Обеспечение технологичности конструкции изделий авиационной техники на основе комплексного моделирования процессов производства

Переход на цифровые технологии проектирования и производства повышает эффективность качественной оценки ТКИ. Представление технологического процесса в виде виртуальной модели, описывающей взаимодействие электронных моделей изделий и элементов производственной системы, позволяет отрабатывать конструкцию изделия на соответствие ряду требований: для сборочно-монтажных единиц – технологическую завершенность, собираемость, возможность доступа оборудования и исполнителя в зону выполнения работ и т.д.

Имитационное моделирование с использованием электронных моделей позволяет оптимизировать производственные процессы с учетом загрузки оборудования, использования трудовых ресурсов и других показателей эффективности производства [4].

Современный подход к организации конструкторско-технологического проектирования в условиях электронного определения изделия заключается в необходимости параллельной разработки конструкции, технологии и производственной системы (рис.1).

При этом должны обеспечиваться [6]:

• -    организация процесса технологического проектирования на различных стадиях проекта (технического предложения, эскизного проектирования, рабочего проектирования);

• -    повышение точности оценки достоверности и объективности выбора КТР по мере накопления и уточнения информации на каждом последующем этапе проектирования;

• -    использование электронной конструкторской модели изделия в качестве исходных данных для проектирования технологических процессов и средств технологического оснащения;

• -    формирование технологических электронных моделей изделий и их использование для

  

  Рис. 1. Схема формирования и оптимизации конструктивно-технологических и организационно-технических решений производства изделий АТ

  
  

моделирования и визуализации технологических процессов;

• -    поддержка методологии многоуровневого вариантного проектирования с учетом конфигурации изделия, технологической системы и схем организации производства.

В соответствие со схемой (рис.1) выбор оптимальных конструктивно-технологических решений осуществляется на основе расчета и анализа показателей технологичности на разных этапах реализации проекта:

• -    при разработке концептуальных КТР и ОТР (этап II) оценка показателей технологичности (себестоимости и трудоемкости изготовления изделий, трудоемкости и себестоимости технологической оснастки, производственных циклов) осуществляется по экономико-математическим моделям, разработанным отраслевым институтом (НИАТ);

• -    при проектировании и электронном моделировании конструкции, технологии и производственной системы (этап III) - на основе нормирования затрат на компоненты КТР;

• -    при построении «кривых освоения» (снижение трудоемкости и себестоимости изделия в зависимости от серийного номера машины) (этап IV) - на основе расчета ТЭП производственных конфигураций;

• -    при интегральной отработке процессов производства (этап V) - на основе методов имитационного моделирования

В рыночных условиях при реализации концепции проектирования под заданную стоимость в качестве основного показателя технологичности принимается технологическая себестоимость изделия (СТС). Другие показатели технологичности (например, для сборочных единиц: коэффициенты панелирования, прессовой клепки, автоматизированной постановки болтов и т.д.) должны рассматриваться как дополнительные, указывающие на резервы снижения технологической себестоимости.

Несмотря на то, что оценка затрат, входящих в технологическую себестоимость, в различных работах несколько отличается, можно принять, что ее основными составляющими являются:

• С _М – расходы на материалы;

СЗ – расходы на заработную плату основных производственных рабочих;

ССТО – затраты на проектирование, изготовление и монтаж средств технологического оснащения (оборудование, приспособления, инструмент, средства автоматизации);

СЭПС – расходы на эксплуатацию производственной системы.

Проектирование и количественная оценка составляющих себестоимости осуществляется различными группами специалистов (конструкторов, технологов, плановиков) с использованием локальных автоматизированных систем. Поскольку для оценки составляющих себестоимости необходима информация, содержащаяся в различных разделах баз данных проекта, то расчет СТС должен осуществляться в интегрированной программно-информационной среде конструкторско-технологического проектирования и планирования производства по двухуровневой схеме (рис. 2):

I – формирование и оценка электронных моделей проектных решений (изделия, технологических процессов, производственной системы) в локальных автоматизированных системах;

II–интегральная оценка технологической себестоимости на основе анализа комплекса

ИНТЕГРИРОВАННАЯ ПРОГРАМММНОИНФОРМАЦИОННАЯ СРЕДА

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПЛАНИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Проектирование технологических процессов изготовления и сборки изделия

Проектирование СТО и процессов их изготовления

Проектирование производственных систем и процессов их функционирования

Проектирование конструкции изд елия

КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОННЫХ МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ И ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА

Изд ели е

Технологи и осн овн ого п ро извод ства

Технологи и вспомогательного п ро изводства

Про извод ство

Конструкторские электрон ные мод ели из делия (КЭМ И)

Техн ологические электронн ые модели из д елия (ТЭМ И)

Электрон ные модели технологических процессов (ЭМТП)

Конструкторские и техн ологические электронн ые модели СТО (ЭМ СТО)

Электрон ные модели ТП изготовлен ия СТО (ЭМ ТП СТО)

Электрон ные мод ели производственных систем (ЭМ ПС)

Электрон ные цикловые графики проц ессов производства (ЭЦГП1)

Электронные цикловые графики процессов эксплуатации элементов ПС (ЭЦГПС)

СТС = СМ + Сз  +  ССТО  +  СЭПС

Рис. 2. Структура комплекса электронных моделей для расчета технологической себестоимости изделий АТ электронных моделей объектов и процессов производства.

