Современный машиностроительный комплекс – это сложившаяся в ХХ в. чрезвычайно сложная система со своими законами развития. Большой удельный вес машиностроения среди других отраслей промышленности делает его значимым в масштабе народного хозяйства страны.
Развитие машиностроения во многом происходило стихийно, что в итоге сделало его расточительным в расходовании материальных, энергетических и трудовых ресурсов, отрицательно влияющим на экологию окружающей среды, инерционным к изменяющимся требованиям общества. И чем дальше развивается машиностроение, тем сильнее проявляются его негативные стороны.
В связи с этим проблема совершенствования машиностроения, направленного на повышение его эффективности, приобретает первостепенное значение. На современном этапе наблюдается разрозненное решение отдельных задач этой проблемы таких, как повышение производительности труда, качества изделий, снижение их материалоемкости, внедрение ресурсосберегающих технологий и т.п.
Такой подход к решению проблемы не может кардинально изменить существующее положение дел в машиностроении и требует проведения новой научно-технической политики. Необходим, во-первых, системный подход в решении проблемы, а, во-вторых, она должна решаться таким образом, чтобы одновременно удовлетворялись требования общества в целом и потребности каждого предприятия в отдельности.
Проведение такой научно-технической политики требует управления развитием машиностроительного комплекса, для чего необходимо ввести организационное начало в построение машиностроительного производства. Решение этой проблемы не может быть административным, а должно базироваться на результатах исследования глубинных закономерностей машиностроения.
Поставленная задача требует понимания недостатков современного машиностроительного производства, имеющих системный характер. К ним относятся:
- дублирование разработок средств технологического обеспечения (технологических процессов, оборудования, оснастки);
- избыточное разнообразие средств технологического обеспечения;
- утрата технологического знания;
- неполное использование возможностей средств технологического обеспечения (технологического оборудования и оснастки);
- наступление морального износа средств технологического оснащения раньше сроков их физического износа.
Дублирование разработок средств технологического обеспечения заключается в следующем. Практически любое машиностроительное изделие состоит на 50–70% из деталей общего назначения таких, как валы, оси, втулки, фланцы, шестерни, крышки, рычаги, планки, корпуса и т.п. Изделия также содержат много однотипных механизмов и устройств – шпиндельные узлы, подшипники, редукторы, типовые соединения деталей. Отсюда, в среднем, на каждом машиностроительном предприятии в масштабе машиностроительного комплекса из общего числа номенклатуры изготавливаемых деталей и сборочных единиц более 50% являются очень близкими, а нередко и одинаковыми по своему конструктивному оформлению и техническим требованиям. В результате для их изготовления на каждом предприятии дублируются разработки большинства средств технологического обеспечения. В конечном счёте, практически на всех машиностроительных предприятиях подавляющее большинство инженерно-технических специалистов ежегодно выполняют одни и те же работы, решают одни и те же задачи.
Избыточное разнообразие средств технологического обеспечения, которое непрерывно растёт, заключается в том, что на разных предприятиях и даже в разных цехах одного предприятия для изготовления близких или одинаковых изделий разрабатывается разное технологическое обеспечение. Это объясняется тем, что предприятия различаются составом технологического оборудования, в разработках участвуют разные специалисты с разным уровнем квалификации и отсутствует информация об этих разработках. В результате для изготовления каждого такого изделия (детали, сборочной единицы) могут быть разработаны десятки и сотни разных технологических процессов и видов оснастки, а нередко – и разное технологическое оборудование.
Внешне создаётся впечатление большой и нужной работы, поскольку увеличивается количество новых технологических процессов, оборудования, инструмента. Однако большинство из них представляют уже известные решения, а их сопоставление по технико-экономическим характеристикам показывает, что они мало отличаются друг от друга по своей эффективности. Среди этого множества попадаются и принципиально новые решения, которые могут дать большой эффект, но они выпадают из поля зрения в этой массе решений.
Итак, вместо концентрации усилий высококвалифицированных кадров на создании принципиально новых технологий и техники, наблюдается распыление сил, бесконечное дублирование работ, влекущее за собой рост необоснованного разнообразия средств технологического обеспечения.
