1.4. Технологичность конструкции изделий

Технологичность конструкции изделий (ТКИ) рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных за­трат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ (ГОСТ 14.205 – 83). Из приведенного определения следует, что ТКИ – понятие относительное. Технологичность одного и того же изделия в зависимости от типа того производства, где оно изготавливается, и от конкретных производственных условий может быть различной.

Например, металлические отливки могут быть изготовлены литьем в кокиль или в песчано-глинистые формы. К отливкам, получаемым этими способами, предъявляются разные требования, которые необходимо учитывать при конструировании деталей. В крупносерийном и массовом производстве технологичны будут отливки, изготовленные литьем в кокиль, так как трудоем­кость и себестоимость изготовления деталей из этих отливок зна­чительно ниже, чем из отливок, полученных с использованием песчано-глинистых форм. В свою очередь, последние будут тех­нологичны в мелкосерийном и единичном производстве.

Основная задача обеспечения ТКИ заключается в достижении оптимальных трудовых, материальных и топливно-энергетических затрат на проектирование, подготовку производства, изготовление, монтаж вне предприятия-изготовителя, технологическое обслужи­вание (ТЛО), техническое обслуживание (ТО) и ремонт при обе­спечении прочих заданных показателей качества изделия в при­нятых условиях проведения работ.

Различают производственную, эксплуатационную и ремонт­ную технологичность.

Производственная ТКИ заключается в сокращении средств и времени на конструкторскую подготовку производства, техно­логическую подготовку производства, процессы изготовления, в том числе контроля и испытаний, монтаж вне предприятия-изготовителя.

Эксплуатационная ТКИ заключается в сокращении средств и времени на подготовку к использованию по назначению, техно­логическое и техническое обслуживание, текущий ремонт, утили­зацию.

Ремонтная технологичность заключается в сокращении средств и времени на все виды ремонта.

К главным факторам, определяющим требования к ТКИ относятся следую­щие:

· вид изделия, характеризующий главные конструктивные и тех­нологические признаки, обусловливающие основные требования к ТКИ;

· объем выпуска и тип производства, определяющие степень технологического оснащения, механизации и автоматизации тех­нологических процессов и специализацию всего производства.

Обеспечение ТКИ согласно ГОСТ 14.201 – 83  является функцией подготовки производства, предусматривающей взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптималь­ных трудовых и материальных затрат и сокращение времени на производство, в том числе монтаж вне предприятия-изготовителя, техническое обслуживание и ремонт изделия.

Оценка технологичности конструкции изделия может быть двух видов: качественной и количественной.

Качественная оценка характеризует технологичность конструкции обобщенно,  на основе опыта исполнителя. Качественная оценка при сравнении вариантов конструкции в процессе проекти­рования  изделия  предшествует  количественной  и  определяет целесообразность  последней.  Количественно  ТКИ  оценивается показателем, значение которого характеризует степень удовлетво­рения требованиям к технологичности конструкций.

Количественная оценка ТКИ производится с помощью системы, включающей следующие показатели:

· базовые (исходные) показатели технологичности, которые являются предельными нормативами технологичности, обязатель­ными для выполнения при разработке изделия; их указывают в техническом задании на разработку изделия или в отраслевых стандартах;

· показатели технологичности, достигнутые при разработке изделия;

· показатели уровня технологичности конструкции разрабаты­ваемого изделия.

Число показателей должно быть минимальным, но достаточ­ным для оценки технологичности.

ГОСТ 14.201 – 83 рекомендует перечень показателей техноло­гичности. В методических рекомендациях МР 186 – 85 приведены основные и вспомогательные показатели ТКИ и методика их опре­деления [16].

К основным показателям ТКИ относятся трудоемкость и себе­стоимость изготовления изделия, материалоемкость и энергоем­кость изделия.

Абсолютная трудоемкость изготовления изделияа) – это время, затраченное на изготовление, монтаж вне предприятия-изготовителя, ТЛО, ТО или ремонт изделия, выражается суммой нормо-часов, затраченных на технологические процессы, прове­денные в одной из сфер:

Та = SТi,

где Ti – трудоемкость изготовления любой i-й составной части в нормо-часах.

Уровень технологичности конструкции по трудоемкости определяется следующим образом:

Kут = Тби,

где Тси – достигнутая трудоемкость изготовле­ния изделия; Тби – базовый показатель трудоемкости изготовле­ния изделия.

Себестоимость изделияважный обобщающий показатель качества. Для оценки ТКИ пользуются показателем техно­логической себестоимости (Sт):

Sт = Sм + Sз + Sн. р,

где Sм – стоимость материалов, затраченных на изготовление изделия; Sз – заработная плата производственных рабочих с начислениями; Sн.р – накладные расходы, включающие расходы на энергию, потребляемую оборудованием, на ремонт и амортизацию оборудования, инструмента и приспособлений на смазочные, охлажда­ющие, обтирочные и другие материалы, предусмотренные про­цессом проведения работ.

