 |
Методология конструирования металлургического оборудования
|
|
|
|
Конструирование оборудования - сложный творческий процесс, конечный результат которого зависит в значительной степени от квалификации и таланта его участников, от эффективности организации их взаимодействия. Многие решения, принимаемые при конструировании, основываются на интуиции, личном опыте, пространственном и ассоциативном мышлении конструктора и поэтому трудно поддаются формализации. В то же время для реализации АПР процесс конструирования должен быть формализован. В этой связи представляют интерес публикации выдающихся конструкторов, в которых на основе личного опыта даются рекомендации о рациональных приемах и методах конструирования, содержании последовательных стадий выполнения проектов, организации работы конструкторских коллективов, психологии их участников.
Основываясь на стандартах ЕСКД (единой системы конструкторской документации), а также на публикации одного из выдающихся конструкторов Уралмашзавода в области прокатного оборудования В.А. Быкова [23], рассмотрим содержание, последовательность, методы конструирования металлургических машин и агрегатов, а также особенности труда конструктора.
2.1. Профессиональные требования к конструктору.
Использование самых современных технических и программных средств не снижает требований к конструктору и его профессиональной квалификации, т.к. технический уровень, новизна, экономичность, надежность, эффективное функционирование разработанного агрегата зависят, в первую очередь, от квалификации и таланта конструктора, от его личных человеческих качеств.
Особенно это актуально для конструкторов индивидуального машиностроения, выполняющих каждый раз проекты новых машин и агрегатов, имеющих принципиальные отличия от действующего оборудования.
|
|
|
Такие конструкторы должны обладать следующими качествами:
- способностью нестандартно мыслить; искать патентоспособные решения;
- максимальной самокритичностью в оценке принимаемых решений, умением отказаться от авторской предвзятости и оценить свою разработку глазами объективного оппонента;
- умением находить многовариантные решения любой задачи, анализировать и сопоставлять разные варианты, находить и принимать для последующей разработки наивыгоднейший ("оптимальный") вариант;
- способностью правильно реагировать на замечания и советы, быстро и без переживаний корректировать ранее принятые решения, если в результате обсуждения выяснилась их недостаточная обоснованность или неэффективность;
- умением работать в тесном контакте с научными работниками, принимать для проработки только научно обоснованные конструкторские решения, подтверждаемые законами механики, физики, математики, использовать методы математического и натурного моделирования работы оборудования.
Воспитание перечисленных качеств должно начинаться в вузе, при выдаче студентам реальных заданий на курсовые и дипломные проекты. Однако окончательно они могут сформироваться в первые годы работы молодого специалиста.
При конструировании оборудования, принятого для разработки на основе вышеназванных принципов, следует считать главным, приоритетным требованием к выполняемому проекту его наивысшее качество, оцениваемое следующими критериями:
- получение на нем продукции, отвечающей наивысшим мировым стандартам (по механическим и физико-химическим свойствам, точности размеров и формы, микрогеометрии поверхности и др.);
- максимальная надежность и безотказность;
- технологичность, ремонтопригодность при эксплуатации и обслуживании;
|
|
|
- экономичность в энергопотреблении, расходе материалов и запасных частей;
- компактность, эстетичность, соответствие стандартам эргономики.
2.2. Стадии конструирования оборудования.
В соответствии с ГОСТ 2.103.- 68 "Стадии разработки", входящим в состав ЕСКД, установлены последовательные стадии разработки следующих видов конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности:
- техническое задание;
- техническое предложение;
- эскизный проект;
- технический проект;
- рабочая документация (рабочий проект).
Однако при разработке изделий индивидуального машиностроения ГОСТ 2.103-68 не обязывает разрабатывать все указанные выше виды конструкторской документации. Строго говоря, обязательной является лишь последняя стадия - разработка рабочей документации, но на практике в подавляющем большинстве проектов металлургических агрегатов все разработки начинаются с технического задания, которое, согласно указанному стандарту, устанавливает основное назначение, технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию, выполнение необходимых стадий разработки конструкторской документации и ее состав, а также специальные требования к изделию.
Таким образом, техническое задание - исходный основополагающий документ, устанавливающий, какие стадии конструирования данного конкретного агрегата, машины являются обязательными. Кроме того, в задании определяются взаимоотношения заинтересованных сторон - участников проекта и их ответственность.
По образному выражению В.А. Быкова [23], если представить создаваемое изделие в виде "черного ящика", техническое задание должно содержать в обязательном порядке однозначные требования к входам в этот "черный ящик" и к выходам из него. Остальные требования носят факультативный характер. Не исключаются и требования со стороны заказчика к внутреннему устройству и принципам функционирования отдельных узлов, элементов и агрегата (машины) в целом, однако каждое из таких требований должно быть убедительно обосновано.
Помимо требований к самому изделию, неотъемлемой частью технического задания должны быть требования и ограничения, относящиеся к процессу проектирования и его результату - технической документации. Эта часть технического задания включает следующие элементы:
|
|
|
- порядок выдачи исходных данных (кто, в каких объемах и в какой последовательности должен выдавать);
- порядок и условия согласования документации;
- объем и номенклатура выдаваемой документации;
- условия запуска изделия в производство.