Утрата технологического знания состоит в том, что в силу несовершенства организации информации о разработках, многие решения оказываются неопубликованными, а среди огромного потока публикаций трудно, а подчас и невозможно найти нужную информацию для решения конкретных задач.
Особенно недостаток информации сказывается при изготовлении специальных изделий, требующих оригинальных технологий. Разработка и внедрение таких технологий, как правило, связаны с большими трудозатратами, требуют высокой квалификации разработчиков и длительного времени для их отработки.
После прекращения выпуска изделий информация об этой технологии становится зачастую недоступной вследствие отсутствия публикаций или трудностей их поиска в огромном потоке информации. В результате полезный опыт, приобретённый с большими затратами, оказывается утерянным и не используется другими предприятиями.
Неполное использование возможностей средств технологического оснащения является широко распространённым явлением, когда всё технологическое оборудование за исключением оборудования, применяемого в массовом производстве, обладает в той или иной степени избыточными технологическими и техническими возможностями на конкретном рабочем месте. И чем ближе тип производства к единичному, тем выше эта избыточность.
Избыточность возможностей оборудования состоит в том, что в каждый момент работы оборудования его возможности используются лишь частично. Например, по результатам известных исследований, у универсальных токарных станков в течение 87% срока их службы используются только 20% установленной мощности главного привода, в течение 19% срока службы – до 75% и лишь в течение 1% срока службы – 100% установленной мощности. И чем выше универсальность оборудования, тем больше доля неиспользованных возможностей. Аналогичная картина наблюдается и по другим техническим и технологическим характеристикам средств технологического оснащения.
В то же время наличие избыточных возможностей приводит к росту стоимости оборудования и затрат на его обслуживание. Например, стоимость обрабатывающего центра составляет сотни тысяч долларов США.
Наступление морального износа средств технологического оснащения раньше сроков их физического износа тоже является широко распространённым явлением.
Действительно, в современных условиях, быстрое изменение ассортимента выпускаемых изделий касается и самих средств технологического оснащения, моральный износ которых наступает значительно быстрее их физического износа.
В связи с этим возникает противоречие, когда, с одной стороны, надо заменять морально устаревшее оборудование, а с другой – физическое состояние этого оборудования позволяет ещё долгое время его эксплуатировать. В этих условиях сложно отказаться от дорогостоящего оборудования, тем более, что создание нового оборудования связано с большими трудовыми, материальными затратами и длительными сроками.
Перечисленные выше недостатки носят общий, масштабный характер и справедливы как для всего машиностроительного производства, так и для каждого машиностроительного предприятия в отдельности.
Всё это приводит к огромному непродуктивному расходованию трудовых, материальных и энергетических ресурсов и, если не принимать эффективных мер по устранению указанных недостатков, то в недалеком будущем машиностроение может превратиться в убыточную отрасль.
Итак, современное машиностроительное производство характеризуется изготовлением на разных предприятиях большого числа одних и тех же или очень близких, подобных друг к другу деталей, механизмов, устройств, входящих в разные изделия; значительным дублированием технологической подготовки производства; неоправданно огромным разнообразием технологических процессов, оборудования и оснастки; большим объёмом ежегодного обновления физически не изношенных технологических средств; низким уровнем востребованности технологических и технических возможностей оборудования.
Из приведённого анализа состояния машиностроительного производства следует, что для сведения к минимуму указанных недостатков необходима его коренная перестройка.
Решаться эти задачи должны комплексно с позиций системного подхода. Для этого необходимо в первую очередь ввести в построение машиностроительного производства организационное начало, в качестве которого следует принять модульный принцип в построении звеньев производственной цепочки: изделие – технологический процесс – технологическая система – рабочее место (1).
Модульный принцип широко и успешно применяется в строительной индустрии, где здания строятся из стандартных элементов, а также в судостроении, машиностроении и других отраслях промышленности. Однако применение модульного принципа в машиностроении отличается фрагментарностью в виде отдельных, не связанных органично друг с другом решений, иными словами отсутствием системного полхода.
В то же время накопленный опыт применения модульного принципа создаёт благоприятные предпосылки для его широкого внедрения в машиностроение. Настало время для перехода от случайного применения модульного принципа построения отдельных объектов к реализации системного подхода, когда и машиностроительные изделия и средства их технологического обеспечения должны строиться из соответствующих модулей, объединенных в единую систему. Осуществление такого подхода в машиностроительном производстве даст эффект повышения эффективности несравнимо выше того, который имеется сегодня.
