Современное машиностроительное производство – это производство огромного разнообразия изделий с их быстрой сменой.
Машиностроительное производство можно рассматривать как сложную техническую систему со своими законами функционирования и развития. С этих позиций оно отличается низким уровнем организации, в результате чего наблюдается следующая ситуация.
- Многочисленное дублирование технологической подготовки производства. Практически на всех машиностроительных предприятиях, выпускающих разную технику, изготавливают в своей массе примерно одинаковые детали и узлы такие, как валы, фланцы, втулки, корпуса, крышки, рычаги, зубчатые колеса и т. п., т. е. на каждом предприятии под них разрабатывают свои технологические процессы, оснастку, которые в своём большинстве мало отличаются друг от друга по своей эффективности. В итоге оказывается задействована большая армия инженерно-технических работников, выполняющих практически одну и ту же работу. При этом внедрение этих разработок требует значительных затрат труда на их отладку и доводку. В результате наблюдается избыточное разнообразие технологических процессов, оборудования, оснастки.
- Большой объём утилизации практически неизношенной технологической оснастки и оборудования, исчисляемый сотнями тысяч тонн металла. Это объясняется огромным разнообразием технологических процессов.
- Независимое развитие средств технологического оснащения. К примеру, станки создаются не под технологические процессы, а под методы обработки.
- Отсутствие системного подхода в унификации изделий, технологических процессов, оборудования, оснастки.
- Обеспечение гибкости производства достигается за счёт применения широкоуниверсального оборудования. Как показывает практика, на конкретном рабочем месте его технологические возможности используются примерно на 30%, а эксплуатация его значительно сложнее и дороже.
- Несоответствие традиционных организационных форм производственного процесса современным требованиям, т.к. они ориентированы на единичное, серийное, массовое производство, в то время как сегодня доминирует многономенклатурное разносерийное производство с быстрой сменой выпускаемой продукции. Это существенно снижает эффективность производства.
- Отсутствие системного подхода в специализации производства, когда специализация должна осуществляться на всех уровнях производства: на уровне отрасли должна осуществляться специализация изделий и их элементов, имеющих отраслевое значение; на уровне подотрасли (авиастроение, станкостроение и т.п.) – изделий, имеющих подотраслевое значение; на уровне предприятия, цеха, участка – изделий соответствующего подразделения; на уровне рабочего места – элементов изделия. Сегодня такая специализация носит выборочный, фрагментарный характер. Например, на уровне отрасли имеются специализированные производства по выпуску электродвигателей, насосов, метиза. Однако другие изделия, тоже имеющие отраслевой характер, изготавливаются на предприятиях подотраслевого уровня. Та же картина наблюдается и на других уровнях.
- Отсутствие «почтового ящика», куда направилась бы вся информация обо всех технологических решениях. В результате высокоэффективные решения не находят широкого распространения.
Отмеченные недостатки приводят в масштабе отрасли к огромным непродуктивным расходам материальных, энергетических и трудовых ресурсов. Для отечественного машиностроения эти недостатки усугубляются большим процентом устаревшего технологического оборудования и недостатком квалифицированных кадров. Главными причинами отмеченных недостатков являются отсутствие единой отраслевой элементной базы средств технологического обеспечения и прямых связей между объектами звеньев производственной цепочки, объяснимое неограниченным разнообразием как изделий, так и их элементов. Устранение этих причин позволит свести к минимуму отмеченные выше недостатки.
Анализ работ, посвящённых повышению эффективности машиностроительного производства, показывает, что они не посвящены устранению отмеченных недостатков, а направлены, главным образом, на совершенствование существующих и разработку новых методов, технологических процессов, оборудования и оснастки, улучшение организации производственного процесса, автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства и т.п.
Что касается работ, посвящённых совершенствованию всего машиностроительного производства, то они выполняются в основном экономистами и организаторами производства, решающими проблему «сверху», не затрагивая фундамент, на котором базируется машиностроительное производство. Таким фундаментом являются связи между конструкциями изделий, технологическими средствами и организационными формами производственного процесса.
В связи с изложенным становится очевидной актуальность работ, направленных на совершенствование организации, функционирования и управления машиностроительным производством в целом. Решение этих задач должно базироваться на системном подходе и выполняться таким образом, чтобы одновременно удовлетворялись требования общества в целом и каждого предприятия в отдельности. Для этого необходимо ввести организационное начало в построение машиностроительного комплекса, которое позволило бы объединить в единую систему разработки изделий, технологий и организацию производства. Это не может быть осуществлено административным путём, а должно базироваться на результатах исследования глубинных закономерностей машиностроения.
В качестве такого организационного начала предлагается принять модульный принцип. Надо отметить, что модульный принцип нашёл широкое применение в различных отраслях промышленности. В машиностроении он применяется в виде отдельных, не связанных друг с другом решений. Для получения максимального эффекта от его использования необходим системный подход в его реализации, когда модульный принцип пронизывает последовательно все основные звенья производственной цепочки в виде модульного проектирования изделий, технологических процессов, технологического оборудования и рабочих мест. При этом между модулями объектов указанных звеньев должна быть обеспечена органичная связь, когда модулю изделия соответствует модуль технологического процесса, а ему – модули оборудования и рабочего места.
Для осуществления указанных связей необходимо, прежде всего, установить модули изделия. Проблема определения модулей изделия заключается в неограниченном, непрерывно растущем разнообразии конструкции изделий. Задача заключалась в том, чтобы найти такие элементы в конструкциях изделий, которые присутствуют во всех изделиях. В связи с этим конструкцию изделия как объекта эксплуатации предлагается рассматривать как совокупность функциональных модулей (элементы несущие функциональную нагрузку).
