Система показателей материалоемкости для оценки технологичности изделий приборостроения

Современное электронное приборостроение развивается по пути создания изделий с расширенными функциональными возможностями в любых условиях эксплуатации и локализацией функций управления внутри приборов. Для выполнения требований заказчика по массогабаритным характеристикам изделий, снижению энергопотребления, повышению надежности и качества, стойкости к излучениям и агрессивным средам, проектировщики приборов должны уделять большее внимание их отработке на технологичность, в том числе по рациональному выбору и использо- ванию материалов и компонентов [1, 2, 3]. Недостаточный учет и оценка влияния материалоемкости на технологичность конструкции (ТК) приборов на стадиях создания может привести к повышению их себестоимости, увеличению сроков проектирования и освоения изделий [4, 5, 6].

Номенклатура обрабатываемых материалов и их физикомеханические свойства влияют на количество режущего инструмента, оснастки, оборудования. Если степень разнотипности материалов в изделии высока, то это усложняет организацию работ по подготовке производства и материально-техническому снабжению. Рациональное ограничение материалов в конструкции изделия является важным аспектом обеспечения технологичности. Существенное внимание следует уделить и конструктивным мерам по направлениям: совершенствование методов прочностного расчета и снижения массы изделия; применение в конструкции металлов с высокими качественными характеристиками для снижения их объемов; ограничение номенклатуры марок и сортамента материалов в конструкции; применение унифицированных составных частей.

Требуется объективная оценка эффективности влияния этих мероприятий на изменения материалоемкости нового изделия по сравнению с аналогом. Материалоемкость изделия приборостроения, как показатель ТК, характеризует количество и стоимость материальных ресурсов, необходимых для создания одного прибора, эффективность их использования в процессе изготовления, а также дает сравнительную оценку изменения материалоёмкости по отношению к аналогу этого же класса.

Характеристику материалоемкости и рационального использования материалов дает ряд частных показателей, представленных в табл. 1. Для определения комплексного показателя ТК изделия приборостроения по материалоемкости можно за основу взять методы, представленные в [5, 7, 8]. Для оценки значимости частных показателей материалоемкости (табл.

• 1)    предусмотрено привлечение экспертов с производственным опытом.

Методика оценки их компетентности подробно изложена в [9].

Таблица 1. Показатели ТК изделия приборостроения по материалоемкости

Наименование показателя	Формула расчета	Обозначение составляющих формулы	Примечание и рекомендация к использованию
Коэффициент изменения массы изделия	к       =   пр изм.массы = ан	M пр – масса проектируемого изделия, M ан – масса аналога.	Характеризует оптимизацию конструкции по абсолютной массе
Коэффициент использования материала	м д IZ            д исп. = зд	M д – масса детали, M зд – масса заготовки детали.	Характеризует рациональность формообразования заготовки и уровень безотходности
Удельная материалоемкость изделия	м изд изд уд =	M изд – масса изделия, Р – значение технического параметра изделия.	Для изделий приборостроения используется редко, так как установление обобщённого параметра требует сложных расчетов
Коэффициент применяемости материала	Nt К  = — прим. = и	N i – норма расхода i -го вида материала в проектируемом изделии, N и – норма расхода всех видов материала на изготовление проектируемого изделия.	Оценку осуществляют по разным группам материалов, например, по конструкционным черным металлам, цветным металлам и их сплавам, драгоценным металлам, сплавам с эффектом памяти, неметаллическим материалам, волокнистым и композиционным материалам
Коэффициент изменения массы материала в изделии	Mt изм.   =	M i – масса использованного в проектируемом изделии i -го вида материала, M io – масса использованного в аналоге i -го вида материала.
Коэффициент изменения номенклатуры материалов	К изм. t =1+ + (1- ∑ н ) V^o у ∑1=11 to	T i – кол-во применяемых в проекте изделия сортаментов i -й марки материала, Ti0 – кол-во примененных в конструкции аналога сортаментов i -го вида материала, k – кол-во видов материалов в проектируемом изделии, k 0 – кол-во видов материалов в аналоге.	Показывает разнообразие используемых марок и профилей материала

Эксперты, используя метод парных сравнений, определяют степень влияния каждого частного показателя материалоемкости в целом на ТК прибора. Общее число сравниваемых пар равно i (i – 1), где i – общее число коэффициентов материалоемкости, представленных в табл. 1. Эксперт сравнивает каждый показатель с каждым, т.е. проводит C2 сравнений, где n

• - количество показателей. В результате опроса от каждого эксперта получают матрицу бинарных отношений размерностью n × n , в которой по строкам и столбцам представлены сравниваемые показатели ТК. При обработке матрицы определяется общее число предпочтений к -го эксперта по каждому i -му показателю sk , рассчитывается среднее число предпочтений i -го

показателя по всем экспертам

m

2 s k

5 = -^1—

m где к - порядковый номер эксперта (к = 1,..., m).

Оценивают согласованность мнений экспертов с помощью диспер- сионного коэффициента конкордации W и определяют веса представитель- ного показателя ТК согласно формуле:

b =

S i

n

2 5.

I = 1

где bi - вес i-го показателя ТК при условии у^ = 1; 5, - среднее суммар- i =1

ное число предпочтений i -го частного показателя ТК по всем экспертам m ; n - число показателей материалоемкости.

Комплексный показатель технологичности по критерию материалоемкости следует определять по формуле:

^∑ мат.     уп и .

∑

Разработанная система показателей ТК по критерию материалоемкости позволяет на этапах проектирования обосновать техникоэкономическую целесообразность применения тех или иных материалов в конструкции изделия, оптимизировать его по материало- и трудоемкости.