Правильно составленное техническое задание - это такой документ, по которому исполнитель может сдать, а заказчик принять выполненную работу, опираясь только на пункты задания.
После того, как техническое задание согласовано и утверждено, корректировки и изменения в его содержании недопустимы. В ходе выполнения дальнейших стадий проектирования допустимы только дополнения, уточнения отдельных элементов задания, если в ходе проектирования выявилась их неполнота, недостаточная конкретность, неоднозначность.
Целесообразно в самом задании предусмотреть и оговорить заранее возможность таких дополнений и уточнений, их границы и порядок их согласования.
Подготовка технического задания состоит из двух основных этапов:
- разработка задания заказчиком или привлеченной им для этого организацией-контрагентом;
- анализ задания исполнителем и согласование его между исполнителем и заказчиком.
После выполнения проекта, основанного на согласованном и утвержденном техническом задании, предусматривают два завершающих этапа работы:
- проверка исполнителем выполненного проекта на соответствие техническому заданию;
- аналогичная проверка проекта заказчиком или его контрагентом, завершающаяся формальным подписанием акта-приемки, подтверждающего соответствие проекта техническому заданию.
В техническом задании рекомендуется формулировать требования, касающиеся следующих характеристик проектируемого оборудования.
А. Перечень и числовые значения основных параметров изделия, характеризующих его назначение, производительность, сортамент готовой продукции и заготовок для ее производства, энергосиловые характеристики, габариты, массу, скоростные и технологические режимы, а также другие характеристики, являющиеся определяющими при эксплуатации изделия.
|
|
|
Б. Соответствие параметров проектируемого агрегата, машины или узла возможностям предполагаемого изготовителя оборудования (с учетом габаритов, массы, энерговооруженности, характеристик имеющегося станочного парка и заготовительных участков, культуры производства, квалификации работников и т. д.).
В. Соответствие параметров и технического уровня создаваемого оборудования мировым стандартам или превышения требований этих стандартов, с учетом, однако, реальных возможностей потребителя оборудования обеспечить их в процессе эксплуатации (последнее зависит от габаритов и энерговооруженности помещения, где будет установлено оборудование, от общего уровня технической культуры производства, от характеристик действующих машин, связанных с проектируемой машиной технологическим потоком, от качества заготовок, поступающих на обработку в проектируемой машине и т. д.).
Требования, характеризующие технический уровень изделий, являются важными для обеспечения конкурентоспособности предприятия, на котором планируется ввести в действие проектируемое оборудование. Для их выполнения в техническом задании могут быть предусмотрены мероприятия, предусматривающие модернизацию смежных машин, участков, производств предприятия, чтобы "подтянуть" их технический уровень до уровня вновь устанавливаемого оборудования.
Г. Обеспечение полноты и однозначности всех исходных данных и технических требований, включаемых в состав задания, для чего численные значения должны указываться с допускаемыми отклонениями от номинальных величин или со ссылками на стандарты и нормативные документы, где указаны эти отклонения; подробно охарактеризованы все связи разрабатываемого изделия со смежными машинами и агрегатами, с увязкой по скорости, производительности, производственным циклам и другим параметрам.
Д. Требования, характеризующие показатели оптимальности конструкции машины, агрегата и их технологического процесса в том числе: требования, предусматривающие минимизацию затрат на изготовление и эксплуатацию, простоту обслуживания и ремонта, высокую надежность и безотказность.
Важным вопросом является определение уровня подробности, детализации требований, включаемых в техническое задание.
Принятие решения по этому вопросу зависит от степени юридической и административной зависимости исполнителя проекта по отношению к заказчику.
|
|
|
Если исполнитель проекта юридически и административно независим от заказчика, в задании необходимо подробно, с максимально возможной полнотой излагать требования, относящиеся к внешней стороне функционирования изделия (они указаны выше в п.п. А, Б, В, Г, Д), детально обговаривать показатели, по которым будет осуществляться приемка изделия.
Требования же к внутреннему устройству изделия могут быть менее жесткими, обеспечивая исполнителю определенную степень свободы в процессе проектирования.
Если заказчик изделия и исполнитель проекта являются подразделениями или лицами одной юридической организации, наряду с детальными внешними требованиями, в задании должны формулироваться более жесткие требования и к внутреннему устройству изделия, его конструкции, отличительным признакам, материалам и комплектующим элементам, используемым для его изготовления. Такое различие в подходах к составлению задания объясняется тем, что во втором случае основную юридическую и моральную ответственность за качество создаваемого агрегата (машины) несет сам заказчик, а юридическая ответственность исполнителя проекта отсутствует.
Рассмотрим требования к выполнению следующих после технического задания конструкторских документов.
Техническое предложение.
