ГЛАВА XXII
ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
§ 59. ПОНЯТИЕ О КАЧЕСТВЕННОЙ И КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ
Оценка технологичности конструкций имеет целью установить, как полно при проектировании конструкции учтены технологические требования и требования рациональной организации Производственного процесса при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте изделия. Оценка технологичности конструкции изделия может быть качественной и количественной.
Качественная оценка технологичности («плохо—хорошо», «хуже—лучше») осуществляется визуально по отдельным конструктивно-технологическим признакам проектируемой (или спроектированной) конструкции; она основана на проверке выполнения изложенных в гл. XXI требований к конструкции, соответствующих различным методам формообразования, обработки и сборки, а также условиям технического обслуживания и ремонта изделия. Качественная оценка характеризует технологичность на основе опыта исполнителя и поэтому субъективна, приближенна и в ряде случаев недостаточно достоверна.
Количественная оценка технологичности конструкции изделия выражается системой показателей, характеризующих степень удовлетворения требований к технологичности конструкции и являющихся критериями технологичности. Количественная оценка, таким образом, дает возможность сравнить различные конструктивные варианты по технологичности с необходимой точностью и объективностью и определить наиболее эффективные способы усовершенствования конструкции с целью повышения ее технологичности.
В практике проектирования изделий качественный и количественный виды оценки технологичности используются комплексно, дополняя друг друга. Качественная сравнительная оценка вариантов конструкции производится на всех стадиях проектирования изделия, когда осуществляется выбор лучшего конструктивного решения и не требуется установления степени различия в технологичности сравниваемых вариантов. Качественная оценка технологичности предшествует количественной и определяет целесообразность и объем последней. Количественная оценка рациональна только по тем конструктивно-технологическим признакам изделия, которые существенно влияют на технологичность рассматриваемой конструкции, и должна быть надежной и по возможности несложной.
§ 60. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
Конструкция каждого изделия оценивается, как известно, по многим техническим, технико-экономическим и другим показателям. Однако методы количественной оценки технологичности существенно отличаются от методов, принятых для определения других показателей изделия.
Так, если показатели назначения изделия, его прочность, жесткость, надежность и т. п. можно определить известными расчетноаналитическими способами и проверить экспериментально, то использование аналогичного подхода для определения показателей технологичности конструкции практически невозможно, так как технологичность обусловливается большим количеством конструктивных, технологических и организационно-технических факторов.
В развитие государственных стандартов, регламентирующих правила обеспечения технологичности конструкции изделий, разработаны специальные методики [14, 2, 3], согласно которым количественная оценка технологичности основывается, как уже отмечалось выше, на системе показателей технологичности1. Эти показатели можно классифицировать следующим образом: производственные и эксплуатационные; технико-экономические и технические; основные и дополнительные; частные и комплексные; абсолютные и относительные; базовые и достигнутые (характеризующие фактический уровень технологичности разрабатываемой конструкции).
К технико-экономическим относят показатели, определяющие технологичность конструкции с точки зрения затрат (в том числе удельных и относительных) труда или стоимостных средств по стадиям изготовления, эксплуатации и ремонта изделия. Это такие показатели, как трудоемкость изготовления и технологическая себестоимость изделия, относительная трудоемкость заготовительных работ, относительная трудоемкость (себестоимость) подготовки изделия к функционированию и его ремонтов, удельная трудоемкость (себестоимость) изготовления (профилактического обслуживания, ремонта) изделия и т. д.2. Техническими являются показатели, характеризующие технологичность конструкции в отношении унификации и стандартизации, использования материалов, точности изготовления и т. п. Это такие показатели, как коэффициент унификации (стандартизации) изделия, коэффициент применения типовых технологических процессов, масса и удельная материалоемкость изделия, коэффициент использования материала, коэффициент шероховатости поверхности и т. д.
Согласно ГОСТ 14.202—73 трудоемкость изготовления и технологическая себестоимость изделия считаются основными, а все остальные показатели — дополнительными показателями технологичности. Частный показатель технологичности конструкции характеризует одно из свойств технологичности, а комплексный — несколько. Технические показатели технологичности являются частными, а технико-экономические — комплексными показателями. Базовым называют показатель, принятый за исходный при оценке технологичности. Уровень технологичности конструкции определяется относительно соответствующего значения базового показателя.
