые определяют конфигурацию пространств 88о(/ -1) и 88о(/) противоречат друг другу. А в том случае, когда условие выполняется, то придется иметь дело с двумя сценариями развития событий: (/ — 1) проектное решение принадлежит либо не принадлежит общей области допустимых решений. Тогда в первом случае, это описывается следующим условием

а во втором случае - условием

Pt_! £ SSo(i _1) n SSo(i), Pi _1 £ SSo(i -1) n SSo(i).

(3)

(4)

Рис. 1. Схема разрешения противоречий

Отсюда следует, что при выполнении соотношения (4) противоречия не возникает, так как проектное решение Pj _i конкретной итерации принадлежит области допустимых проектных решений i-го исполнителя.

Оптимальным событием, со стороны минимизации необходимого времени на подготовку производства, является соблюдение соотношения (4) на всех этапах жизненного цикла продукта. Чтобы соотношение (4) выполнялось, необходимо, чтобы исполнитель (j _ 1) при утверждении своего решения был обязан принимать в качестве обратной связи последствия собственного проектного решения, с учетом наложения и существования общей области допустимых решений последующих исполнителей.

Можно сделать следующий вывод, что у предшествующих исполнителей существует недостаток необходимой проектной информации. Отсюда следует, что при увеличении информационной насыщенности каждого проектного решения и снижение его энтропии до степени, которая определяется соотношениями (2) - (4), получится достичь не только разрешения, но и предотвращения возникновения противоречий в проектных решениях исполнителей. Данный исход является наиболее благоприятны для осуществления конструкторской деятельности при подготовке производства.

Рассмотрим далее такую информационную категорию, как модель проектного решения, далее (МПР), включающую в себя подробные сведения о геометрии проектируемого продукта (атрибуты 1-го рода с их привязкой к элементам геометрии), необходимые данные об уровне технологичности проектного решения (атрибуты 2-го рода и необходимую для такого уровня дополнительную информацию), уровень достоверности, сложности и т.д.

Существование атрибутов 1-го и 2-го рода в данной МПР позволяют снизить информационную энтропию проектного решения каждого исполнителя до такого уровня, который бы гарантировал отсутствие наступления такого события, когда встречаются противоречия при подготовке производства нового продукта.

Определение уровня конструктивной сложности. Вводными данными для определения уровня конструктивной сложности является электронная модель изделия, которая соответствует стандартам ISO в области электронных моделей. Исходя из стандарта, электронная модель изделия содержит следующую необходимую информацию: описание трехмерной геометрической формы; свойства конструкционного материала; размерные и геометрические допуски; шероховатости поверхностей.

Для автоматизированных систем проектирования технологических процессов это особенно важно, так как когда на начальном этапе проектирования появляется возможность дать ответ на вопрос о целесообразности использования определенного оборудования и в последующем создавать технологический процесс таким образом, чтобы учитывать соответствующее оборудование [5].

Уровень конструктивной сложности определяется для деталей как геометрического тела, вне зависимости от конструкционного материала и способа обработки, и выражается уравнением

С к = а • п (5)

где а - геометрическая сложность некоторой условной детали, имеющей только один ключевой элемент; п - число ключевых элементов в контуре детали [4].

Проанализировав исследования в этой области, можно обратить внимание на известную математическую модель оценки конструктивной сложности. Подразумевается, что каждая взятая отдельно геометрическая поверхность имеет собственную конструктивную сложность С/, и может быть представлена функцией от нескольких переменных:

С = / (сиг, А, N), (6)

где сиг - кривизна отдельно взятой поверхности; А - дополнительная информация об атрибутах 1-го и 2-го родов; N - количество смежных поверхностей.

Уравнение для С/ представляется в виде

С/ = 2сиг + N2 + ГШт + Т3е0т + Я, (7)

где Tdim - количество допусков на размер, требуемых от поверхности; Т^^е0т - число допусков формы и расположения, требуемых от поверхности; Я - коэффициент, учитывающий чистоту (шероховатость) поверхности, в данном исследовании примем значение коэффициента

Я = 1,2.

