Технология локомотивостроения - Технологические процессы

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЛОКОМОТИВОСТРОЕНИЯ
ГЛАВА XIV
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

§ 28. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

В соответствии с ГОСТ 14.302—73 технологические процессы классифицируются следующим образом: по числу изделий, охватываемых процессом,— единичный, типовой; по основному назначению процесса — рабочий, перспективный; по степени детализации содержания процесса — маршрутный, операционный, маршрутно-операционный.
Единичным называется технологический процесс, относящийся к изделиям одного наименования, типоразмера и исполнения. Типовой технологический процесс характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для группы изделий с общими конструктивными признаками. Разновидностью типового является групповой технологический процесс.
Рабочий технологический процесс применяется для изготовления конкретного изделия в соответствии с требованиями рабочей технической документации. Перспективным называют соответствующий современным достижениям науки и техники технологический процесс, методы и средства осуществления которого полностью или частично предстоит освоить на предприятии. Перспективный технологический процесс является информационной основой для разработки рабочих технологических процессов при организационно-техническом перевооружении производства.
Специфика проектирования типовых (и групповых) технологических процессов, а также рабочих процессов на основании типовых освещена в гл. XVIII.
Маршрутный технологический процесс выполняется по документации, в которой содержание операций излагается без указания переходов и технологических режимов; в документации операционного процесса переходы и режимы указаны по всем операциям, а в документации маршрутно-операционного процесса — по части операций. Степень детализации содержания технологического процесса зависит от типа производства и устанавливается в каждом конкретном случае отраслевыми стандартами.

§ 29. ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ И ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Исходная информация для проектирования технологических процессов подразделяется на базовую, руководящую и справочную.

Базовая информация для проектирования технологических процессов включает:

1. данные, содержащиеся в рабочей конструкторской документации на изделие (чертежи деталей, сборочные чертежи, чертежи общих видов, спецификации, технические условия и т. п.);
2. программу выпуска изделия, определяющую тип производства и форму организации технологических процессов;
3. сведения о наличных средствах технологического оснащения, производственных площадях и т. п. (при проектировании технологических процессов для действующих заводов или цехов).

В рабочей конструкторской документации содержится вся конструктивно-технологическая информация, необходимая для разработки технологических процессов. Так, на чертеже детали помимо ее конструктивных форм указываются наименование и марка материала детали, ее масса, вид заготовки, размеры, точность и шероховатость ¹ всех поверхностей, точность взаимного расположения наиболее ответственных элементов, а также особые требования (твердость, наклеп, непроницаемость и т. п.) и соответствующее им технологическое обеспечение (вид термической обработки, способ и режим поверхностного пластического деформирования, испытание на непроницаемость, магнитное испытание, балансировка и т. п.). Сборочный чертеж наряду с изображением изделия содержит размеры (с допусками), выдерживаемые при сборке, натяги и зазоры в сопряжениях, требования к качеству прессовых, сварных, клепаных и других соединений, зубчатых зацеплений и т. д., а также необходимые указания о технологическом обеспечении этих требований и методах контроля.  Например, техническими требованиями чертежа колесной пары локомотива регламентируются метод ее формирования, технологический режим сборки, способ контроля прочности соединения ось—колесо. На сборочном чертеже при необходимости указываются также характер испытаний изделия (например, испытания вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей на разнос; гидравлические испытания секций холодильников на герметичность и проточность; испытания насосов гидропередач на объемную подачу и т. п.) и технологический режим испытаний. К сборочным чертежам прикладываются спецификации, определяющие состав сборочных единиц.

¹ Согласно ГОСТ 2789—73 при необходимости дополнительно устанавливаются требования к направлению неровностей поверхности, к виду или последовательности видов механической обработки.

Конструктивно-технологические особенности изделия и его составных частей определяют, как мы видим, принципиальную направленность технологических процессов их изготовления.
Значительное влияние на организационно-технический характер технологических разработок, на уровень механизации и автоматизации производства оказывают тип производства и форма организации технологических процессов; чем больше объем выпуска изделия, тем выше требования к производительности процессов его изготовления. Тип производства устанавливается, как уже отмечалось в § 3, на основании величины коэффициента закрепления операций. Эту величину рассчитывают исходя из заданного объема выпуска изделий, действительного (с учетом потерь времени на ремонт) фонда времени работы технологического оборудования и средней продолжительности характерных технологических операций процесса изготовления изделия. Последняя при установлении типа производства определяется ориентировочно с использованием соответствующих укрупненных нормативов технологической трудоемкости. При разработке технологических процессов для серийного производства определяют (также ориентировочно) величину производственной партии, исходя из объема выпуска изделий, средней продолжительности характерных технологических операций, трудоемкости подготовительно-заключительных работ, календарных сроков выпуска продукции, объемов незавершенного производства и других организационно-экономических факторов. В массовом производстве принимают поточную форму организации технологических процессов, в серийном — либо групповую, либо моточную, в зависимости от количества изделий в партии и значения коэффициента закрепления операций. Основной расчетной величиной поточной формы организации технологических процессов является такт выпуска.

