Конструкторский анализ процесса сборки

Английское слово design имеет множество разных значений. Иногда оно означает эстетическое оформление (дизайн) изделия, например форму автомобиля, текстуру материала, форму и отделку консервного ножа. В другом случае это слово означает процесс определения базовых параметров какой-либо системы. Так, например, прежде чем приступить к рассмотрению деталей, дизайн энергоагрегата может означать процесс определения характеристик его отдельных элементов: генератора, насосов, бойлеров, соединительной системы ит.д,

Существует и еще одна интерпретация английского слова design, согласно которой оно означает процесс детализации сведений о материалах, формах и допустимых отклонениях всех отдельных детален продукта, т.е. его проектирование. Именно этой теме посвящен данный раздел. Проектирование - это деятельность, которая начинается с создания чертежей компонентов н сборочных узлов и осуществляется в системе автоматизированного проектирования (Сотриter-Aided Design - - CAD). Процесс автоматизированного проектирования подробно описан в дополнении к этой главе. При этом создаются подробные чертежи отдельных деталей и все сборочные чертежи. Затем готовые чертежи передаются инженерам по разработке процесса сборки и инженерам-технологам, задача которых заключается в создании и оптимизации производственного процесса, на основе которого будет производиться продукция после окончания проектированная. Зачастую именно на этой стадии обнаруживаются проблемы, связанные с производством и сборкой, и делаются заявки о необходимости изменения конструкции. Довольно часто эти изменения бывают настолько существенны, что приводят к значительным дополнительным расходам и в конечном итоге могут стать причиной задержки срока выпуска новой продукции.

Традиционное отношение проектировщиков к производственному процессу можно описать следующим образом: "Мы это спроектировали, а вы производите". Сегодня для такого подхода даже введен новый термин - "работа через стену". Это означает, что проектировщики как бы сидят с одной стороны стены и "перебрасывают" через нее готовый проект инженерам-технологам, отгораживаясь от дальнейшей деятельности. В результате последним приходится разбираться со всеми проблемами, возникающими из-за того, что их мнение в ходе проектирования продукции не учитывалось. Один из способов избежать такой ситуации предполагает постоянные консультации проектировщиков с инженерами-технологами, т.е. групповой подход. Создаваемые с этой целью группы совместной инженерной разработки нуждаются в специальных инструментах для анализа, помогающих изучать предложенные проекты и оценивать их с точки зрения сложности и стоимости производства.

Сущность конструкторского анализа

Рассмотрим пример конструкторского анализа с точки зрения процесса сборки изделия (Design for Assembly Analysis - DFA)4. На рис. 4.5 изображен узел электропривода с датчиком положения, перемещающийся по двум стальным направляющим полозкам.

Такой привод применяется для автоматического управления открытием и закрытием окна, как, например, в торговых точках McDonald's, обслуживающих водителей прямо в автомобилях. По техническим нормам устройство должно быть помещено в цельный корпус со съемной крышкой для доступа к механизму настройки позиционного датчика. Основное требование к устройству заключается в том, что оно должно иметь жесткое основание, спроектированное таким образом, чтобы узел мог скользить вверх и вниз по направляющим, служащим опорой для привода, и чтобы датчик размещался в определенном положении. Мотор и датчик должны быть соединены проводами с источником тока и блоком управления.

Первоначально предложенное конструкторами решение представлено на рис. 4.6.

В основании есть две втулки со вкладышами, которые предохраняют отверстия от быстрого износа. Мотор крепится к основанию двумя винтами, а в отверстие вставляется цилиндрический датчик, прикрепляющийся с помощью установочного винта. Чтобы корпус соответствовал техническим требованиям, торцевая крышка для создания зазора крепится к двум распоркам, которые в свою очередь привинчиваются к основанию. Во избежание закорачивания проводов при соприкосновении с металлической крышкой, на торцевой крышке устанавливается пластиковая втулка, через которую и пропускается электропроводка. И наконец, крышка в форме коробки закрывает снизу весь узел и привинчивается четырьмя винтами: два - крепят ее к основанию, а другие два - к торцевой крышке.