Численные значения (Кi) относительных показателей технологичности наиболее удобно принять в пределах 0≤Кr≤1. В этом случае значение Кr дает наглядное представление об уровне технологичности проектируемой конструкции относительно лучшего (с точки зрения данного показателя) конструктивного решения, удовлетворяющего требованиям технологичности на 100%.
Оценка уровня технологичности проектируемой конструкции количественными методами, как средство управления технологичностью, осуществляется в принципиально различных условиях на разных стадиях создания изделия: а) в процессе конструкторской подготовки производства, б) после окончания проектирования, в) после технологической подготовки опытного производства, изготовления и отработки опытного образца (серии) изделий, г) на стадии установившегося серийного (массового) производства.
Определение показателей технологичности на ранних стадиях конструкторской подготовки производства в ряде случаев неизбежно носит характер прогнозирования этих показателей в зависимости от тех предварительных конструктивных и технологических признаков проектируемого изделия, которые выявлены на каждой конкретной стадии проектирования. На поздних стадиях конструкторской подготовки, в частности при разработке рабочей документации проектируемого изделия, когда имеется более полная и всесторонняя информация о его конструктивно-технологических особенностях, достоверность и точность оценки технологичности значительно возрастают.
В связи со сказанным на ранних стадиях проектирования для управления технологичностью конструкции могут быть использованы такие средства анализа, как математический аппарат корреляционно-регрессионной обработки статистических данных, интерполяционные эмпирические формулы, балльно-экспертные оценки, корректирующие коэффициенты и др. На более поздних стадиях можно применить наряду с перечисленными и другие количественные методы: например, оценка трудоемкости станочной обработки может быть быстро и достаточно точно выполнена с помощью специально разработанных для конструктора универсальных нормативов; в наиболее ответственных случаях отработки конструкций на технологичность может быть использован метод оптимального планирования и др.
Оценка технологичности конструкции на стадии установившегося производства имеет целью определить соответствие достигнутых показателей технологичности базовым. Она может быть выполнена довольно просто с использованием нормативных (отчетных) данных, имеющихся в технологической и конструкторской документации предприятия — изготовителя изделия. Результаты этой оценки служат также делу накопления статистических данных с целью последующего использования их для уточнения методик количественной оценки технологичности.
1 Определения показателей технологичности приведены в ГОСТ 18831—73. С некоторыми из них мы уже познакомили читателя в § 52 и 53.
2 Удельные и относительные показатели определяются путем деления абсолютных показателей соответственно на номинальное значение основного параметра изделия или на трудоемкость (технологическую себестоимость) его изготовления.
Номенклатуру показателей для количественной оценки технологичности конструкции выбирают в каждом конкретном случае в зависимости от вида изделия, его специфики и сложности, объема выпуска, типа производства и стадии разработки конструкторской документации.
Сущность некоторых методов, применяемых для определения численных значений показателей технологичности, изложена в § 61-63, а конкретные приложения этих методов к оценке технологичности деталей и узлов локомотивов показаны в § 65-67. Трудоемкость расчетов, связанных с определением численных значений показателей технологичности, резко снижается при использовании современных средств вычислительной техники.
§ 61. ПРИМЕНЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННО-РЕГРЕССИОННОГО АНАЛИЗА СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ конструкций
Математический аппарат корреляционно-регрессионного анализа может быть эффективно использован для оценки технологичности конструкций как на ранних стадиях конструкторской подготовки производства в условиях ограниченной информации о проектируемом изделии, так и на более поздних этапах проектирования при возрастании объема такой информации.
Корреляционно-регрессионный анализ (равно как и метод интерполяционных эмпирических формул) позволяет в результате математической обработки отчетно-статистических данных по ранее изготавливаемым изделиям одного назначения получить математические модели зависимости показателей технологичности от тех конструктивно-технологических характеристик изделий и организационно-технических факторов производства, которые выявлены на каждой конкретной стадии проектирования. Следует подчеркнуть, что использование других математических методов для получения, например, моделей комплексных технико-экономических
показателей технологичности практически затруднено, так как между конструктивными, технологическими и организационными факторами, с одной стороны, и технико-экономическими показателями технологичности — с другой, отсутствует однозначное соответствие и наблюдаются ряды распределения.
