Организация технологической подготовки производства

Задачи и содержание единой системы технологической подготовки производства

Технологическая подготовка производства (ТПП) пред­ставляет собой совокупность мероприятий, обеспечиваю­щих технологическую готовность производства, т. е. нали­чие на предприятии полных комплектов конструкторской и технологической документации и средств технологическо­го оснащения, необходимых для выпуска заданного объема продукции с установленными технико-экономическими по­казателями. Эта одна из важнейших стадий системы СОНТ весьма значительна по объему и сложности. Так, трудоем­кость технологической подготовки по отношению к общей трудоемкости технического проекта изделия в единичном производстве составляет 20-25%, в серийном - 50-55%, а в крупносерийном и массовом - 60-70%. Это связано с тем, что если двигаться от единичного производства к серийно­му и далее к массовому, то степень технологической осна­щенности возрастает, а, следовательно, увеличивается и объем работ по ТПП.

Технологическая подготовка производства на предпри­ятии выполняется отделами главного технолога, главного металлурга, а также технологическими бюро основных це­хов, в ведении которых находятся литейные, кузнечные, ме­ханические и сборочные цехи. Материальной базой для них служат инструментальный и модельный цехи, технологичес­кие лаборатории, опытное производство.

До начала работ по ТПП, как правило, проводится техноло­гический контроль чертежей, который необходим для анализа и проверки запроектированных изделий (деталей) на техно­логичность их конструкций, правильность назначения классов точности обработки, рациональность схем сборки и т. д.

Основными этапами ТПП являются:

1) разработка техноло­гических процессов;

2) проектирование технологической осна­стки и нестандартного оборудования;

3) изготовление средств технологического оснащения (оснастки и нестандартного обо­рудования);

4) выверка и отладка запроектированной техноло­гии и изготовленного технологического оснащения.

На первом этапе осуществляют выбор рациональных спо­собов изготовления деталей и сборочных единиц, разработку новых технологических процессов. Эта работа выполняется на основе: чертежей на вновь спроектированное изделие; ГОС­Тов, отраслевых и заводских стандартов на материалы, инст­румент, а также на допуски и припуски; справочников и норма­тивных таблиц для выбора режимов резанья; планируемых размеров выпуска изделий.

Содержание работ по проектированию технологических процессов складывается из следующих элементов: выбора вида заготовок; разработки межцеховых маршрутов; опреде­ления последовательности и содержания технологических операций; определения, выбора и заказа средств технологи­ческого оснащения; установления порядка, методов и средств технического контроля качества; назначения и расчета режи­мов резания; технического нормирования операций производ­ственного процесса; определения профессий и квалификации исполнителей; организации производственных участков (по­точных линий); формирования рабочей документации на тех­нологические процессы в соответствии с ЕСТП.

На втором этапе ТПП, во-первых, проектируют конструк­ции моделей, штампов, приспособлений, специального инст­румента и нестандартного оборудования, а во-вторых, разра­батывают технологический процесс изготовления технологи­ческого оснащения, который должен быть достаточно универсальным, но в то же время прогрессивным, совершенным и обеспечивающим высокое качество изготовляемых деталей.

Разработка конструкций технологической оснастки осуще­ствляется конструкторскими бюро по оснастке и инструменту в тесной взаимосвязи с технологами, которые проектируют технологические процессы обработки деталей нового изделия.

На третьем этапе ТПП изготавливают всю оснастку и не­стандартное оборудование. Это наиболее трудоемкая часть технологической подготовки (60 - 80 % труда и средств от об­щего объема ТПП). Поэтому, как правило, эти работы прово­дят постепенно, ограничиваясь вначале минимально необхо­димой оснасткой первой необходимости, а затем повышая степень оснащенности и механизации производственного процесса до максимальных экономически оправданных пре­делов. На этом этапе осуществляют перепланировку (если это необходимо) действующего оборудования, монтаж и опробо­вание нового и нестандартного оборудования и оснастки, по­точных линий и участков обработки и сборки изделий.

На четвертом этапе ТПП выверяют и отлаживают запроек­тированную технологию; окончательно отрабатывают детали и узлы (блоки) на технологичность: выверяют пригодность и рациональность спроектированной оснастки и нестандартно­го оборудования, удобство разборки и сборки изделия; уста­навливают правильную последовательность выполнения этих работ; проводят хронометраж механообрабатывающих и сбо­рочных операций и окончательно оформляют всю технологи­ческую документацию.