Руководящая и справочная информация для проектирования технологических процессов включает следующие источники:
— стандарты ЕСТПП, соответствующие отраслевые стандарты и стандарты предприятий;

1. технологический классификатор объектов производства;

— классификатор технологических операций;
типовые и групповые технологические процессы и операции, стандарты на технологические операции;

1. стандарты и каталоги средств технологического оснащения (в том числе паспорта технологического оборудования, атласы приспособлений и т. п.);
2. стандарты и методики для назначения или расчета припусков на обработку резанием;

нормативы технологических режимов;

1. материальные и трудовые нормативы (в том числе общемашиностроительные и отраслевые нормативы времени для нормирования технологической трудоемкости, тарифноквалификационные справочники и т. п.);
2. нормативы расходов по содержанию и эксплуатации оборудования;
3. стандарты ЕСТД.

Этапы проектирования технологических процессов. Разработка технологических процессов в общем случае включает комплекс взаимосвязанных работ:

1. выбор методов получения заготовок;
2. назначение технологических баз;
3. определение методов (и маршрутов) обработки поверхностей и методов сборки соединений;
4. регламентацию последовательности и содержания технологических операций;
5. определение, выбор и заказ нового технологического оборудования и технологической оснастки;
6. установление промежуточных и общих припусков на обработку резанием и на их основе — промежуточных и наладочных размеров;
7. установление технологических режимов;
8. нормирование технологической трудоемкости;
9. определение профессий и квалификации исполнителей;
10. организацию производственных участков;

— выбор средств механизации и автоматизации технологических процессов и внутрицеховых средств транспортирования;
— составление планировок производственных участков и разработку операций перемещения изделия и отходов производства;
— оформление рабочей документации на технологические процессы.
Состав и последовательность работ по проектированию технологических процессов зависят от специфики изделия и типа производства. Проектируемый технологический процесс должен обеспечить выполнение всех требований рабочей конструкторской документации с минимальными затратами труда, стоимостных средств, материалов и времени при наиболее полном использовании технических возможностей орудий и средств производства. Поэтому работы, связанные с проектированием технологических процессов, сопровождаются необходимыми технико-экономическими расчетами и обоснованиями. Из нескольких возможных вариантов технологического процесса выбирают наиболее производительный и рентабельный.
Разработанные технологические процессы, определяя необходимые средства технологического оснащения, производственные площади, потребное число рабочих, количество материалов и энергии, являются основой проектов новых и реконструкции существующих заводов и цехов, а также основой работ по организации производства новых объектов на действующем заводе (в цехе). Уровнем технологических разработок, таким образом, в значительной мере обусловливаются технико-экономические показатели производства.

§ 30. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 Технологический процесс в целом или его отдельные операции могут быть разработаны в различных вариантах, равноценных с точки зрения обеспечения требований рабочей конструкторской документации. Выбор наиболее рационального варианта производится на базе технико-экономического сравнительного анализа с использованием системы технико-экономических показателей. К числу таких показателей относятся¹: цеховая себестоимость детали или узла; цеховая себестоимость обработки резанием² (сборки) по отдельным операциям и всему технологическому процессу в целом; срок окупаемости капитальных вложений; производительность труда работающих и трудоемкость каждой операции и всего технологического процесса; коэффициент загрузки оборудования (станка, стенда или сборочного места) на каждой операции и (средний) по всему технологическому процессу.
Кроме указанных показателей для технико-экономической оценки спроектированного технологического процесса служит ряд других: например, коэффициент использования станка по основному времени, коэффициент использования конструкционных материалов, коэффициент трудоемкости (себестоимости) сборки. Если сопоставляемые варианты технологического процесса однородны по структуре, то их сравнивают по операциям, имеющим различное построение.
Оценивать технико-экономическую эффективность того или иного технологического варианта следует по комплексу показателей, в числе которых себестоимость детали, узла, машины является основным и решающим критерием. В случае получения недостаточных величин отдельных дополнительных показателей следует установить факторы, приведшие к неудовлетворительным результатам, наметить пути совершенствования технологии и организации производства и внести соответствующие изменения в проектируемый технологический процесс.
Расчет годового экономического эффекта от применения новых технологических процессов и способов организации производства и труда, механизации и автоматизации производства выполняется в соответствии с «Методикой определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений» (Москва: Экономика, 1977) (см. также ГОСТ 14.005—75).