Реализация модульного принципа в машиностроительном производстве с позиций системного подхода требует разработки:
- методов замещения объекта машиностроительного производства множеством модулей;
- общих принципов построения из модулей изделий и средств их технологического обеспечения (технологических процессов, оборудования, оснастки);
- терминологического обеспечения;
- методов унификации модулей изделий и средств их технологического обеспечения;
- методов оценки эффективности модульного построения изделий и средств их технологического обеспечения.
Внедрение модульного принципа необходимо начинать с модульного построения изделий. При этом в качестве модулей должны выступать такие неизменные элементы, из которых состоят любые изделия. В этом случае применение модульного принципа приобретает общий характер и будет эффективно как для всей отрасли машиностроения, так и для любого предприятия.
Такой модуль изделия должен характеризоваться однозначностью, высокой устойчивостью во времени, описываться минимальным набором характеристик и отличаться небольшой номенклатурой.
Однозначность модуля обеспечивает единое описание любых изделий независимо от их назначения, высокая устойчивость во времени гарантирует их длительное использование, а малый набор характеристик и узкая номенклатура способствует типизации и унификации модулей. Поскольку у изделия наименьшим элементом является деталь, то логично её принять в качестве такого модуля. Однако это не представляется возможным из-за огромного конструктивного разнообразия деталей, описания их многочисленными характеристиками, поэтому искать его надо на более низком уровне.
Анализ выполнения деталями их служебных функций позволяет сделать важный вывод о том, что деталь выполняет своё служебное назначение, в основном, сочетаниями поверхностей и только в ряде случаев отдельными поверхностями. Поэтому деталь можно представить как совокупность сочетаний поверхностей (реже, отдельных поверхностей) соответствующего служебного назначения. В связи с этим было введено понятие модуля поверхностей детали, под которым понимается объективно существующее сочетание поверхностей (или отдельная поверхность), предназначенных совместно выполнять соответствующую служебную функцию детали и придавать последней конструктивную форму, обусловленную требованиями эксплуатации и изготовления (2).
Модульный технологический процесс объединяет в себе преимущества единичного, типового и группового процессов плюс приобретает ещё и гибкость.
Все эти преимущества обеспечиваются методикой проектирования технологического процесса, в основу которой положены следующие основные принципы.
- Деталь должна быть представлена совокупностью модулей поверхностей.
- Все поверхности одного модуля поверхностей должны изготавливаться на одной операции.
- Технологический процесс должен учитывать все особенности детали.
- Операция модульного процесса должна компоноваться из модулей поверхностей.
Маршрут модульного процесса изготовления детали строится таким образом, чтобы изготовление всех поверхностей каждого модулей поверхностей осуществлялось на одной операции и желательно за один установ. Это гарантирует высокую точность относительного положения его поверхностей и позволяет избежать накопления погрешностей относительного положения поверхностей модулей поверхностей по сравнению с их обработкой на разных операциях.
Организация машиностроительного производства на принципах модульной технологии позволяет:
- в несколько раз сократить трудоёмкость технологической подготовки производства;
- снизить расходы на технологическую оснастку за счёт сокращения её разнообразия и возможности перекомпоновки при переходе на изготовление других изделий;
- снизить число наладок, настроек и их трудоёмкость при переходе на изготовление новых изделий;
- повысить производительность технологических процессов при изготовлении изделий в условиях многономенклатурного разносерийного производства за счёт совмещения переходов, применения прогрессивных методов сборки и обработки деталей, характерных для крупносерийного производства, сокращения затрат подготовительно-заключительного времени;
- в условиях производства изделий крупными сериями быстро переходить на выпуск новых изделий за счёт создания новых технологических средств методом компоновки из имеющихся модулей;
- повысить качество изготовления изделий за счёт построения их технологических процессов из апробированных модулей технологического процесса и др.
Автор: Арзыбаев А.М. - канд. техн. наук, науч. сотр. ИМАШ РАН
Список литературы:
- Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2001. – 368 с.
- Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2001. – 368 с.