Технологическая документация для различных типов про­изводства (единичного, серийного и массового) отличается глубиной разработки технологических процессов и степенью их детализации. Сначала разрабатываются маршрутные меж­цеховые карты на технологические процессы изготовления деталей и сборочных единиц. Маршрутные карты указывают последовательность прохождения заготовок, деталей или сбо­рочных единиц по цехам и производственным участкам пред­приятия. Для изготовления деталей и сборки изделия в еди­ничном или мелкосерийном производствах достаточно иметь конструкторскую документацию, маршрутное или маршрутно- операционное описание технологического процесса либо пе­речень полного состава технологических операций без указа­ния переходов и технологических режимов. Для серийного и массового производств кроме маршрутной технологии разра­батывается технологический процесс с операционным описа­нием формообразования, обработки и сборки. При этом для единичных технологических процессов разрабатывается опе­рационная технологическая карта, для типовых (групповых) технологических процессов - карта типовой (групповой) опе­рации. В них указываются все переходы по данной конкрет­ной операции и способы выполнения каждого, технологичес­кие режимы, данные о средствах технологического оснаще­ния, материалах и затратах труда. Обычно в операционных кар­тах помещают эскизные чертежи, изображающие детали или части деталей и содержащие те размеры и указания на обра­ботку, которые необходимы для выполнения данной операции (способ закрепления деталей на станке, расположение инст­румента, приспособление и др.).

Кроме того, для определенных изделий разрабатываются карты типовых технологических процессов нанесения элект­ролитических покрытий, химической обработки, нанесения лакокрасочных покрытий, ведомости удельных норм расхода растворителей, анодов, химикатов, ведомости подетальных отходов и другие документы.

Исходная информация для разработки технологических процессов может быть базовой, руководящей и справочной. Базовая информация включает наименование объекта, а так­же данные, содержащиеся в конструкторской документации. Руководящая информация - это отраслевые и заводские стандарты, устанавливающие требования к технологическим процессам, оборудованию, оснастке, документация на дей­ствующие типовые и групповые технологические процессы, производственные инструкции, документация для выбора нормативов по технике безопасности и промышленной сани­тарии. Справочная информация включает документацию опытного производства, описания прогрессивных методов изготовления, каталоги, справочники, альбомы компоновок, планировок и др.

Автоматизация технологической подготовки производства

Одним из решающих направлений совершенствования ТПП является создание и эффективное использование автомати­зированных систем, основанных на широком использовании ЭВМ.

Автоматизированная система технологической подготов­ки производства (АСТПП) является подсистемой АСУП (авто­матизированной системы управления предприятием) и состо­ит из функциональных подсистем более низкого уровня, вы­деленных в соответствии с задачами, решаемыми в процессе ТПП: системы автоматизированного проектирования техноло­гических процессов (САПРТП), системы автоматизированно­го проектирования технологического оснащения (САПРТО), системы автоматизированного проектирования производ­ственных подразделений (САПРОП) и системы управления тех­нологической подготовки производства (АСУТПП).

В системе автоматизированного проектирования форма­лизация процессов выбора и проектирования технологии, ос­нащения и способов организации производства выполняется инженерами - специалистами в области использования средств вычислительной техники и автоматизации проектиро­вания. В зависимости от уровня автоматизации проектных paбот различают системы с частичной автоматизацией, автома­тизированные системы, решающие более комплексные зада­чи ТПП, автоматические, а также самонастраивающиеся и са­моорганизующиеся системы высокого уровня.

В САПР с частичной автоматизацией решаются отдельные задачи, например, составление операционных карт, расчет норм штучного времени выполнения операций и др. В автоматизи­рованных системах решаются задачи применительно к опреде­ленному классу изделий, деталей, технологических процессов, видов оснащения. Например, разрабатывается технология из­готовления тел вращения, выбираются средства технологичес­кого оснащения, проектируются участки, линии и т. д.

Автоматизированные системы являются частью интегри­рованных производственных систем, осуществляющих комплексную подготовку производства изделий для изготовления их на высокоорганизованных производственных системах типа ГПС. Самонастраивающиеся и самоорганизующиеся системы могут отслеживать изменение условий производства, коррек­тируя методы решения задач. Участие человека в этих систе­мах сводится к минимуму.