Для реализации процедур автоматизированного расчета показателей технологичности, включая технологическую себестоимость, необходимо:

• -    сформировать соответствующий атрибутивный состав электронных моделей компонентов конструктивно-технологических и организационных решений (моделей изделий, технологических процессов, элементов производственных систем и электронных цикловых графиков) и настроить модель данных PDM-системы, а также систем конструкторско-технологического проектирования и планирования;

• -    разработать и программно реализовать запросно-ответную систему, позволяющую обработать информационные массивы модели данных в соответствии с алгоритмами расчета показателей технологичности;

• -    актуализировать базу данных нормативносправочной информации для проведения расчетов показателей технологичности изделий.

При оценке затрат на материалы СМ массу материала, необходимого для изготовления изделия, можно представить в виде суммы двух составляющих:mИ+mО, где mИ – масса компонента изделия, а mО – масса отходов. Тогда:

С М =m И . Ц М +m О . (Ц М – Ц О ), (1) где Ц_М и Ц_О – соответственно цены на исходные материалы и отходы.

Конструкторские электронные модели изделия (КЭМ И) содержат информацию о применяемых материалах в финальном состоянии; технологические электронные модели сборочных единиц, деталей и заготовок (ТЭМ И)– в исходном (полуфабрикаты и заготовки) и промежуточных состояниях изделия. Процедура расчета СМзаключается в автоматизированной обработке конструкторского и технологического дерева изделий с учетом данных о стоимости материалов, хранящихся в электронных справочниках.

Затраты на заработную плату основных производственных рабочих СЗ рассчитываются по каждому технологическому процессу на основании штучно-калькуляционного времени (ТШК) с учетом тарифных ставок и коэффициентов, учитывающих отчисления в социальный фонд, метод организации работ (бригадный или многостаночное обслуживание) и коэффициент переработки норм. Данные процедуры реализованы базовым функционалом системы ТеМП.

Для расчета затрат на проектирование, изготовление и монтаж средств технологического оснащения ССТО необходимо в специализированных системах выполнить проектирование СТО и сформировать их конструкторские и технологические макеты, а также спроектировать технологические процессы изготовления и монтажа СТО. Этот комплекс работ является длительным и трудоемким и в полном объеме реализуется при технологической подготовке производства на заводах-изготовителях. На этапах эскизного и рабочего проектирования при разработке директивных технологических процессов делается укрупненная оценка затрат на СТО с использованием экономико-математических моделей. При этом осуществляется:

• -    предварительная оценка затрат на проектирование и изготовление СТО с разбивкой по агрегатам планера и видам работ;

• -    уточненная оценка трудоемкости изготовления СТО по формулам, учитывающим конструктивные особенности агрегата, тип и назначение оснастки, геометрические характеристики, количество конструктивных элементов.

Для снижения трудоемкости расчетов разрабатываются технологические классификаторы элементов конструкции и выделяются типовые представители технологических групп, для которых осуществляется проектирование и нормирование технологических процессов, разработка и оценка затрат на изготовление СТО, а далее расчеты ТЭП переносятся на каждый представитель, входящий в технологическую группу, с учетом поправочных коэффициентов. Доля амортизационных расходов на СТО, входящих в себестоимость изделия, должна определяться с учетом программы выпуска (N0) [3].

При расчете затрат на эксплуатацию элементов производственной системы СЭПС учитываются затраты ресурсов на реализацию производственных процессов, а также на проведение планово-предупредительных ремонтов оборудования и средств автоматизации.

В рамках проекта развития интегрированной автоматизированной системы информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов гражданской и транспортной авиации, реализуемого на ЗАО «Авиастар-СП» с участием специалистов УлГУ и МАТИ была разработана и апробирована методика укрупнённого расчёта трудоёмкости изготовления средств технологического оснащения (СТО) на ранних стадиях проекта. Для автоматизации процедур расчета трудоемкости изготовления СТО было разработано соответствующее информационное обеспечение системы ТеМП (базовые и комплексные технологические модули), позволившее отработать методику на ряде агрегатов транспортного самолета (рис. 3).

Рис. 3. Результаты укрупненной оценки трудоемкости изготовления и монтажа стапеля сборки отсека фюзеляжа

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Государственного контракта № 12.527.11.0010.