Сложность отдельно взятого конструктивного элемента можно выразить следующим

образом:

п

IС

Р,- =-+ Na • Оа, (8)

7 Аг- • Мгг-

где Аг- - число одинаковых элементов в массиве, который содержит /-й элемент; Мгг- - количество вхождений с зеркальными отражениями, в который входит /-й элемент; Са - коэффициент, который учитывает применимость вспомогательной и базовой геометрии. В рамках теоретического исследования предлагается принять Са = 1,05; п - общее количество поверхностей детали.

Из этого следует, что окончательная сложность всей детали, которая состоит из т элементов, определится в виде приведенной суммы сложностей каждого конструктивного элемента:

т

С = (9)

т

Отдельно рассмотрим элемент, который требует особого представления, - резьба. В связи с тем, что в системе автоматизированного проектирования (САПР) точного построения геометрии резьбы не выполняется, а всего лишь наносятся условные обозначения с текстурой резьбы (объемное изображение), тогда принимаем, что резьба рассматривается как частный случай цилиндрической поверхности одинарной кривизны с поправочным коэффициентом для учета сложности. рамках данного теоретического исследования коэффициент принимается, 1,2.

Определение уровня технологичности. Сложность оценки уровня технологичности в целом связана с субъективностью самой оценки, так и метода, которые зависят и от опыта, и от знаний отдельных конструкторов и технологов, что конечно же не может учитывать качественно новый уровень возможностей современных систем производства и не позволит обеспечить необходимую степень эффективности эксплуатации производственных систем.

Процесс создания технологичного продукта, в котором бы отражалась связь между конструктивными особенностями самого продукта и степенью издержек при его производстве, на данный момент является противоречивым и не имеет полного и точного описания [6-9].

Одной из задающих тенденций развития систем автоматизированного проектирования можно назвать повышение информационной полноты МПР с добавлением к геометрическому решению продукта дополнительной атрибутивной информации, данные о качестве поверхности (шероховатости), размерных допусках и отклонений формы и расположения, определяющих в

свою очередь точность изделия, свойствах материалов и пр. Обладание данной информацией позволит определить целый ряд задач. Во-первых, это избавление от идеальной «абсолютно точной» модели (геометрической) и учитывать реально существующее рассеяние размеров и отклонения формы и расположения. Во-вторых, существенно снизить необходимость в оформлении чертежей, поскольку трехмерная модель, или SD-модель, уже включает в себя всю информацию, которая необходима для проведения следующих этапов подготовки производства, а в подавляющем большинстве случаев и превосходит по информативности.

Создание технологичной конструкции продукта на раннем этапе проектирования является важной для конструктора задачей. Однако, в то время, когда соответствие проекта машины легко оценить с заданным функционально назначением объективными численными показателями, то сложную и многозначную категорию, как "технологичность", очень затруднительно оценить качественно, а тем более количественно. Ввиду отсутствия общеизвестных методов численной оценки технологичности, на ранних этапах проектирования нет возможности объективно разрешать возникающие неопределенности и несоответствия между конструктором, как производителем конструкторской документации, и технологом, как ее потребителем.

Согласно положениям международных стандартов ISO, обеспечение технологичности конструкции изделия, у которого основными показателями технологичности детали являются трудоемкость, себестоимость и унификация, становится первостепенной задачей подготовки производства. При этом трудоемкость имеет прямое денежное выражение, так как она обычно непосредственно включается в себестоимость [10-12].

Результаты собственных исследований и анализ ранее выполненных работ показали, что одним из самых значимых параметров технологичности детали будет ее трудоемкость изготовления. Проведенные исследования в работе [8] показали (рис. 2) следующие результаты: наличие трехмерной модели позволит на этапе ранней конструкторской разработки выполнить оценку трудоемкости производства изделия, что дает возможность иметь конструктору обратную связь по параметру уровня технологичности.

о

10879,62 6187,96 2503.72 F, ММ2 1CDiSn™T-- 591.37

J 150 200 Sp, ММ/МИН

Рис. 2. Графики зависимости времени обработки от площади поверхности Е (а), рабочей подачи 3 б), припуска * (в) на примере фрезерования шпоночного паза

Продемонстрировать корреляционную зависимость между конечным значением трудоемкости обработки и вводными параметрами трехмерной модели можно следующим образом, представив уравнение множественной регрессии в следующем виде:

Г п Л

к (10)

пмат

T = f M, £ F (, Rai, ti) V i=1

где M - масса заготовки детали до обработки, кг; Si - обрабатываемая площадь i-ой поверхности детали, мм2; Rai - необходимая чистота (шероховатость) i-ой поверхности детали; ti - заданный квалитет точности заданный i-ой поверхности; кмат - коэффициент обрабатываемости материала; n - количество поверхностей в трехмерной модели, подлежащих для обработки.