АСТПП - сложная по структуре и функционированию ки­бернетическая система, находящаяся в постоянном движе­нии, реагирующая на изменение данных, поступающих в про­цессе проектирования от других подсистем, производствен­ных и других подразделений, вырабатывающая ответные дей­ствия, в результате которых либо сохраняется стабильность существующего положения, либо определяется вариант от­ветного действия.

Обмен информации между системами происходите помо­щью прямых и обратных связей. В процессе передачи по ка­налам связи информация может принимать различные фор­мы, быть представленной на различных носителях.

Обеспечение АСТПП необходимой информацией органи­зуется с использованием информационно-поисковой систе­мы (ИПС), которая в зависимости от уровня автоматизации системы проектирования может быть полумеханизированной, механизированной, использующей сортировочные устройства электромеханического типа, или автоматизированной с ис­пользованием ЭВМ различного типа, допускающих работу в диалоговом режиме. Применение разработанных ранее тех­нических решений, найденных с помощью ИПС, позволяет сни­зить трудоемкость проектирования на 20 - 50% в зависимос­ти от степени новизны разрабатываемых изделий и техноло­гических процессов.

Автоматизированное проектирование ТПП представляет собой развернутый и сложный процесс переработки информа­ции разнообразного вида, формы и содержания. Основной це­лью создания АСТПП является ускорение и совершенствование процессов технологического проектирования за счет автома­тизации и механизации с помощью вычислительной техники ряда сложных и трудоемких процессов проектирования, под­дающихся формальному алгоритмическому описанию.

Разработка и внедрение АСТПП, с одной стороны, требуют наличия развитых стандартизации и унификации конструктив­ных элементов, типизации и нормализации технологических процессов и оснащения, вычислительной техники и ее мате­матического и программного обеспечения, а с другой - АСТПП стимулирует деятельность научных и проектных организаций в этом направлении и способствует повышению качества тех­нологического проектирования, а также унификации техничес­ких решений.

Эффективность функционирования АСТПП определяется качеством построения и использования единого банка данных технологического назначения, порядком формирования и со­ставом документации. Как правило, банк данных АСТПП содер­жит четыре группы документов:

• конструкторско-технологические характеристики проек­тируемых изделий, определяющих специализацию предпри­ятия, параметры деталей, сборочных единиц, изделия в целом;

• эксплуатационно-технические характеристики оборудо­вания и технологической оснастки, применяемых на предпри­ятии или находящихся в стадиях проектирования;

• организационно-технологическая документация, включа­ющая технологические маршруты, операционные карты, тех­нологические процессы изготовления деталей, сборки изде­лий, конструкторские и технологические спецификации, про­екты линий, участков, производств;

• нормативно-справочная документация, регламентирую­щая содержание, порядок работ в ТПП, требования, предъяв­ленные к ним государственными и отраслевыми стандартами, нормативной документацией предприятия.

Завершающей стадией в АСТПП является подготовка тех­нологической и проектной документации для освоения выпус­ка новой техники. В связи с автоматизацией работ меняется и носитель информации. По мере совершенствования АСТПП сокращается доля традиционных форм конструкторской, тех­нологической, организационно-экономической и производ­ственной информации. Возрастает доля информации на ма­шинных носителях, магнитных лентах, дисках и др. В этом слу­чае результаты проектирования технологии представляются в виде операционных карт, результаты синтеза траекторий дви­жения инструментов - в виде расчетно-технологических карт, результаты проектирования средств технологического осна­щения - в виде рабочих чертежей и конструкторских специ­фикаций, полученных на ЭВМ, графопостроителях и чертежно-графических автоматах только для осуществления конт­рольных функций.

Экономический эффект при автоматизированном проекти­ровании достигается как за счет снижения трудоемкости са­мого процесса проектирования, так и за счет использования резервов в технологических процессах, таких как повышение качества изделий, уменьшение расхода инструментов, умень­шение отходов и т. п., а также за счет оптимизации принимае­мых решений, таких как оптимизация раскроя материала, оп­тимизация режимов резания, оптимизация распределения припусков.