Таким образом, в соответствии с предложенным проектом устройство состоит из 19 комплектующих, собрав которые, вы получите требуемый электропривод: два сборочных узла (мотор и датчик), еще восемь основных детален (крышка, основание, две втулки, две распорки, пластиковая втулка и торцевая крышка) и восемь винтов.

Основные усовершенствования на стадии проектирования продукции для облегчения сборки и производства достигаются упрощением изделия, т.е. сокращением количества отдельных входящих в нее деталей. В помощь проектировщику, занятому решением этой задачи, предлагается три критерия, по которым специалист оценивает каждую комплектующую, входящую в 1гзделие.

1. Будет ли данная деталь перемещаться относительно остальных в процессе эксплуатации изделия?

2. Обязательно ли изготавливать данную деталь из материала, отличного от материала других деталей? Необходимо ли ее выделить в отдельную деталь?

3. Должна ли деталь легко отделяться ото всех остальных с тем, чтобы впоследствии можно было разобрать изделие для наладки или техшсческого обслуживания?

Применив эти критерии к рассматриваемому нами примеру, получим следующие результаты,

1. Основание. Поскольку с этой детали начинается сборка и нет детален, которые можно с ней объединить, теоретически она является необходимой,

2. Две втулки. Эти детали не удовлетворяют второму критерию. Теоретически основание и втулку можно изготовить из одного и того же материала.

3. Мотор. Мотор является отдельным сборочным узлом и закупается у поставщика. Все критерии неприменимы.

4. Два винта крепления мотора. В большинстве случаев отдельные крепежные элементы не столь уж необходимы, поскольку можно предусмотреть крепление непосредственно на какой-либо другой детали (например, защелкивать деталь в нужном месте),

5. Датчик. Еще один стандартный компонент. Критерии неприменимы.

6. Крепежный винт. То же самое, что и в п. 4, необязателен.

7. Две распорки. Не удовлетворяют второму критерию, поскольку распорки можно сделать в основании.

8. Торцевая крышка. Она должна быть съемной и обеспечивать возможность разбирать узел (следует применить все три критерия).

9. Два винта крепления торцевой крышки. Необязательны.

10. Пластиковая втулка. Можно изготовить из того же материала, что торцевую крышку и, следовательно, можно объединить с ней,

11. Крышка. Можно объединить с торцевой крышкой

12. Четыре винта для крышки. Необязательны.

Исходя из результатов такого анализа, делаем вывод, что если спроектировать устройство таким образом, чтобы отдельные сборочные узлы у мотор и датчик) крепились к основанию без винтов, и сконструировать пластиковую крышку, крепящуюся по такому же принципу, то вместо 19 отдельных компонентов понадобится всего 4. Эти четыре комплектующие представляют собой теоретически минимальное число деталей, необходимых с учетом всех ограничении, для выполнения основной функции изделия.

На данном этапе задача проектной группы заключается в том, чтобы оправдать включение в проект деталей, не входящих в теоретический минимум. Их доводы основываются на аргументах

практического, технического либо эконом1сческого характера. В данном примере, например,

можно указать, что два винта необходимы для закрепления мотора, и один установочный винт -

для крепежа датчика, поскольку любые другие варианты крепежа нецелесообразны для продукции, выпускаемой малыми партиями (таковым является рассматриваемый нами электропривод). Однако место установки этих винтов можно изменить так, чтобы ускорить

процесс сборки.

Обратите внимание на то, какие комплектующие были удалены. Новая пластиковая крышка спроектирована таким образом, что крепится к основанию без винтов. Поскольку новая модель состоит из меньшего количества деталей, сборка ее будет проще, и, соответственно, значительно сократятся издержки ее производства.