Функциональные модули изделий можно разделить на две группы: модули функциональные технологические (МФТ), обеспечивающие выполнение изделием служебных функций и модули функциональные обслуживающие (МФО), обеспечивающие функционирование МФТ изделия. К примеру, у автомобиля, предназначенного для транспортировки груза МФТ являются кузов и ходовая часть в виде рамы с колесами, а рулевое управление, двигатель, задний мост и др. являются МФО. Другой пример – технологическая обрабатывающая система любой конструкции, предназначенная для обработки заготовки, содержит такие МФТ, как устройства для установки заготовки и инструмента и станок, обеспечивающий их относительное движение. Таким образом, для каждого изделия характерны свои МФТ; именно ими изделие одного назначения отличается от изделия другого назначения. Поэтому МФТ определенного класса машин по своему назначению отличаются небольшим разнообразием.
Что касается МФО, то в отличие от МФТ одни и те же МФО могут применяться в изделиях разного назначения, например, редуктор, насос можно встроить в самых разных изделиях. Надо отметить, что МФТ и МФО имеют свою иерархию в изделиях. К МФТ и МФО первого порядка относятся МФТ, обеспечивающие выполнение изделием его служебного назначения и обслуживающие их МФО. В свою очередь каждый из них может состоять из МФТ второго порядка, обеспечивающих выполнение их служебного назначения и их МФО и т.д., вплоть до деталей.
Нашими исследованиями было установлено, что и любая деталь тоже состоит из функциональных модулей поверхностей, где под модулем поверхностей (МП) понимается сочетание поверхностей детали, с помощью которого она выполняет служебную функцию. При этом, в отличие от предыдущих функциональных модулей, множество МП практически конечно. Каждая деталь, как и изделие, тоже может быть представлена совокупностью МП.
МП делятся на три класса – базирующие модули (МПБ), рабочие (МПР) и связующие (МПС). Детали в изделии соединяются посредством совмещения их МПБ, где МПБ присоединяемой детали совмещается с МПБ базовой детали. Отсюда появляется модуль соединения (МС), представляющий собой конструкцию двух совмещенных МПБ. Теперь изделие, как объект эксплуатации, может быть представлено в виде структурированного множества функциональных модулей, изображенного с помощью графа.
В зависимости от уровня, на котором рассматривается изделие, его структура может быть представлена тремя уровнями:
- уровень функциональных модулей изделия;
- уровень деталей;
- уровень МП.
Представление изделия в модульном исполнении позволяет по-новому организовать машиностроительное производство, обеспечивающее сведение к минимуму его недостатки.
Во-первых, появляется возможность создания отраслевой элементной базы средств технологического обеспечения (ЭБТО) на модульном уровне. На низшем уровне ЭБТО располагаются модули средств технологического обеспечения МП, МС, не зависящие от изготавливаемых изделий. На последующих уровнях модулей средств технологического обеспечения МФТ и МФО низшего порядка и далее высшего порядка.
Наличие такой ЭБТО позволяет в масштабе отрасли:
- Свести к минимуму дублирование технологической подготовки производства.
- Проектирование технологических процессов изготовления деталей, сборки изделий, проектирование технологического оборудования, оснастки, рабочих мест осуществлять методом компоновки из соответствующих модулей. Это позволит снизить трудоёмкость проектирования, повысить качество проектных решений, снизить затраты времени на отладку процессов и средств технологического оснащения.
- Создать «почтовый ящик» для всех технологических решений, внедрять новые прогрессивные решения и широко распространять их по предприятиям.
Во-вторых, установить прямые связи между объектами звеньев производственной цепочки, когда модулю изделия будет соответствовать модуль технологического процесса её изготовления, а ему – модуль оборудования и рабочего места. Это позволит:
- снизить до необходимого минимума разнообразие технологического оборудования и оснастки;
- свести к минимуму избыточные технологические возможности оборудования и тем самым снизить их стоимость.
В-третьих, повысить гибкость производства за счёт возможности изменения маршрутных технологических процессов и создания перекомпонуемого технологического оборудования и оснастки.
В-четвёртых, осуществить системный подход в специализации производства.
Сначала должна быть проведена предметная специализация (Сп) производства последовательно на уровнях отрасли, подотрасли, предприятия, рабочего места. Для осуществления Сп на уровне отрасли надо установить МФО, применяемых в изделиях независимо от их назначения. На уровне подотрасли должна осуществляться Сп производства МФТ, входящих в состав изделий подотрасли (например, производство авиационных двигателей) и МФО, не вошедшие в производство отрасли. На уровне предприятий должна осуществляться Сп производства ряда МФТ и МФО подотрасли; на уровне цеха должна осуществляться Сп производства МФТ, МФО предприятия, на уровне рабочего места должно осуществляться Сп изготовления МП и МС. Только после проведения Сп должна быть осуществлена технологическая специализация (Ст). Она уже нашла широкое распространение.
На первом уровне осуществляется Ст по технологическим переделам – заготовительное производство, обрабатывающее производство и сборочное производство. Внутри каждого передела осуществляется Ст по методам изготовления, например, у заготовительного производства – литейное, сварочное, штамповочное производства и т.д.
Реализация обоих видов специализации должна осуществляться в тесной связи друг с другом и с учётом расположения сборочных производств на территории страны. Производство, организованное на принципах модульной технологии, становится высокопроизводительным, управляемым, гибким, мобильным, способным в сжатые сроки и с минимальными издержками переходить на выпуск новых изделий.
Автор: Базров Б.М. - д-р техн. наук, проф., лауреат Ленинский премии, зав. лабораторией ИМАШ РАН