Экономический эффект АСТПП определяется путем сопо­ставления затрат на создание системы (Кс) и годовых эксплу­атационных затрат на работы по ТПП до внедрения АСТПП (S1) и после внедрения (S2). Экономический эффект может быть определен за счет сокращения цикла СОНТ и в сфере произ­водства за счет повышения качества продукции и снижения ее себестоимости.

Организационно-экономические пути ускорения технологической подготовки производства

Одним из направлений сокращения трудоемкости и про­должительности ТПП является использование технологичес­кой унификации и стандартизации. К основным ее направле­ниям относятся: типизация и нормализация технологических процессов; унификация технологической документации; груп­повые методы обработки деталей; унификация оборудования и технологической оснастки.

Под типизацией технологических процессов (ТТП) понима­ется система их рациональной разработки, основанной на со здании групп конструктивно-технологически подобных дета­лей или сборочных единиц. Наибольшее распространение ТТП получила при разработке технологических процессов механообработки.

ТТП обеспечивает: упорядочение существующей техноло­гии; внедрение прогрессивных методов обработки и сборки; использование высокопроизводительной, быстропереналаживаемой оснастки и оборудования; использование принципов поточного производства в организации производственных процессов серийного и мелкосерийного производств; внедре­ние гибкого автоматизированного производства; значитель­ное снижение трудоемкости разработки технологических про­цессов, а вместе с тем и сокращение сроков ТТП.

Работы по ТТП осуществляются в два этапа.

Первый этап - классификация деталей в группы конструк­тивно-технологического подобия и выбор типового предста­вителя каждой группы. Подбор деталей в такие группы осуще­ствляется по следующим признакам: близкие по конструктив­ному оформлению при одинаковых требованиях к точности и чистоте обработки поверхностей, одинаковой последователь­ности операций, однотипном использовании оборудования и оснастки.

Формирование таких групп, как правило, осуществляет­ся на основе разработанного конструктивно-технологическо­го классификатора деталей, при котором детали предвари­тельно группируются в классы по признаку служебного назна­чения, классы делятся на подклассы по конструктивным фор­мам деталей, что обусловливает подобие их технологичес­ких маршрутов и идентичность применяемой оснастки. Даль­нейшее разделение на группы (по признаку общности мате­риала) обеспечивает унификацию технологического маршру­та их обработки. И, наконец, все детали группируются по ти­пам в соответствии с требованиями точности их обработки. Из каждой типовой группы деталей выбирается конкретная деталь, имеющая наибольшее число обрабатываемых повер­хностей и наибольшую трудоемкость изготовления. Эта де­таль принимается в качестве базовой для разработки техно­логии.

Второй этап - разработка технологического процесса на ба­зовую деталь, который утверждается как типовой для данной группы. Кроме необходимых сведений для изготовления базо­вой детали ТТП содержит указание о методах обработки всех деталей данной группы в виде полного перечня и последователь­ности операций и переходов обработки деталей данного типа.

ТТП сборки осуществляется с помощью типовых техноло­гических схем, определяющих структуру технологического процесса в виде перечня типовых операций и последователь­ности их выполнения.

Нормализация технологических процессов (НТП) дополняет ТТП. В распоряжении технологов имеются технологические нор­мали на используемые исходные материалы (сплавы, марки, профили и др.), режимы и методы обработки (плавки, заливки, нагрева под ковку, штамповку, термообработку), геометричес­кие элементы конструкций (радиусы закруглений, углы и др.), припуски, допуски, уклоны на штамповке и др.

Групповые методы обработки деталей аналогично ТТП ба­зируются на классификации деталей по группам по тем же признакам конструктивно-технологического подобия. Однако групповой технологический процесс разрабатывается не на конкретную базовую деталь, а на комплексную деталь, кото­рая включает в себя все элементарные поверхности деталей, входящих в группу. Обработка данной группы деталей осуще­ствляется с помощью групповой оснастки станка, настроен­ной на изготовление комплексной детали.

Унификация технологической документации приводит к сокращению общего количества документов, облегчению тру­да технологов при подготовке производств и внесении изменений в действующие процессы. К числу основных унифици­рованных документов, используемых при разработке ТТП, от­носятся карты типовых представителей, операционные техно­логические карты, сводные карты ТТП, операционные карты групповой обработки, сводные карты групповых процессов.

