Организация процесса конструирования новой продукции

Конструирование новой продукции является логическим продолжением выполненных НИР и выступает своеобразным инструментом перехода от лабораторных исследований к непосредственному промышленному производству. В общем случае, процесс конструирования состоит из двух укрупненных этапов: этапа опытно-конструкторских разработок (ОКР) и этапа конструкторской подготовки производства (КПП). В тех случаях, когда проектирование новой продукции и ее производственное освоение выполняется на одном и том же предприятии, данные этапы без разрывов во времени перетекают друг в друга. В тех же случаях, когда разработка продукции ведется в специализированных проектных организациях (конструкторских бюро), а ее освоение осуществляется независимыми промышленными предприятиями, этапы конструирования могут обособляться друг от друга и во времени и организационно.

Опытно-конструкторские разработки представляют собой комплекс работ, направленных на создание комплекта чертежной документации для изготовления и испытания опытных образцов новой продукции с заданными потребительскими свойствами.

На отечественных предприятиях содержание и порядок выполнения работ на стадии ОКР регламентируются комплексом ГОСТов, определяющих структуру разрабатываемых конструкторских документов (система ЕСКД) и порядок их создания. В соответствии с этими стандартами, выполнение ОКР включает в себя разработку следующих блоков документов: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект и рабочий проект.

Техническое заданиеявляется исходным документом, на основе которого осуществляется вся последующая работа по проектирова­нию нового изделия. Оно разрабатывается либо предприятием-изготовителем новой продукции и при наличии конкретного заказчика согласуется с ним, либо самим заказчиком.

В техническом задании устанавливается назначение будущего изделия и оговариваются его основные технические и эксплуатационные параметры (функциональные характеристики, габариты, надежность, экономичность, безопасность, транспортабельность, ремонтопригодность и т.д.).

Техническое предложениеразрабатывается в том случае, если техническое задание разработчику нового изделия выдано заказчиком. В этом случае, техническое предложение представляет собой технико-экономическое обоснование возможных вариантов технических решений по созданию оговоренного в задании изделия. Техническое предложение разрабатывается на основе детализированного анализа патентных материалов и результатов маркетингового исследования целевых сегментов рынка и имеет своей целью выбор такого варианта новой конструкции, который способен обеспечить максимально высокий интегральный уровень качественных параметров изделия. Подобный выбор предполагает попарное сравнение возможных вариантов конструкции с параметрами эталонного образца изделия по стандартной методике, принятой в системах менеджмента качества.

После своего согласования и утверждения, техническое предложение становится документальным основанием для разработки эскизного проекта конструкции нового изделия.

Эскизный проектструктурно состоит из графической части и поясни­тельной записки. Графическая часть отражает принципиальные конструктивные решения, определяющие основные принципы работы нового изделия, и оформляется в виде чертежей общего вида и различных блок-схем.

В пояснительную записку к эскизному проекту включаются: расчет основных параметров предлагаемой конструкции, описание принципиальных эксплуатационных особенностей нового изделия, а также предполагаемый график дальнейших работ по технической подготовке производства.

После своего составления, эскизный проект проходит те же стадии согласования и утверждения, что и техническое предложение. По результатам эскизного проектирования осуществляется изготовление макетов нового изделия и проводятся их испытания, по итогам которых первоначальная чертежная документация корректируется. Создание макетов позволяет добиться удачной компоновки отдельных частей изделия, подобрать оптимальные эстетические и эргономические решения и тем самым ускорить разработку конструкторской документации на последующих стадиях технической подготовки производства.

Технический проектразрабатывается на основе утвержденного эскизного проекта и состоит из совокупности конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, которые дают полное представление об устройстве разрабатываемого изделия и исходные данные для разработки рабочей документации.

Технический проект, также как и эскизный, состоит из графической и расчетной частей. Его графическую часть составляют предварительно согласованные с технологами общие чертежи проектируемого изделия, чертежи его отдельных узлов и основных деталей. В пояснительной записке содержатся описание и расчет параметров основных сборочных единиц и базовых деталей изделия, описание принципов его работы, обоснование выбора материалов и видов защитных покрытий, описание всех конструкторских схем и окончательные технико-экономические расчеты.

После своего составления, технический проект проходит те же стадии согласования и утверждения, что и эскизный.

Рабочий проект является дальнейшим развитием и конкретизацией технического проекта и предполагает разработку рабочей документации для изготовления опытных образцов нового изделия. Разработка рабочего проекта выполняется в три или пять стадий.

На первой стадии комплектуется полный набор необходимой чертежной документации, на основе которой определятся потребность в закупке на стороне отдельных узлов, деталей, и комплектующих и которая передается в экспериментальный цех для изготовления опытных образцов.

На второй стадии рабочего проектирования проводятся различного рода внутризаводские испытания опытных образцов нового изделия (эксплуатационные, климатические испытания, тесты на безопасность и т.д.).

Третий этап заключается в корректировке первоначально составленной конструкторской документации по результатам проведенных заводских испытаний опытных образцов.

Если изделие нуждается в государственной сертификации, то на четвертом этапе опытные образцы передаются в специализированные тестовые центры, в которых проводятся их государственные испытания.

Пятый этап рабочего проектирования состоит в окончательной корректировке конструкторской документации по результатам проведенных государственных испытаний.

Конструкторская подготовка производства представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов корректировки разработанной на этапе ОКР конструкторской документации с целью ее приспособления к специфическим условиям конкретного производства. КПП является логическим продолжением ОКР и имеет своей основной целью адаптацию созданной рабочей документации к условиям будущего производства новой продукции при обязательном сохранении заложенных в конструкцию параметров качества.