407

Получая решение уравнения (10) с помощью методов регрессионного анализа, можно записать искомую трудоемкость таким образом:

К = а0 • 8х • ЯаХ2 • г*3, (11)

Т = Ь0 • МУ1 • КУ2, (12)

где а0, ¿0, *1, *2, *3, У1, У2 - коэффициенты уравнения регрессии, получаемые экспериментальным путем.

Искомое уравнение и зависимости функции К от аргументов представим в виде степенной формулы:

К = а0 • 8х • Яа*2 • г*3. (13)

Прологарифмируем полученное исходное уравнение (11)

^ К = ^ а0 + х\ • lg 8 + х2 • lg Яа + х3 • lg г. (14)

Добавим следующие обозначения:

^К = У, ^а0 = а'0, ^8 = Щ, ^Яа = и2, ^г = и3 . (15)

В результате исходное уравнение (11) можно представить в линейном виде, что позволит упростить последующие расчеты:

Y = + xUi + x^U2 + X3U3 .

(16)

(18)

Получим матрицу путем логарифмирования каждого члена исходного уравнения (11):

lg 51 lg Ra1 lg t1 lg K1

lg 51 lg Ra1 lg t1 lg K1 . (17)

U1 U2 U3 Y Отсюда, получаем следующую систему уравнений:

1 = 4a 'о + X1ZU + Х2 ZU2 +X3 ZU 3 ZU = a'o ZU1 + X1ZU12 + X2ZU1 U2 + X3ZU1U3

<

ZU2 = a'o ZU2 + X2ZU22 + X1ZU1U2 + X3ZU2U3

|zU = a'o ZU3 + X3ZU2 + X1ZU1 U3 + X2ZU2U3 При помощи следующих выражений определяем оставшиеся неизвестные:

ZU = lg 51 + lg 52 +... + lg Sn ZU2 = lg Ra1 + lg Ra2 +... + lg Ran ZU3 = lg t1 + lg t2 +... + lg tn

ZU12 = (lg S1 )2 + (lg S2 )2 +... + (lg Sn )2 . (19)

ZU2 = (lg Ra1 )2 + (lg Ra2 )2 + . + (lg Ran )2 ZU32 =(lg t1 )2 +(lg t2 )2 + ... + (lg tn )2 ZU1U2 = lg S1 • lg Ra1 + lg S2 • lg Ra2 +... + lg Sn • lg Ran ZU1U3 = lg S1 • lg t1 + lg S2 • lg t2 +... + lg Sn • lg tn

ZU2U3 = lg Ra1 • lg t1 + lg Ra2 • lg t2 + ... + lg Ran • lg tn

Из системы уравнений (18) методом последовательного исключения неизвестных, с учетом (19), получаем следующие уравнения:

a о = — 0 4

1 -

0,5(ZU)-,125a•ZU •ZU2

0,25(ZU1 ) -ZU12

1,25(ZU2 )2

(1 •ZU2 - 4ZU1U2)

(20)

ZU2 •ZU + a ZU •ZU + 4a ZU1 •ZU 4a •ZUU - a •ZU •ZU2 408

1

_ 0,5(ХЦ )2 - 0,125а -ХЩ 1 0,25(^^1 )2 -Х^2

х2 =■

0,25 -ХЦ + Хи2 , ( -Хи2 -4X^2) х _ Х^ + а-(4£Ц2 + Х^) 3 4а -Хи1и2 - а -Хи -Х^ В выражениях (20) - (23) значение а задается как

а _ 0,25 -ХЦ -Хи2 -Хии2

(21)

(22)

(23)

(24)

(Хи1 )2 - 4 -Хи?

Далее по аналогии определяем искомую корреляционную зависимость между значением Т (трудоемкость изготовления детали) и параметрами-аргументами.

Таким образом, получены необходимые расчетные формулы для оценки уровня технологичности, выраженные через численные определения трудоемкости по формулам (11) и (12). Получение уравнений для каждого конструкторско-технологического элемента (КТЭ) и элементарной поверхности были проведены следующие действия:

1. Построены трехмерные модели, одинаковые по топологии и различные по геометрическим размерам применяемые на действующем производстве.