Унификация оборудования и технологической оснастки позволяет использовать ее при смене объектов производства, повысить коэффициент загрузки оснастки и ее эффективность, предоставляя возможность вести обработку деталей больши­ми партиями. Стандартизация оснастки существенно умень­шает затраты времени и средств на ее проектирование, со­кращает цикл ее изготовления, является предпосылкой спе­циализации производства, что приводит к сокращению затрат на оснащение.

Наибольшее распространение на предприятиях получили такие системы унифицированной оснастки, как сборно-раз­борные, универсально-сборные, универсально-наладочные приспособления, универсальная безнападочная, неразборная специальная, специализированная наладочная.

Сборно-разборная оснастка (СРО) состоит из стандартных фиксирующих, зажимных, крепежных и специальных деталей; при перекомпоновке на новое изделие возможна доработка стандартных элементов. СРО представляет собой обратимую специальную оснастку долгосрочного применения. Она при­меняется для обработки одной или нескольких деталей, а так­же пригодна для условий крупносерийного производства.

Универсально-сборная оснастка (УСО) собирается из стан­дартных деталей и узлов многократного использования, изго­товленных с высокой степенью точности. Используется для сверлильных, токарных, фрезерных, расточных, шлифоваль­ных, сварочных, штамповочных и других операций. Компонов­ки УСО после обработки данной партии деталей разбирают­ся, детали и узлы используются для сборки других приспособ­лений и повторных компоновок. Недостатком этого вида ос­настки является высокая стоимость набора компоновочных элементов и пониженная жесткость приспособлений. Применяется преимущественно на заводах опытного, единичного! мелкосерийного и серийного производства.

Универсально-наладочные приспособления (УНП) имеют базовую оригинальную деталь и сменные наладки. Базовая деталь используется многократно, а сменные элементы пред­приятия изготовляют в соответствии с конфигурацией обра­батываемых деталей. Примером УНП являются универсально-наладочные тиски, патрон со сменными кулачками и др. К не­достаткам УНП можно отнести замену сменных наладок рань­ше их полного износа в связи с обычно возникающей необхо­димостью переходить на выпуск новых изделий. УНП приме­няются в соответствии с классификацией обрабатываемых деталей и с внедрением ТТП.

Универсальная безналадочная оснастка (УБО) использует­ся для многократной и долговременной установки различных по форме и размерам заготовок, обрабатываемых на универ­сальных металлорежущих станках. Преимущества этой осна­стки: небольшие сроки и затраты на проектирование и изго­товление, разнообразие деталей, для которых они могут ис­пользоваться, возможность использовать их до полного изно­са. Основным недостатком УБО является невысокая произво­дительность из-за необходимости постоянно выверять точ­ность установки заготовок.

Неразборная специальная оснастка (НСО) долгосрочного применения используется для одной, как правило, деталеоперации в крупносерийном и массовом производствах. К дос­тоинствам НСО можно отнести высокую производительность, так как не требуется выверять детали, размеры получаются автоматически, обеспечивается высокое качество. Ее недо­статки - большие сроки и стоимость проектирования и изго­товления, невозможность использования при смене изделий, т. е. ухудшение гибкости производства.

Специализированная наладочная оснастка (СНО) исполь­зуется для деталей, близких по конструктивно-технологичес­ким признакам, имеющих общие базовые поверхности и оди­наковый характер обработки. Эта оснастка состоит из базо­вого агрегата и наладки. Она допускает регулирование эле­ментов или замену специальной наладки. Детали в этом слу­чае обрабатываются по единому групповому или типовому тех­нологическому процессу.

Технико-экономический анализ и обоснование выбора ресурсосберегающего технологического процесса

Рассмотрев варианты технологических процессов, обеспе­чивающих примерно одинаковое качество изделий, соответ­ствующее требованиям технического задания, технолог обя­зан выбрать наиболее экономичный из вариантов и детально его разработать.

Технологический процесс изготовления изделия (детали, узла) представляет собой строго определенную совокупность выполняемых в заданной последовательности технологичес­ких операций. Эти операции меняют форму, размер и другие свойства детали (изделия, узла), а также ее состояние или вза­имное расположение отдельных элементов. Одна и та же опе­рация может производиться многими способами, на различ­ном оборудовании. Поэтому выбор ресурсосберегающего тех­нологического процесса заключается в оптимизации каждой операции по минимуму потребления материальных, трудовых, энергетических ресурсов.