§ 31. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

Для организации и выполнения технологических процессов подготовкой производства предусматривается составление соответствующих документов, на основании которых планируются и поставляются необходимые средства технологического оснащения, материалы и полуфабрикаты, определяются штаты рабочих и т. д. Эти документы подразделяются на технологические и конструкторские.
В технологических (графических и текстовых) документах фиксируются порядок выполнения работ, данные о составных частях собираемого изделия, технологические режимы, нормы времени, необходимые средства технологического оснащения и т. п. Конструкторские документы представляют собой чертежи средств технологического оснащения (оформляются в соответствии со стандартами ЕСКД). Единой системой технологической документации предусмотрены следующие виды технологических документов.

Маршрутная карта содержит описание технологического процесса изготовления изделия по всем операциям различных видов в принятой технологической последовательности с указанием необходимых данных о средствах технологического оснащения, материальных и трудовых нормативах, а карта технологического процесса включает, как правило, только операции одного вида работ, выполняемые в одном цехе. Операционная карта содержит описание технологической операции с указанием переходов и технологических режимов, а также данных о средствах технологического оснащения. Маршрутные карты применяют в единичном и серийном производствах, операционные — в серийном и массовом. Соответствующий комплект операционных карт дополняют маршрутной картой (или картой технологического процесса). В карте эскизов помещаются необходимые эскизы, схемы и другие графические иллюстрации к технологическому процессу. Технологическая инструкция включает описание отдельных приемов работы, правила эксплуатации средств технологического оснащения и т. п.
Кроме указанных документов при технологической подготовке производства составляются комплектовочные карты, ведомости оснастки и материалов, ведомости технологических документов и прочая документация. Правила оформления технологических документов регламентированы стандартами ЕСТД.