2. В системе 1пуеШюгСАМ проведено моделирование обработки по существующим нормативам и получены численные значения времени обработки.

3. С помощью системы MathCAD по полученным данным определены показатели степеней регрессионного выражения.

После выполнения необходимых и достаточных преобразований, полученные ранее зависимости (11) и (12), с учетом (20-23), с учетом проделанной работы по экспериментальному определению показателей степеней уравнений регрессии, можно представить их в виде зависимостей для КТЭ на примере фрезерной обработки деталей, приведенных далее в таблице.

Уравнения регрессии для определения трудоемкости токарной обработки основных

Конструктивный элемент Уравнение регрессии

Плоскость Т _ 103 07 - 5- 0 6 - Яа - 0 25 -1-107

Цилиндрическая поверхность Т _ 10303 - 5-0 68 - Яа-0 34 - Г-0 72

Фаска Т _ 103 - 5-0 77 - Яа-0 31 -1-014

Отверстие сквозное Т _ 103 03 - 5 -068 - Яа-0 34 - Г-0 72

Скругление Т _ 103 03 - 5- 0 68 - Яа-0 34 - Г-107

Резьба Т _ 103 03 - 5 -0 68 - Яа-0 34 -1-0 72

Таким образом, при помощи представленных формул из таблицы ведется оценка общей трудоемкости производства детали, по заранее известным параметрам обработки:

У _ ХТ , (25)

I _1

Тд _ 10-127 - М-046 - У 2 32 - кмат, (26)

где У - суммарная оценочная трудоемкость выполнения отдельных конструктивных элементов, мин; Тд - общая оценочная трудоемкость производства детали, мин.

Заключение. Осуществляя проектное решение при разработке изделия, руководство предприятия устанавливает нормативные значения атрибутов второго рода для данного проекта в рамках трехмерной модели изделия. Представленное исследование количественной оценки расчета ресурсоемкости и трудоемкости производства изделий энергетической техники с применением анализа трехмерной модели изделия реализуется в процессе жизненного цикла семейства водогрейных газовых котлов тепловой мощностью от 40 до 1000 кВт, оригинальная конструкция которых защищена патентом РФ № 2725918 [13].

409

В итоге конструктор МПР сам рассчитывает заданные показатели атрибутов второго рода и сравнивает их с целевыми, и при наступлении такой ситуации, когда необходимо внести изменения, сам корректирует текущее проектное решение.

Более того, распределение механической обработки между станками с числовым программным управлением и станками с ручным управлением осуществляется на основе существующих приоритетов сложности механической обработки, которые представляют собой показатели определенных технологических критериев. Недостаток данного метода заключается в том, что для каждого отдельного предприятия или в случае существенного изменения номенклатуры изготавливаемых изделий, зависимости необходимо получать заново экспериментальным путем.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-38-90251.

Список литературы

1. Чечуга О.В., Ямникова О.А., Ямников А.С. Современные проблемы технологии и нано-технологии в машиностроении: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 259 с.

2. Технологичность конструкции изделия: Справочник / Ю.Д. Амиров, Т.К. Алферова, П.Н. Волков и др.; Под общ. ред. Ю.Д. Амирова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1990. 768 с.

3. Иноземцев А.Н., Анцев В.Ю. Квалиметрическая оценка технологичности машинокомплектов производственных подразделений // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 6. С. 82-90.

4. Трушин Н.Н. Организационно-технологическая структура производственного процесса на машиностроительном предприятии: научное изд. Тул. гос. ун-т. Тула, 2003. 230 с.

5. Аверченков В.И., Казаков Ю.М. Автоматизация проектирования технологических процессов: учеб. пособие. М.: ФЛИНТА, 2011. 229 с.

6. Абраженин А.А., Лобанов А.В., Трушин Н.Н. Оценка показателя технологичности детали методом регрессионного анализа с использованием 3D-модели // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 8. 2018. С. 212-220.

7. Французова Ю.В. Комплексная оценка технологичности деталей типа «тела вращения» // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2015. Вып. 9. С. 266-271.

8. Троицкий Д.И. Еремин А.А. Оценка конструктивной сложности детали по 3D-модели // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы Междунар. науч.-техн. конф. "АПИР-16". В 2 ч. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 216-219.

