ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.1.1. Некоторые термины и определения

Изделием в машиностроении называют предмет производства, подлежащий изготовлению на предприятии.

Жизненный цикл изделия(ЖЦИ) — совокупность взаимосвязанных процессов создания и последовательного изменения состояния изделия от формирова­ния исходных требований к нему до окончания его эксплуатации или потребления. Каждый из указанных процессов связывают с определенным этапом ЖЦИ (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Структура этапов ЖЦИ машиностроения.

На этапе Маркетингаанализируют состояние рынка соответ­ствующей машиностроительной продукции. Устанавливают нали­чие текущей или перспективной потребности в изделиях данного функционального назначения. Определяют основные требования потребителей к этим изделиям. Устанавливают состав и значения основных показателей эксплуатационного качества (мощность, производительность, КПД, показатели надежности и т.д.). Разра­батывают общее описание конкурентоспособного изделия. В нем указывают условия эксплуатации и показатели эксплуатационно­го качества изделия, потребительские предпочтения в отношении эргономических, эстетических и других характеристик продукции, требования к условиям поставки. Ориентировочно определяют пред­полагаемый объем выпуска изделия (емкость рынка).

На основе требований, содержащихся в описании конкурен­тоспособного изделия, оформляют техническое задание на его конструирование и разрабатывают конструкцию изделия. При этом возможно создание различных вариантов конструкций, проведе­ние необходимых расчетов, изготовление и исследование (отра­ботка) опытных образцов изделия.

На этапе Разработки конструкции изделия все данные, необходимые и достаточные для изготовления, контроля, приемки, поставки, эксплуатации и ремонта разрабаты­ваемого изделия указывают в рабочей конструкторской докумен­тации (ГОСТ 2.103—68 «Единая система конструкторской доку­ментации. Стадии разработки»). Порядок разработки, оформления и обращения конструкторской документации установлен комплек­сом государственных стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

На этапе Материально-технического обеспечения определяют перспективные потребности производства в различных ресурсах. Под производственными ресурсами понимают совокупность средств производства, а также трудовые, природные, финансовые, матери­альные, энергетические и информационные ресурсы, вовлеченные в процесс производства. Приобретают необходимые ресурсы для организации планирующегося выпуска разработанного изделия.

Под Технологической подготовкой производства (ТПП)понимают совокупность мероприятий, обеспечиваю­щих технологическую готовность производства (ГОСТ 14.004—83 «Технологическая подготовка производства. Термины и определе­ния основных понятий»). Последняя определяется наличием на предприятии полных комплектов рабочей, конструкторской, тех­нологической документации и средств технологического оснаще­ния, необходимых для обеспечения заданного объема выпуска продукции с установленными технико-экономическими показа­телями. Организацию и управление ТПП регламентируют государствен­ные стандарты Единой системы технологической подготовки про­изводства (ЕСТПП).

Под Производством понимают организацию и осуществление изготовления продукции. Производство товарной (предназначен­ной для реализации на рынке) продукции называют основным. Производство принято разделять по типу (единичное, серийное и массовое), по виду (литейное, сварочное, механосборочное и т.д.), по уровню автоматизации (неавтоматизированное, автоматизирован­ное и автоматическое), и по базовому принципу организации (непре­рывно-поточное, переменно-поточное и непоточное). Высшую форму развития производства на основе сочетания информационных технологий и технологий материального производства назы­вают компьютеризированным интегрированным производством (Computer integrated manufacturing — CIM).

На этапе Контроля и испытания проводятся мероприятия, обеспечивающие выполнение соответствующих требований.

Контроль имеет целью проверить соответствие изготовленных деталей, узлов и машин заданным характеристикам, техническим условиям и требованиям.

Испытания проводятся для проверки правильности работы и взаимодействия всех механизмов машин. В зависимости от вида, назначения и масштаба выпуска машины производят испытания на холостом ходу и под нагрузкой, а также проверку ее производительности, мощности, жесткости и точности.

Каждый из последующих этапов ЖЦИ (Упаковка и хранение, Реализация, Монтаж и эксплуатации, Техническая помощь в обслуживании, Утилизация после использования), см. рис. 1.1, имеет конкрет­ную цель, для достижения которой создают необходимые условия и выделяют необходимые ресурсы. Общей целью для всех этапов ЖЦИ является обеспечение вы­сокого качества изделия при его производстве и эксплуатации. Этого добиваются путем выполнения на каждом этапе комплекса соот­ветствующих мероприятий, поэтому в технической литературе структуру ЖЦИ, изображенную на рис. 1.1, иногда называют «петля качества».

Изготовитель (поставщик) и потребитель (заказчик) являются участниками единого ЖЦИ. Для обеспечения высокого качества изделия и достижения своих целей они должны тесно сотрудни­чать и постоянно взаимодействовать друг с другом. Пример – отзывы автомобилестроителями машин для устранения выявленных при эксплуатации недостатков.