Важным показателем экономичности названных ресурсов является снижение себестоимости (экономия ресурсов), свя­занное с применением лучшего технологического процесса. Для определения снижения себестоимости (экономии) требу­ется рассчитать себестоимость для каждого из сравниваемых вариантов технологического процесса. Расчет полной себестоимости продукции при применении каждого из вариантов сложен. Он требует большого количества исходных данных и времени. Для упрощения расчетов экономии представляется возможность без ущерба для точности определять и сопостав­лять не полную, а так называемую технологическую себестои­мость, которая включает только те элементы затрат на изго­товление изделия, величина которых различна для сравнива­емых вариантов. Элементы себестоимости, которые для этих процессов одинаковы или изменяются незначительно, в рас­чет не включаются. Таким образом, технологическая себесто­имость - это условная себестоимость, состав ее статей непо­стоянен и устанавливается в каждом отдельном случае.

Сопоставление вариантов технологической себестоимос­ти дает представление об экономичности каждого из них.

Следует отметить, что величина технологической себесто­имости изготовления отдельных изделий (деталей узлов) в значительной мере зависит от объема производства. Следо­вательно, все затраты на изготовление изделий по степени их зависимости от объема производства целесообразно подраз­делять на переменные (Рр), годовой размер которых изменя­ется прямо пропорционально годовому объему выпуска про­дукции (N), и условно-постоянные (Pv), годовой размер кото­рых не зависит от изменения величины объема производства.

К переменным затратам относятся: затраты на основные материалы за вычетом реализуемых отходов (Pм), руб.; затра­ты на топливо, предназначенные для технологических целей (Ртт), руб.; затраты на различные виды энергии, предназначен­ные для технологических целей (Ртэ), руб.; затраты на основ­ную и дополнительную заработную плату основных производ­ственных рабочих с отчислениями в фонд социальной защиты населения (Р3), руб.; затраты, связанные с эксплуатацией уни­версального технологического оборудования (Роб), руб.; зат­раты, связанные с эксплуатацией инструмента и универсаль­ной оснастки (Ри), руб.

К условно-постоянным затратам относятся: затраты, свя­занные с эксплуатацией оборудования, оснастки и инстру­мента, специально сконструированных для осуществления технологического процесса по данному варианту (Рс об), руб.; затраты на оплату подготовительно-заключительного време­ни (Рп з), руб.

Общая формула технологической себестоимости для опе­рации (i-j) имеет вид:

Подставив соответствующие значения переменных и ус­ловно-постоянных расходов в формулу (18.1), получим:

После определения технологической себестоимости по вариантам (если рассматривается не более двух вариантов) для каждого из них определяется, при каком годовом объеме производства (N) сравниваемые варианты будут экономичес­ки равноценны.

При Ст1=Ст2 получим

Для этого решается система уравнений относительно объема производства N:

Эту величину годового объема производства продукции принято называть критической. Если сопоставление вариан­тов технологического процесса осуществить графически, то будет очевидно, что критический объем производства продук­ции является абсциссой точки пересечения двух прямых с на­чальными ординатами Pv1 и Pv2, выраженных для каждого ва­рианта уравнением его технологической себестоимости.

Таким образом, определение абсциссы этой "критической точки" служит завершающим этапом технико-экономических расчетов, устанавливающих области наиболее целесообраз­ного применения каждого из сопоставляемых вариантов, ог­раничиваемые определенными размерами программ (N).

Если предстоит необходимость сделать выбор технологи­ческого процесса не из двух вариантов, а из трех, четырех и т. д., то строится ориентированный граф, дуги которого пред­ставляют технологические операции. Для оценки использова­ния ресурсов при возможных вариантах изготовления детали (изделия) вводится целевая функция Ст, т. е. сумма технологи­ческих себестоимостей по каждой из запроектированных опе­раций, с тем, чтобы их сумма была минимальной:

Таким образом, выбор оптимального варианта технологи­ческого процесса можно свести к выбору маршрута в задан­ном ориентированном графе, имеющем минимальную сум­марную технологическую себестоимость.