9. Тульчев С.В., Ямникова О.А., Иноземцев А.Н. Комплексная оценка технологичности деталей типа «вал» // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2011. Вып. 3. С. 315-323.

10. Автоматизированная экспресс-оценка трудоемкости обработки деталей / Васин С.А., Анцев В.Ю., Иноземцев А.Н., Пасько Н И. // СТИН. 2000. № 10. С. 9-13.

11. Анцев В.Ю., Иноземцев А.Н., Пушкин Н.М. Автоматизация экспресс-оценки трудоемкости изготовления спортивного и охотничьего оружия // Автоматизация и современные технологии. 2002. № 8. С. 8-12.

12. Ковешников В.А., Трушин Н.Н. Оценка трудоемкости обработки деталей на металлорежущих станках // Автоматизация и современные технологии. 2003. № 10. С. 36-40.

13. Патент № 2725918 РФ. Водогрейный котел / А.А. Абраженин, М.А. Грибов, А.С. Орехов. Опубл. 07.07.2020. Бюл. № 19.

Абраженин Александр Александрович, аспирант, winelless@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Трушин Николай Николаевич, д-р техн. наук, профессор, trushin@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

USING A 3D DIGITAL PRODUCT MODEL FOR QUANTITATIVE ASSESSMENT OF THE MANUFACTURING RESOURCE AND LABOR INTENSITY

A.A. Abrazhenin, N.N. Trushin 410

A highly efficient quality management system is a prerequisite for making competitive products in changing economic conditions while implementing the import substitution and production localization initiatives in the domestic manufacturing industry. As real-life experience shows, it is impossible to maintain the required product quality without improving and upgrading the quality management system. It should be state-of-the-art. The labor intensity of complex, advanced product manufacturing is an important factor to be considered in the early product development stages. It is a metric to assess the product's manufacturability. The complexity of estimating design labor intensity is largely due to its subjectivity as it relies on the experience and skills of individual experts. Such an approach cannot reflect the impact of rapidly evolving production systems and does ensure their efficient operation. This study considers some approaches to resource and labor intensity estimation for the manufacturing of gas-fired boilers. The proposed methodology is based on the analysis of a 3D product model and is applied to patented hot water gas boilers, with heat power from 40 to 1,000 kW.

Key words: product development, resource intensity, labor intensity, 3D product model.

Abrazhenin Aleksandr Aleksandrovich, postgraduate, winelless@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University,

Trushin Nikolay Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, trushin@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.78

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-411-417

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОДОЛЬНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ЧЕРЕЗ КАНАЛ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ФОРМОЙ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРУЖИННОГО ПРОИЗВОДСТВА

М.Ю. Силаев, В.А. Ленина, С.А. Войнаш, В.А. Соколова, А.А. Ореховская, А.С. Кривоногова

Достаточно глубокие микроструктурные исследования горячекатаных полуфабрикатов для изготовления пружин показывают, что многочисленные исключения требований по качеству исходной заготовки приводят к снижению ответственности изготовителя металлопроката в соблюдении технологических регламентов от выплавки до заключительных операций по термообработке. В заключение необходимо отметить, что качество готовой пружины у потребителя начинается с чёткой регламентации технических требований к полуфабрикату в большей части шире трактуемых, чем в действующих нормативных документах (ГОСТах, ТУ и т. д.). Для решения этих задач предлагается использовать способы уширяющей экструзии и аэротермоакустической обработки.

Ключевые слова: уширяющая экструзия, аэротермоакустическая обработка, пружинное производство.

Одним из главных эксплуатационных требований, предъявляемым к пружинному материалу, является обеспечение повышенной прочности при действии сжимающих и изгибающих напряжений при динамической нагрузке. Прогнозируемые значения характеристик прочности пружинного материала зависят от применяемой технологии изготовления.

Технологические процессы изготовления являются несовершенными ввиду следующих основных недостатков:

1. Неоптимальное формирование структуры и механических свойств в осевом направлении.

2. Возможность снижения прочности и разрушения при функционировании ввиду несовершенства структуры металлов и наличия дефектов металлургического происхождения.

3. Образование поверхностных дефектов при обработке давлением, которые являются концентраторами напряжений в поверхностном слое.

4. Ресурс повышения прочности существующими способами обработки почти исчерпан.