Уровень технологичности конструкции по себестоимости определяется следующим образом:

Ку.с = Sт/Sб/т,

где Sт – достигнутая  технологическая себестои­мость; Sб.т – базовый показатель технологической себестоимости.

Материалоемкость изделия характеризует количество ма­териала, затраченного на производство изделия и его эксплуата­цию, определяемое в единицах массы. Материалоемкость изделия по сферам проявления подразделяют на производственную материалоемкость, ТЛО, ТО и ремонта.

Материалоемкость может характеризоваться удельной материалоемкостью (Ку.м):

Ку.м = М/Р,

где Мсухая масса из­делия; Рноминальное значение основного технического пара­метра (производительность, мощность и др.).

Коэффициентом применяемости материалапр.м.i) оценива­ется унификация материалов:

Kпр.м.i = Ni /N,

где Niнорма расхода данного (i-го) материала на изготовление изделия; N – норма расхода материалов на изготовление изделия.

Величину Ni можно определять не только для материалов определенной марки и профиля, но и для марок и видов профилей (заготовок) отдельно.

Сумма значений коэффициентов Кпр.мi для всех i-х материалов равна единице:

S Кпр.мi = 1.

Энергоемкость изделия характеризует количество топливно-энергетических ресурсов, затраченных на его изготовление, монтаж вне предприятия-изготовителя, ТЛО, ТО, ремонт или ути­лизацию.

В методических рекомендациях МР 186 – 85 приведены вспомогательные показатели ТКИ: коэффициенты точности, шероховатости, применения типовых тех­нологических процессов, унификации конструктивных элементов и др. [16].

Выбор базовых показателей ТКИ является исходным этапом для отработки конструкции изделия на технологичность. Для определения базовых показателей за основу принимают статисти­ческие данные о ранее созданных конструкциях, имеющих общие конструкторско-технологические признаки с проектируемой кон­струкцией, данные аналогов или типовых представителей.

При инженерно-расчетном методе оценки ТКИ определяют и сопоставляют значения показателя технологичности проектируе­мого изделия (К)  и соответствующего базового показателя (Кб) [25].

Технологичность конструкции изделий обеспечивается следующими мероприятиями:

· отработкой конструкции на технологичность на всех стадиях разработки изделия, при технологической подготовке производства и (в  обоснованных случаях) при изготовлении изделия;

· совершенствованием условий выполнения  работ при  производстве, эксплуатации и ремонте изделий и фиксации принятых решений в технологической документации;

· количественной оценкой технологичности конструкции изделий;

· технологическим контролем конструкторской документации;

· подготовкой и внесением изменений в конструкторскую документацию по результатам технологического контроля по ГОСТ 2.121 – 73, обеспечивающих достижение базовых значений показателей технологичности.

При проведении отработки конструкции изделия на технологичность всесторонне учитывают многие факторы, среди которых выделяют наиболее значимые.


Прежде всего, необходимо учитывать вид изделия, степень его новизны и сложности, его перспективность и объем выпуска. В центре внимания разработчиков должны быть условия  изготовления, технического обслуживания  и ремонта, монтажа вне предприятия-изготовителя.

Конструктивная и технологическая преемственность (ГОСТ 14.004 – 83) является одним из главных принципов наиболее целесообразной подготовки производства. Применение этого принципа позволяет максимально использовать все лучшее, что создано в процессе научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических разработок, освоено в производственных условиях  и  всесторонне проверено в эксплуатации.  Известно, например, что при конструировании новых изделий машиностроения и приборостроения до 80 % конструктивных решений перехо­дит от изделия к изделию.

В ГОСТ 14.201 – 83 приведены комплексы работ:

· по снижению трудоемкости и себестоимости изготовления изделия и его мон­тажа вне предприятия-изготовителя;

· по снижению трудоемкости, стоимости и  продолжительности технического обслуживания  и ремонта изделия;

· по снижению материалоемкости изделия.

К ним относятся: повышение серийности изделия и его составных частей при изготовлении (обработке, сборке, испытании) посредством стандартизации, унификации и обеспечения конструкторского подобия, применения высокопроизводительных и малоотходных технологических решений, основанных на типизации процессов и других прогрессивных формах их организации; применение вы­сокопроизводительных стандартных средств технологического оснащения, обеспечивающих оптимальный уровень механизации и автоматизации труда в производстве; применение рациональных сортаментов и марок материалов, рациональных способов полу­чения заготовок, методов и режимов упрочнения деталей и др.