Важнейшими этапами ЖЦИ, на которых в значительной мере формируется качество изделия, являются этапы ТПП и производ­ства, которые принято объединять в производственно-технологи­ческий цикл (ПТЦ). Выполнение этапов ПТЦ связано с приня­тием и реализацией технологических решений. Технологическимназывают любое решение, относящееся непосредственно к определе­нию или изменению состояния предмета производства и направ­ленное на обеспечение выпуска продукции. Технологические ре­шения служат основой для разработки конструкторско-технологических мероприятий и соответствующей документации при ТПП, направляемых для исполнения и внедрения в производство.

При выполнении каждого этапа важную роль играют входные и выходные данные.

Входную информацию для системы ТПП образуют: рабочая конструкторская документация на изделие – I1 и директивную заго­товку –I2 (заготовку детали, поступившую к изготовителю изделия с другого предприятия, например, специализирующегося только на выпуске заготовок), объем выпуска изделия – I3, информационное обеспечение – I4.

Выходную информациюсистемы ТПП составляют:;01 — модели (чертежи) изделий, отрабо­танных на технологичность; 02 — разработанная модель (чертеж) заготовки; 03 — типовой технологический процесс изготовления заготовки; 04— заказ на изго­товление заготовки; 05 —технологические процессы изготовления деталей и сборки; 06— изменения конструкций деталей и сборочных единиц;07— заказ на приоб­ретение (изготовление) средств технологического оснащения; 08 — конструктор­ская документация на средства технологического оснащения.

На этапе Обеспечения технологичности конструкций изделий, используя входную информацию (I1, I2, I3, I4).

Рабочая конструкторская документация (I1)на изделие включает в себя сборочные чертежи изделия и его сборочных единиц, специ­фикации, ведомость спецификаций, ведомость покупных изделий, чертежи деталей изделия, программы и методики испытаний, тех­ническое описание и инструкции по эксплуатации изделия.

При использовании систем автоматизированного проектирова­ния конструкций изделий (САПР К) информация об изделии и его элементах может импортироваться системой ТПП в наиболее удобных для применения формах. В частности, вместо сборочных чертежей и чертежей детали используют геометрическо-технологические модели изделия и его элементов, полученные в САПР К различными способами. Необходимые для формирования техно­логических решений данные в этом случае являются атрибутами (дополнительными характеристиками) моделей.

Конструкции заготовок (I2), используемых при производстве дета­лей изделия, могут быть разработаны в процессе ТПП предприя­тия, а сами заготовки изготовлены на данном предприятии. Одна­ко во многих случаях используют директивные заготовки. Их конст­рукции, как правило, разрабатывают на основании технического задания предприятия — изготовителя изделия. Основным конст­рукторским документом на директивную заготовку является ее чер­теж с техническими требованиями на изготовление. Конструкция директивной заготовки может быть далеко не оптимальной для ТПП изготавливаемой из нее детали. Обычно это происходит, когда предприятие — изготовитель заготовки не располагает технологиче­скими возможностями для удовлетворения требований техниче­ского задания, либо когда используется комплексная заготовка, предназначенная для изготовления на ее основе нескольких раз­личных деталей. В указанных случаях ТПП может существенно ус­ложниться.

Объем выпуска изделий (I3)определяет тип производства (единичный, серийный или массовый), уровень его автоматизации(механизированный, автоматизированный или автоматический) и базовый принцип организации (единичный, групповой, типовой, поточный и др.).

Информационное обеспечение (I4) ТПП может быть разделено на инвариантное функциям ТПП и функционально-ориентированное.

Инвариантное функциям ТПП информационное обеспечение включает в себя:

• данные об имеющемся технологическом оборудовании, ис­пользуемых технологических методах и процессах, производствен­ных площадях и их загрузке, технологической оснастке и других имеющихся в наличии ресурсах производства;

• текущие технико-экономические показатели предприятия и данные об экономической ситуации на рынке выпускаемой пред­приятием продукции;

• данные о реальных конструктивно-технологических парамет­рах поступивших заготовок и уже выпущенных изделий, получен­ные по результатам входного контроля заготовок и приемочного контроля изделий (например, опытной партии);

• оперативную информацию о ходе реализованных ТП, включа­ющую данные операционного контроля ТП или обрабатываемой заготовки после завершения определенной технологической опе­рации;

• общие методы принятия технологических решений и их опти­мизации.