§ 32. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЭВМ

С помощью ЭВМ можно решить большое число разнообразных технологических задач: проектирование типовых технологических процессов изготовления стандартных деталей, расчет припусков на обработку резанием, технологических режимов и норм времени, установление оптимальных технологических маршрутов и методов обработки и сборки, подбор деталей для групповой обработки и т. п. Однако, как показала практика использования вычислительной техники в сфере технологической подготовки производства, оптимальным является комплексное применение средств автоматизации на всех этапах формирования и обработки информации на базе автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП).
Совместное функционирование в АСТПП подсистем специального назначения, осуществляющих функции технологического проектирования, обеспечивается обслуживающими подсистемами общего назначения: информационно-поисковой; технических расчетов; подготовки исходных данных; оформления и тиражирования технической документации; формирования исходных данных для АСУП. Каждая подсистема состоит из унифицированных блоков задач и типовых программных модулей.  Так, подсистема проектирования технологических процессов состоит из унифицированных блоков, решающих следующие задачи: выбор вида и определение рациональных форм и размеров заготовок; оптимальный раскрой материала; определение рациональных методов обработки отдельных поверхностей и детали в целом; выбор технологических баз и схем обработки; формирование технологических операций; выбор технологического оборудования и оснастки; формирование технологического маршрута; разработка программ для станков с числовым программным управлением.
При решении задач оптимизации технологических разработок используют математическое моделирование. В качестве критериев оптимальности при этом могут рассматриваться такие показатели эффективности, как цеховая (технологическая) себестоимость изделия, производительность технологических процессов и др. Ограничивающими факторами при выборе оптимальных параметров могут выступать технические возможности технологического оборудования, недостаток тех или иных ресурсов и т. п.
Процесс автоматизированного проектирования на базе АСТПП в общем виде предполагает следующие основные этапы. Информация с чертежа детали, для изготовления которой требуется разработать технологические документы и чертежи оснастки, переводится с помощью специальных методов кодирования на соответствующий язык описания геометрических образов, заносится на машинные носители информации и вводится в ЭВМ. Предварительно в память машины записывается соответствующим образом подготовленная информация о производственной ситуации предприятия (наличный состав средств технологического оснащения и их характеристики, нормативные данные массива типовых технологических процессов, программ проектирования технологических процессов, оснастки и т. п.). На основании информации о детали ЭВМ относит ее к той или иной классификационной группе, выбирает соответствующий типовой технологический процесс, при необходимости дорабатывает его и распечатывает на алфавитно-цифровом печатающем устройстве (АЦПУ) соответствующие технологические карты (маршрутную и операционные). При отсутствии типового технологического процесса машина проектирует с помощью программ типовых технологических решений единичный технологический процесс. Если в памяти ЭВМ нет требуемой программы, машина формирует задание на «ручное» проектирование³.  При необходимости ЭВМ с помощью типовых программ проектирует требуемую оснастку и выдает результаты проектирования распечатанными на АЦПУ или в виде чертежей, выполненных на чертежно-графическом автомате (если соответствующая типовая программа отсутствует, машина подготавливает задание на «ручное» проектирование). Для вновь спроектированных средств технологического оснащения ЭВМ разрабатывает технологические процессы их изготовления. Если на предприятии имеется оборудование с числовым программным управлением, то ЭВМ с помощью типовых программ формирует соответствующий программоноситель для управления этим оборудованием.
Для эффективного функционирования АСТПП требуется сложнейший комплекс технических и программных устройств, которыми в полной мере оснащены только ЭВМ третьего и четвертого поколений. Следует отметить в связи с этим, что на каждом предприятии не обязательно разрабатывать АСТПП в полном объеме. Блочность построения системы дает возможность определить необходимый состав задач и подсистем АСТПП для каждого конкретного предприятия. Кроме того, создание типового комплекса программного обеспечения АСТПП позволяет организовать кустовые вычислительные центры, обслуживающие автоматизированные системы технологической подготовки производства нескольких предприятий. Этапы, содержание и последовательность работ при автоматизированном проектировании технологических процессов установлены ГОСТ 14.313—74.
Передача машине выполнения многих сложных и трудоемких процессов технологической подготовки производства позволяет резко ускорить и оптимизировать технологические разработки, снизить себестоимость ТПП, высвободить соответствующих работников. За человеком остаются творческие функции — принятие решений, общая оценка результатов, внесение необходимых изменений в ход машинного проектирования и т. п.
Являясь органической составной частью единой системы автоматизации проектных, конструкторских и технологических разработок (САПР), автоматизация технологической подготовки производства тесно связана, таким образом, с автоматизацией работ по проектированию нового изделия, а также с автоматизацией, на базе ЭВМ, управления процессами изготовления изделий на автоматизированном оборудовании.

¹   Подробно рассматриваются в курсе «Экономика отрасли».

²  Себестоимость детали при технико-экономическом анализе определяется в том случае, если в сопоставляемых вариантах технологического процесса запроектированы заготовки разных видов; при одинаковых заготовках сравнение ведут по себестоимости обработки резанием. Статьи цеховых накладных расходов, которые не зависят от технологического процесса и остаются неизменными в сопоставляемых вариантах, можно не учитывать. Часто ограничиваются учетом лишь тех затрат, которые в наибольшей степени влияют на себестоимость.

³ Результаты «ручного» проектирования постоянно пополняют соответствующие информационные массивы в памяти ЭВМ.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
73. Определите величину коэффициента закрепления операций при следующих данных: среднее штучно-калькуляционное время по операциям рассматриваемого технологического процесса ТШКср=28,2 мин; число из-готавливаемых по данному техпроцессу объектов N = 2800 штук в год; годовой фонд времени работы технологического оборудования Ф = 3950 ч.

74. Определите размер производственной партии, если программа выпуска данных деталей N = 2400 штук в год, а для обеспечения бесперебойной сборки изделий необходим пятидневный (д = 5) запас деталей на складе. Число рабочих дней в году принять Д=240.
75. Ознакомьтесь со структурой сборника основополагающих стандартов ЕСТД (Государственные стандарты Союза ССР. Единая система технологической документации.— Москва: Изд-во стандартов, 1975).
76. Ознакомьтесь с составом нормативно-справочной информации, переносимой из технологической документации на машинные носители (эта информация в технологических документах ЕСТД заключена в рамки, вычерченные утолщенными линиями).
77. С помощью ГОСТ 3.1901—74 ознакомьтесь с основными областями использования нормативно-справочной информации, содержащейся в технологических документах, для технико-экономических расчетов на ЭЦВМ.