Для условий единичного производства, выполнения индивидуальных заказов или экспериментальных работ подготовка конструкторской документации на новый продукт полностью завершается на этапе ОКР. Если же предполагается организация повторяющегося (серийного или массового) производства нового продукта, то разработку рабочей конструкторской документации принято осуществлять поэтапно: сначала - на опытный образец, затем - на установочную серию нового продукта и, далее - на устойчивое, повторяющееся производство. В таком итерационном процессе, составляющем содержание конструкторской подготовки производства, последовательно отрабатываются качественные параметры нового продукта и решаются две главные задачи:

a) повышение уровня унификации и стандартизации конструкции;

b) обеспечение технологичности продукта.

Унификация представляет собойкомплекс мер, направленных на устранение нео­боснованного многообразия типов, конструкций и размеров отдельных компонентов продукции (ее узлов, деталей и заготовок). Основанная на применении в конструировании типовых технических решений, унификация позволяет существенно сократить трудоемкость и сократить сроки проектирования и освоения производства нового продукта при сохранении ее качественных характеристик.

Основными инструментами конструктивной унификации выступают:

1. сокращение номенклатуры сборочных единиц и деталей, имеющих одинаковое или сходное эксплуатационное назначение и параметры;

2. заимствование отдельных деталей и узлов для нового продукта из числа ранее освоенных в производстве на основе конструктивной преемственности;

3. создание параметрических рядов (гамм) продуктов, аналогичных по конструктивному решению, но различных по габаритам, мощности и другим эксплуатационным параметрам;

4. типизация форм и размеров деталей и заготовок, профилей и марок используемых конструкционных материалов.

Высшей формой унификации является конструкторская стандартизация, которая предполагает установление и обязательное выполнение единых норм на используемые при конструировании продукции технические решения.

Одной из прогрессивных форм конструирования новой продукции на основе унификации и стандартизации является агрегирование, по­зволяющее осуществлять так называемое модульное проектирование продукта.

Агрегирование -это система проектирования продукта путем его компоновки его из ограниченного числа унифицированных элементов (модулей), имеющих универсальное назначение и легко комбинируемых между собой. Использование модульного проектирования резко сокращает сроки проведения и затраты на раз­работку продукта, позволяет широко применять современные систе­мы автоматизированного проектирования (CAD-системы).

Для количественной оценки уровня конструкторской унификации и стандартизации принято использовать следующие основные показатели:

Коэффициент преемственности конструкции рассчитывается для каждого отдельного вида продукции и характеризует долю заимствованных конструктивных элементов изделия в общей совокупности таких элементов:

;

(2.8)

где N – общее количество составных частей изделия определенного уровня агрегирования (узлы, подузлы, детали);

N_o - количество оригинальных составных частей изделия, разработанных индивидуально для данного продукта.

Коэффициент внутренней повторяемости конструкции также рассчитывается по отдельным видам продукции и характеризует насыщенность конструкции изделия повто­ряющимися составными частями, т.е. степень взаимозаменяемости таких частей:

;

(2.9)

где N_нп - количество неповторяющихся составных частей изделия.

Коэффициент межпроектной унификации рассчитывается по группе сходных продуктов и характеризует уровень конструкторского заимствования внутри такой группы:

;

(2.10)

где N_i -количество типоразмеров составных частей i-го продукта рассматриваемой группы;

n – общее количество входящих в группу видов продукции;

N_гр - общее количество типоразмеров составных частей по всей группе продукции;

N_max - максимальное количество типоразмеров составных частей одного продукта группы.

Обеспечение технологичности продуктапри его проектировании составляет одну из важнейших задач конструкторской подготовки производства и направлено на сокращение фактороемкости последующих процессов ее производства и практического использования. Принято различать производственную и эксплуатационную технологичность конструкции продукта.

Производственная технологичность представляет собой совокупность характеристик конструкции продукта, определяющих степень соответствия этой конструкции организационно-технологическим условиям его производства на конкретном предприятии. В качестве таких условий выступают:

• масштабы производства;

• его организационный тип;

• применяемые методы организации производственных процессов во времени и пространстве;

• видовой состав производственного оборудования;

• квалификационная структура персонала и др.

Производственная техно­логичность продукта оценивается тремя группами показателей:

1. конструктивные показатели (габариты изделия и его конструктивных элементов, уровень унификации и стандартизации конструкции, разнообразие используемых материалов и др.);

2. технологические показатели (материалоемкость, процент выхода годного продукта, нормы расхода материалов, класс точности изготовления, потребность в специализированном оборудовании и оснастке и др.)

3. экономические показатели (трудоемкость производства, его эффективные масштабы, удельная себестоимость продукции, длительность производственного цикла и др.).

Эксплуатационная технологичность характеризует степень соответствия конструкции продукта планируемым условиям его эксплуатации. Для ее оценки используются такие показатели, как:

1. степень эксплуатационной надежности конструкции;

2. трудоемкость ремонта и профилактического обслуживания продукта;

3. удельные затраты на текущее обслуживание и ремонт и др.

Высокая технологичность конструкции изделия может быть обеспечена только при применении прогрессивных конструкторских решений на всех стадиях проектирования нового продукта. Важным фактором эффективности работы по повышению технологичности является привлечение к процессам проектирования нового продукта специалистов технологических, производственных и маркетинговых служб предприятия.