Рассмотрим основные положения метода корреляционнорегрессионного анализа. Наличие корреляционно-регрессионной зависимости устанавливается по следующим этапам: выбор учитываемых факторов; отбор статистических данных по этим факторам; составление уравнения регрессии; оценка точности полученного уравнения.
Выбор учитываемых факторов, между которыми необходимо установить связь, является ответственным этапом, так как математический аппарат теории множественной корреляции может дать удовлетворительные результаты только при наличии причинно-следственных связей между такими факторами.
При выборе учитываемых факторов следует руководствоваться логически-профессиональным анализом, обращая особое внимание на физическую природу связи между ними. Включение в формулу факторов, физическую природу связи которых нельзя объяснить ни логически, ни профессионально, приведет к ошибочной математической модели явления. Число факторов не должно быть слишком большим, иначе модель будет громоздкой, мало пригодной к практическому использованию; независимые факторы не должны находиться между собой в функциональной или близкой к ней связи.
При отборе статистических данных по учитываемым факторам необходимо обеспечить независимость результатов наблюдения по исследуемым объектам. Если число объектов изучения невелико (до 100), то для исследования надо принять все данные. При большом числе объектов следует применить метод «черного ящика», т. е. независимой представительности в выборке из генеральной совокупности. Эту же работу можно выполнить, пользуясь таблицей случайных чисел.
При составлении уравнения регрессии1 прежде всего следует установить, какова форма связи (линейная или нелинейная) между исследуемым показателем технологичности и определяющими его факторами.
1 Уравнением регрессии в теории математической статистики называют уравнение, устанавливающее связь между зависимым переменным (фактором-функцией) и независимыми переменными (факторами- аргументами); если связь определяется для трех и более переменных, имеет место уравнение множественной регрессии.
Линейная зависимость выражается уравнением вида
Для получения расчетной формулы (14) после решения уравнения (15) производится потенцирование. Методика решения уравнений (13) и (15) одинакова; она приведена в специальной литературе.
Для оценки точности полученного уравнения необходимо вычислить значения функции в зависимости от значений аргументов и найти среднеквадратическое отклонение расчетных величин функции от их опытных данных. Важную роль в оценке точности корреляционной модели играет расчет так называемого коэффициента множественной корреляции; чем ближе величина этого коэффициента к единице, тем теснее связь между факторами.
Получение математических моделей для комплексных показателей технологичности конструкции рассмотренным методом, а также вычисления по полученным формулам при сравнении вариантов конструктивных решений следует автоматизировать с помощью современных средств вычислительной техники.
§ 63. ЭКСПЕРТНЫЕ МЕТОДЫ В ОЦЕНКЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
Экспертные методы для оценки технологичности конструкций чаще всего используются в ситуациях, когда достоверность информации, необходимой для принятия решения, невелика (см., например, §62 — оценка К). Экспертные оценки являются вероятностными; они основаны на способности специалиста-эксперта давать полезную информацию в условиях неопределенности. Информация, полученная от группы экспертов, соответствующим образом обрабатывается. При этом предполагается, что «истинное» значение исследуемой характеристики находится внутри диапазона оценок и что «обобщенное» коллективное мнение более достоверно, чем индивидуальная оценка.
С принципами подготовки, анализа и математической обработки информации, получаемой от ученых и специалистов, выступающих в качестве экспертов, а также с использованием экспертных методов при прогнозировании и долгосрочном планировании научно-технического прогресса студент может ознакомиться, прочитав книгу С. Д. Бешелева, Ф. Г Гурвича «Экспертные оценки» (Москва: Наука, 1973) или другую специальную литературу.
Экспертные оценки для анализа технологичности конструкций правомерно использовать только там, где невозможно применить другие, более точные, подходы. Как отмечено в указанной книге, «экспертные методы — это искусство давать неточные ответы на те практические вопросы, на которые даются еще худшие ответы другими методами» (с. 157).
Задания для самостоятельной работы
104. Ознакомьтесь с ГОСТ 14.202—73, регламентирующим правила выбора показателей технологичности конструкции изделий, и ГОСТ 18 831—73, где приведены их определения.
105*. Определите коэффициент унификации изделия, структура которого отражена на рис. 200. Сборочные единицы (технологические узлы) выделены на схеме утолщенными линиями, унифицированные составные части заштрихованы.
Рис. 200