Согласно ГОСТ 2.118-73, оно разрабатывается в случае, если это предусмотрено техническим заданием, для выявления дополнительных, уточненных требований к изделию, которые можно сформулировать лишь на основе предварительной конструкторской проработки его различных вариантов и их сравнительного анализа.
Техническое предложение - это совокупность конструкторских документов, содержащих результаты следующих работ, выполняемых на стадии подготовки этого предложения:
а) выявление (на основе литературных и патентных источников) возможных вариантов конструкции агрегата (машины), принципов действия, компоновочных решений;
б) конструктивная проработка этих вариантов (глубина и детальность проработки должны быть достаточными для их сравнительной оценки);
в) проверка вариантов на патентную чистоту и конкурентоспособность, оформление патентных заявок;
г) проверка на соответствие требованиям охраны труда по отобранным для дальнейшей проработки патентоспособным вариантам;
д) сравнительная оценка отобранных вариантов по следующим критериям:
- надежность и технологичность в эксплуатации;
- экономичность;
- показатели эргономичности и безопасности.
Если для сравнительной оценки необходимы измерения, экспериментальные исследования, может быть предусмотрено изготовление макетов или натурных моделей вариантов агрегата (машины) или их отдельных узлов.
Результатом сравнительной оценки должен быть обоснованный выбор оптимального варианта, после чего в техническом предложении уточняется перечень работ, которые необходимо выполнить на последующих стадиях разработки агрегата, а также уточненный перечень конструкторской документации.
Эскизный проект.
Эскизный проект разрабатывают в соответствии с ГОСТ 2.119-73, если это предусмотрено техническим заданием или протоколом рассмотрения технического предложения.
Он представляет собой совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление о назначении, устройстве и принципе работы агрегата, машины, а также их основные параметры и габаритные размеры.
Эскизный проект после согласования и утверждения служит основанием для разработки технического проекта или, минуя стадию технического проекта, рабочей конструкторской документации.
Если эскизный проект разрабатывают на основе разработанного ранее технического предложения, то в объем эскизного проекта включают документацию, указанную в п.п. а)...д) перечня документации технического предложения.
Если же эскизный проект разрабатывают без предварительной разработки технического предложения, то на стадии эскизного проектирования прорабатывают варианты конструкции, принципа действия агрегата, машины или их составных частей, т.е. выполняют те работы, которые указаны выше в п.п. а)...д) перечня документации, входящей в состав технического предложения. После того, как выбраны варианты оборудования для дальнейшей проработки, в объеме эскизного проекта для этих вариантов прорабатывают следующие вопросы:
а) предварительные решения по упаковке и транспортировке изготавливаемого оборудования;
б) технические решения, обеспечивающие показатели надежности, установленные техническим заданием или техническим предложением;
в) основные принципы и стадии технологии изготовления оборудования;
г) предварительная оценка уровня стандартизации и унификации - по объему использованных в разрабатываемом изделии стандартных, унифицированных и заимствованных сборочных единиц и деталей;
д) определение или уточнение технико-экономических характеристик изделия, отсутствующих или недостаточно проработанных в техническом задании и в техническом предложении;
е) выявление комплектующих изделий и новых материалов, которые должны быть разработаны субподрядными (смежными) организациями, технические требования к этим изделиям и материалам;
ж) уточненный перечень работ, которые необходимо провести на следующих стадиях разработки. Результаты проработки указанных вопросов включают в состав конструкторской документации эскизного проекта.
Технический проект
Технический проект разрабатывают в соответствии с ГОСТ 2.120-73, если это предусмотрено техническим заданием или протоколом рассмотрения технического предложения, эскизного проекта.
В отличие от предшествующих конструкторских документов технический проект должен содержать окончательные технические решения, дающие полное представление о конструкции изделия.
Конструкторская документация технического проекта включает тот же набор сведений, что и документация эскизного проекта, отличие ее в глубине, полноте, завершенности проработки всех вопросов.
С этой точки зрения, как указывает В.А. Быков [23], можно выделить три варианта выполнения технического проекта:
1) когда технический проект выполняется для заказчика, который сам (или его контрагент) будет разрабатывать рабочую документацию;
2) когда рабочая документация будет изготавливаться самим разработчиком технического проекта внутри той организации, фирмы, предприятия, где выполняется технический проект;
3) промежуточный вариант, когда технический проект и рабочая документация разрабатываются на одном предприятии, но разными его подразделениями.
По первому вариантутехнический проект разрабатывается в наиболее полном виде, с максимальной подробностью, приближенной к рабочей документации, вплоть до размеров всех расчетных сечений, допусков, посадок, чистоты обработки поверхностей, материалов деталей и т.д.
В документации технического проекта, выполненного по этому варианту, четко оговаривается распределение ответственности за работоспособность изделия между разработчиками технического проекта, рабочей документации и изготовителями оборудования.
По второму и третьему вариантам степень полноты документации техпроекта согласовывается внутри организации - разработчика, в зависимости от конкретных обстоятельств, в том числе от квалификации и компетентности разработчиков рабочей документации и изготовителей оборудования.
|
|
|