Компонентами функционально-ориентированного информаци­онного обеспечения ТПП являются:

• правила выбора показателей обеспечения технологичности кон­струкций изделий, сборочных единиц — для функции обеспече­ния технологичности конструкции изделий;

• правила выбора вида, метода изготовления и конструирова­ния исходных заготовок — для функции выбора и подготовки за­готовок;

• правила разработки и применения ТП, выбора оборудования и других средств технологического оснащения — для функции раз­работки ТП;

• правила проектирования — для функции проектирования средств технологического оснащения;

• методы выявления причин отклонений хода ТП, методы и правила принятия и реализации технологических решений по лик­видации отклонений в ходе ТП — для функции контроля и управ­ления.

На каждом из последующих этапов ЖЦИ, см. рис. 1.1, используются та или иная входная информация и некоторые выходные данные предыдущих этапов.

Выходные данные системы ТПП,см. рис. 1.1,представляют в виде соответ­ствующих технологических и конструкторских документов. К основным выходным результа­там ТПП относят(О1, О2, О3, О4, О5, О6, О7, О8).

Модели (чертежи) изделий (деталей, сборочных единиц) (О1), от­работанных на технологичность, формируются в результате вы­полнения соответствующей функции ТПП.

Модель (чертеж) заго­товки (О2, О4) может быть разработана при выполнении функции выбора и подготовки заготовок, хотя это не является обязательной задачей ТПП (например, при ТПП, проводимой в механосборочных цехах машиностроительных предприятий). В последнем случае создают чертежи заготовок относительно несложных конструкций, не тре­бующих глубоких специальных знаний по их формообразованию. Конструкции сложных заготовок разрабатывают специализирован­ные службы ТПП заготовительных цехов. При ТПП, проводимой, например, в механосборочных цехах, разрабатывают только отно­сительно несложные ТП изготовления заготовок (как правило, из проката с использованием методов отрезки, правки, гибки и т.д.), используя при этом типовые ТП изготовления заготовок.

Заказ на изготовление заготовки в форме, принятой на данном предприятии, направляют в заготовительные подразделения или используют в качестве основы для составления технического за­дания на изготовление заготовки специализированным пред­приятием.

Технологические процессы (О3, О5)изготовления деталей и сборки пред­ставляют:

• технологическая документация на разработанные ТП изго­товления деталей;

• управляющие программы для оборудования с ЧПУ и сопро­водительная технологическая документация;

• технологическая документация на разработанные ТП сборки узлов и изделий.

Изготовление изделий машиностроения может быть осуществ­лено на основе единичных, типовых или групповых ТП.

Единичный ТП,как правило, разрабатывают индивидуально для конкретной детали. Его структуру и содержание технологиче­ских операций определяют на основании конструктивно-техноло­гических параметров детали и исходной заготовки, технологиче­ских возможностей и ресурсов производства.

Типовой ТПсоздают для группы изделий, обладающих общно­стью конструктивных признаков. В группе деталей выделяют типо­вую деталь. Под типом подразумевают совокупность объектов (за­готовок, сборочных единиц) одного класса, имеющих в опреде­ленных производственных условиях общий маршрутный ТП изго­товления (механической обработки и сборки).

Групповой ТПпредназначен для совместного изготовления или ремонта группы изделий различной конфигурации в конкретных условиях производства на специализированных рабочих местах. Главной технологической единицей групповой обработки являет­ся группа, в нее объединяют детали, характеризуемые общностью типов оборудования, необходимого для обработки заготовки в це­лом или отдельных ее поверхностей. Классы заготовок разделяют по видам обработки (токарная, сверлильная, фрезерная и т.п.), по видам заготовок.

Любой ТП можно рассматривать как целенаправленную систе­му, элементами которой являются технологические операции. Спи­сок технологических операций определяет состав ТП, а список основных технологических переходов — состав технологической операции. Структуру ТП определяет порядок выполнения техно­логических операций, а структуру технологической операции — порядок выполнения переходов.

Результаты разработки ТП представляют в технологической документации и оформляют в соответствии с требованиями стан­дартов ЕСТПП.

Содержание технологических операций представляют в форме маршрутного или операционного описания. Первое применяют в единичном и опытном производствах, второе — в массовом и се­рийном. Допускается использовать операционное (маршрутно-операционное) описание в единичном и массовом производствах. При записи содержания операции (перехода) допускается полная или сокращенная форма. Полную запись применяют при отсутствии графических изображений (например, при отсутствии карты эс­кизов) и для комплексного отражения всех действий, выполняе­мых исполнителем или исполнителями. Сокращенную запись при­меняют при наличии графических изображений, которые доста­точно полно отражают необходимую информацию по обработке или сборке изделия.