Конструкция детали должна удовлетворять требова­ниям, предъявляемым к изготовлению, эксплуатации и ремонту с помощью наиболее производительных и экономичных методов. Ее следует отрабатывать на технологичность ком­плексно, учитывая зави­симость технологичности от следующих факторов:

· исходной заготовки дета­ли;

· вида обработки в тех­нологическом процессе из­готовления;

· технологич­ности сборочной единицы, в которую эта деталь входит как составная часть.

Сформулированные тре­бования позволяют выде­лить основные общие по­ложения, которые необхо­димо учитывать при кон­струировании деталей ма­шин. Конструкция детали должна быть простой по конфигурации, должна состоять из стандартных и унифицированных конструктив­ных элементов или быть стандартной в целом. Необходимо преду­сматривать надежные технологические базы, обеспечивать необхо­димую жесткость. Конструкция должна быть такой, чтобы для ее изготовления можно было применять высокопроизводительные методы обработки.

Отработка конструкции изделия на технологичность должна на основе достижения технологической рациональ­ности и оптимальной конструктивной и технологической преемст­венности конструкции изделия обеспечивать решение следующих основных задач:

· снижения трудоемкости и себестоимости изготовления из­делия и его монтажа вне предприятия-изготовителя;

· снижения трудоемкости, стоимости и продолжительности технического об­служивания и ремонта изделия;

· снижения важнейших составляю­щих общей материалоемкости изделия – расхода металла и топ­ливно-энергетических ресурсов при изготовлении, монтаже вне предприятия-изготовителя, техническом обслуживании и ре­монте.

Вид заготовки в значительной степени определяет технологический процесс механической обработки детали и ее трудоемкость. Поэтому выбор вида заготовки имеет исключительное значение. Рациональный способ получения заготовки устанавливают в зависимости от объема выпуска и типа производства. Заготовка по форме и размерам должна приближаться к форме и размерам го­товой детали. Это способствует снижению объема механической обработки, трудоемкости и себестоимости изготовления детали. Пример конструктивного решения загото­вки приведен на рис. 1.6.

Допустимые отклонения размеров деталей машин, их геометри­ческой формы, взаимного расположения, параметров шерохова­тости поверхностей устанавливают в соответствии с требованиями  к надежности машин в эксплуатации. Изменение указанных откло­нений существенно влияет на трудоемкость и технологическую себестоимость. Это необходимо учитывать при конструировании деталей машин (рис. 1.7).

Если в конструкции изделия предусмотрены отверстия, необ­ходимо учитывать следующее: производительная обработка отверстий сверлением в значи­тельной степени определяется нормальными условиями врезания и выхода сверла после окончания процесса резания (рис. 1.8, 1.9)

Приведенные примеры являются лишь частичными рекомендациями по рациональному выбору конструктивных решений отдельных элементов деталей машин. При окончательном выборе конструкции детали проектировщик совместно с технологом должен учитывать особенности различных методов обработки и конкретные возможности производства. В общем случае конструкция детали должна обеспечивать возможность применения прогрессивных технологических про­цессов ее изготовления, в том числе типовых и групповых, «без­людных», энергосберегающих, малоотходных.

При необходимости конструкция деталей должна быть такой, чтобы их можно было изготавливать на станках с ЧПУ, с примене­нием роботов, быстросменных и групповых наладок, а также в условиях гибкой производственной системы (ГПС). Технологичность конструкций сборочных единиц обеспечивается в комплексе с изделием, в которое данная сборочная единица входит как составная часть. Рациональное число деталей в сборочной единице должно быть выбрано с учетом целесообраз­ного объединения нескольких деталей в одну и принципа агрегатирования и должно обеспечивать простейшую схему сборки.

Следует предусматривать разделение изделия на самостоятель­ные сборочные единицы, допускающие независимую сборку, контроль и испытание. Это позволит производить параллельную сборку отдельных сборочных единиц и, тем самым, сократить произ­водственный цикл сборки изделия.

Особое внимание следует уде­лять компоновке сборочных единиц из стандартных и унифи­цированных частей, что приводит к увеличению серийности и, как следствие, – к снижению трудоемкости их изготовления. В компоновке сборочной единицы следует предусматривать возможность общей сборки без промежуточной разборки и пов­торных сборок составных частей, а также простоту замены со­ставных частей с малым ресурсом.

Конструкция сборочной единицы должна обеспечивать удоб­ные сборочные работы с применением экономически целесообраз­ных средств технологического оснащения, применение средств механизации и автоматизации.

В конструкции сборочной единицы необходимо выделить базовую составную часть – основу для расположения остальных частей. Конструкция этой части должна быть такой, чтобы ее было удобно устанавливать на рабочем месте и чтобы можно было использовать конструкторские базы в качестве технологических и измерительных.

Следует стремиться к минимальному числу поверхностей и мест соединений составных частей. Конструкция соединения со­ставных частей должна исключать дополнительную обработку. Выбор метода сборки для данного объема выпуска и типа произ­водства следует производить на основе расчета и анализа размер­ных цепей.