Подготовка производства изделий машиностроения

Изделиемв машиностроении называют предмет производства, подлежащий изготовлению на предприятии.

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).

На этапе маркетинга анализируют 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.

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 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), виду (литейное, сварочное, механосборочное и т.д.), уровню автоматизации (неавтоматизированное, автоматизированное и автоматическое), 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).

Каждый из послепроизводственных этапов ЖЦИ 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».

Рисунок 1.1 – Структура ЖЦИ машиностроения

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.

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 ПТЦ (рис. 1.2) связано с принятием и реализацией технологических решений.

Технологическимназывают любое решение, принимаемое и реализующееся в ПТЦ, 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.

Основными функциями ТПП на уровне предприятия являются (рис. 1.3):

· обеспечение технологичности конструкций изделий;

· выбор и подготовка заготовок;

· разработка ТП;

· проектирование средств технологического оснащения;

· контроль и управление ТП.

Входную информацию для системы ТППобразуют: рабочая конструкторская документация на изделие и директивную заготовку (заготовку детали, поступившую к изготовителю изделия с другого предприятия, например, специализирующегося только на выпуске заготовок), объем выпуска изделия, информационное обеспечение. На рис. 1.3 и далее при рассмотрении структуры ТППвходная информация помечена символом «I», выходная – символом «О».

Рабочая конструкторская документация 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.

Сборочный чертеж – графическое изображение изделия, отвечающего техническому заданию, позволяющее оценить соответствие конструкции следующим требованиям и показателям: работоспо­собности, технического уровня, безопасности работы, удобства обслуживания, возможности и простоты ремонта, монтажа и демонтажа изделия.

Чертеж детали – основной конструкторский документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля (требования к точности размеров, форме, взаимному расположению поверхностей, шероховатости, сведения о материале и др.). Информация, содержащаяся на чертеже детали, при наличии данных о конкретных условиях производства должна быть достаточной для принятия технологических решений, например, оценки возможности изготовления детали на универсальном или специальном оборудовании, выборе режущего инструмента и т.д.

При использовании систем автоматизированного проектирования конструкций изделий (САПР К) информация об изделии и его элементах может импортироваться системой ТППв 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.

Рисунок 1.3 – Общая структура системы ТПП:

I1 – рабочая конструкторская документация на изделие; I2 – рабочая конструкторская документация на директивную заготовку; I3 – объем выпуска изделий; I4 – информационное обеспечение; О1 – модели (чертежи) изделий, отработанных на технологичность; О2 – разработанная модель (чертеж) заготовки; О3 – типовой технологический процесс изготовления заготовки; О4 – заказ на изготовление заготовки; О5 – технологические процессы изготовления деталей и сборки; О6 – изменения конструкций деталей и сборочных единиц; О7 – заказ на приобретение (изготовление) средств технологического оснащения; О8 – конструкторская документация на средства технологического оснащения

Конструкции заготовок, используемых при производстве деталей изделия, могут быть разработаны в процессе ТППпредприя­тия, 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 ТППможет существенно усложниться.

Информационное обеспечение ТППможет быть разделено на инвариантное функциям ТППи функционально-ориентированное.

Инвариантное функциям ТППинформационное 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 ТПили 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.

Выходные данные системы ТПП представляют в виде соответ­ствующих технологических и конструкторских документов или из­менений указанных документов. К основным выходным результа­там ТПП относят:

· модели (чертежи) изделий (деталей, сборочных единиц), отработанных на технологичность;

· модель/чертеж заготовки (разработанная);

· типовой ТП изготовления заготовки;

· заказ на изготовление заготовки;

· ТП изготовления деталей и сборки;

· изменения конструкций деталей и сборочных единиц;

· заказ на приобретение (изготовление) средств технологическо­го оснащения;

· конструкторскую документацию на средства технологическо­го оснащения;

· изменения ТП изготовления деталей и сборки.

Модели (чертежи) изделий (деталей, сборочных единиц), отработанных на технологичность, формируются в результате вы­полнения соответствующей функции ТПП. Модель (чертеж) заго­товки 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 за­ной на изготовление заготовки специализированным пред­приятием.

Технологические процессы 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 ТП создают 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). Общий маршрут­ный ТП – это процесс, осуществляемый одинаковыми методами (однородное оборудование, одинаковое число установок, приспо­соблений и инструментов). В пределах типа допускаются некото­рые отклонения в порядке изготовления (обработки, сборки). Воз­можны исключения или добавления некоторых нехарактерных пе­реходов и даже операций.

В результате анализа множества действующих и возможных ТП изготовления изделия-представителя устанавливают содержание и последовательность большинства технологических операций для данной группы изделий (типовой ТП). Разработку типовых ТП осу­ществляют на отраслевом уровне, а также на уровне предприятия в соответствии с общими правилами разработки ТП и правилами разработки и применения типовых ТП.

Групповой ТП предназначен 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.

Групповую технологическую операцию разрабатывают для выполнения технологически однородных работ при изготовлении группы изделий на специализированном рабочем месте при воз­можности частичной подналадки средств технологического осна­щения. Групповая технологическая операция может быть разрабо­тана и применена как составная часть группового ТП (маршрута), либо как однооперационный групповой ТП (отдельная групповая операция). Групповые ТП разрабатывают для всех типов про­изводства только на уровне предприятия в соответствии со стан­дартами.

Принципиальное отличие между типовыми и групповыми про­цессами заключается в следующем: типовая технология характе­ризуется общностью технологического маршрута, а групповая – общностью оборудования и оснастки, необходимых для выполне­ния определенной операции или полного изготовления детали. Типовые и групповые ТП называют процессами-аналогами.

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.

Для ТП изготовления деталей характерна линейно-последова­тельная структура. Каждая операция выполняется в строго опреде­ленном месте ТП и не может быть выполнена, пока не выполнена смежно-предшествующая операция. Такая структура ТП изготов­ления деталей позволяет при необходимости, например, в круп­носерийном и массовом производствах, устанавливать технологи­ческое оборудование по «ходу» ТП и применять непрерывно- или переменно-поточный методы работы.

Состав и структура ТП сборки зависят от сложности собирае­мого объекта (предмета производства) и его технологической струк­туры. Для относительно простых объектов – сборочных единиц, которые можно изготовить при выполнении лишь ТП общей сбор­ки, рассматриваемые процессы имеют линейно-последовательную структуру, как и процессы несложной узловой сборки, рассмат­риваемые отдельно. Вместе с тем, ТП сборки машин, представляе­мые совокупностью процессов узловой и общей сборки, могут иметь сложные древовидные структуры.

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 предусмотрены следующие виды технологических документов:

· 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;

· карта типового ТП (КТТП) – для операционного описания
типовых ТП;

· операционная карта (ОК) – для описания единичных, типо­вых и групповых операций;

· ведомость деталей (сборочных единиц) к типовому (групповому) ТП (ВТП) или операции (ВТО) – для указания перемен­ной информации к типовому или групповому ТП (групповой или
типовой операции) по каждой детали (сборочной единице), вхо­дящей в соответствующий ТП или операцию;

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

· карта наладки инструмента (КН/И) – для указания полного
состава вспомогательного и режущего инструмента в технологи­ческой последовательности его применения совместно с докумен­том, содержащим описание операции (МК, КТП, ОК);

· 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).

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.

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 кон­нойя 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 ceрийного 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 конструкторскую и технологическую документацию.

Представленная на рис. 1.3 структура ТПП отражает только ионные 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.