Стандартами предусмотрено около 25 видов технологических документов. Среди них:

• маршрутная карта (МК) — для описания единичных, типо­вых и групповых ТП и операций;

• карта эскизов (КЭ) — для графических изображений к доку­ментам и указания наладок, позиций, установок, таблиц и схем;

• карта технологического процесса (КТП) — для операционно­го описания при разработке единичных и типовых (групповых) ТП;

• операционная карта (ОК) — для описания единичных, типо­вых и групповых операций;

• ведомость технологических документов (ВТД) — для указа­ния состава деталей (сборочных единиц), обрабатываемых по ти­повому или групповому ТП, и документов, содержащих соответ­ствующую информацию;

• карта кодирования информации (ККИ) — для кодирования информации при разработке управляющих программ (применяет­ся совместно с МК, КЭ, КТП и ОК).

При использовании станков с ЧПУ по усмотрению разработ­чика технологической документации также применяют карту заказа на разработку управляющей программы (КЗ/П) и ведомость обрабатываемых на станках с ЧПУ деталей (ВОД). На специальные и стандартные приспособления и инструменты, необходимые для оснащения ТП изготовления деталей и сборки, составляют ведо­мость оснастки (ВО).

Кроме того, в состав технологической документации могут вхо­дить: комплектовочная карта (КК), ведомость операций (ВОП), ведомость сборки изделия (ВСИ), карта технологической инфор­мации (КТИ) и др.

Изменение конструкций деталей и сборочных единиц (О6). При разработке ТП изготовления деталей и сборки изделий могут быть выявлены конструкторские ошибки, несоответствия назна­ченных технических требований фактическим условиям изготов­ления и эксплуатации изделия; предложены новые варианты кон­структивных решений, повышающие технологичность изделия. Во всех указанных случаях технологи-разработчики могут вносить пред­ложения по изменениям конструкций деталей и сборочных еди­ниц в службу конструкторской подготовки. Если изменения при­нимаются, что требует иногда согласования с заказчиком изде­лия, то их в установленном стандартами порядке вносят в конст­рукторскую документацию. При невозможности внесения измене­ний в конструкцию службы конструкторской и технологической подготовки совместно находят компромиссное решение, позволя­ющее обеспечить выпуск изделия в соответствии с заданными тех­ническими требованиями.

Заказ на приоб­ретение (изготовление) средств технологического оснащения(О6, О7). При ТПП выбирают универсальные или проектируют специ­альные и специализированные средства технологического осна­щения (технологическую оснастку, режущий и вспомогательный инструмент, средства контроля и испытаний). Если средства вы­бирались, то оформляют заказ на поиск и (или) приобретение универсальных или специализированных средств, если они проек­тировались, то заказ представляют в форме технического задания на их изготовление. В последнем случае заказ сопровождается не­обходимой конструкторской документацией и прежде всего черте­жами и спецификациями спроектированных средств технологи­ческого оснащения.

Целью функции Контроля и управления ТП является обеспече­ние выходного качества изделий, изготавливаемых на основании разработок, полученных в результате ТПП. При реализации ука­занной функции осуществляют, во-первых, контроль качества раз­работок и прежде всего ТП, полученных в результате ТПП, при внедрении их в производство, и, во-вторых, систематический кон­троль хода ТП в установившемся производстве (контроль выпол­нения технических требований и принятия необходимых решений с целью их обеспечения).

Контроль качества разработанных ТП единичного производства и их приемку проводят на этапах изготовления и испытания первых образцов изделия. Контроль качества разработанных ТП серий­ного и массового производств и их приемку осуществляют на этапах изготовления и испытания установочной серии изделий, а также изготовления и испытания головной (контрольной) серии изделий.

При испытании установочной серии изделий определяют под­готовленность разработанного ТП к выпуску изделий в объеме, установленном для данного этапа, и возможности применения этого процесса для изготовления головной (контрольной) серии изде­лий. При испытании головной (контрольной) серии изделий про­веряют точность, стабильность и надежность полностью оснащен­ного ТП, качество и надежность изделий, изготовленных с при­менением данного ТП. В ходе выполнения указанной функции мож­но вносить предложения по изменению конструкций деталей и сборочных единиц с целью повышения их технологичности, а также по изменению ТП изготовления деталей и сборки. В случае приня­тия таких предложений, их, в установленном порядке, вносят в конструкторскую и технологическую документацию.

Представленная на рис. 1.2 структура ТПП отражает только ос­новные информационно-функциональные связи. В ходе практичес­кого выполнения ТПП могут возникать ситуации, требующие вза­имодействия таких функций, которые при штатном выполнении ТПП не предусмотрены. Так, при выполнении функции контроля и управления ТП может возникнуть необходимость изменения кон­струкций средств технологического оснащения (приспособлений, режущего инструмента и т. п.) или даже их замены. В этом случае предложения о необходимых изменениях поступают в службу проектирования средств технологического оснащения для их прак­тической реализации.

1.1.2. Автоматизация процесса принятия решений