УДК 621.99 ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛИ ТИПА «КОРПУС»

УДК 621.99
ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛИ ТИПА «КОРПУС»
Ямникова О.А., Холманов А.И., Французова Ю.В.
В статье рассматривается математическое обеспечение специализированной
САПР для оценки технологичности детали типа «корпус», основанная на определении
основных коэффициентов технологичности по параметрам трехмерной модели.
Ключевые слова: технологичность, корпусная деталь, трудоемкость,
унификация, коэффициент технологичности, конструктивные элементы, 3D модель,
конструкторская документация, себестоимость.
Разработка нового изделия – сложная конструкторская задача,
связанная не только с достижением требуемого технического уровня, но и
с приданием его конструкции таких свойств, которые обеспечивают
максимально возможное снижение затрат труда, материалов и энергии на
разработку, изготовление, техническое обслуживание и ремонт.
Совокупность свойств изделия, определяющих приспособленность его
конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при
производстве и эксплуатации для заданных показателей качества,
определяет технологичность конструкции изделия.
Согласно ГОСТ 14.201–83 "Обеспечение технологичности
конструкции изделий" основными показателями технологичности детали
являются трудоемкость, себестоимость и унификация [1]. Так как
трудоемкость имеет прямое денежное выражение, она обычно включается
в себестоимость. Поэтому предлагаемая оценка технологичности включает
два основных компонента: технологическую себестоимость C и
унификацию, выраженную конструкторским k ку и технологическим k ту
коэффициентами. Тогда
2
1
С  k ку  k ту  .
(1)
3
3
весовые коэффициенты 2/3 и 1/3 введены для отражения того факта, что
согласно ГОСТ 14.201–83 себестоимость, трудоемкость и унификация
вносят равный вклад в технологичность детали.
Рассмотрим математическую модель определения технологической
себестоимости. Норма себестоимости рассчитывается по формуле:
Nк 
Cном
,
(2)
CT
и представляет собой отношение реальной технологической себестоимости
к величине Cном , являющейся либо технологической себестоимостью
детали-аналога (ранее изготовленная деталь аналогичного типоразмера и
C 
конструкции, для которой известна себестоимость).
Технологическая себестоимость рассчитывается по формуле [1]:


CТ  Собм  T  k мат  З p  Ссч  1  K ' / 100
(3)
м
где Соб -общая стоимость сырья и материалов, руб; Зр – средняя часовая
оплата труда рабочего для соответствующего вида производства, руб/час;
Ссч – стоимость станко-часа, руб/час; K ' – средние накладные расходы,
%; k мат – коэффициент, учитывающий обрабатываемость материала.
Для расчета трудоемкости T использовалась эмпирическая
зависимость [2]:
n
T  M y  k м ат   Sia  Ra ib  tic ,
(4)
i 1
где n – количество конструктивных элементов; М – масса детали, кг; S i –
площадь срезаемого слоя i-той поверхности, мм2; Ra i – требуемая
шероховатость i-той поверхности, мкм; ti – допуск i-той поверхности, мм;
a, b, c, y – эмпирические степенные показатели, определенные методом
регрессионного анализа.
Коэффициент конструкторской унификации k ку определяется по
формуле (5).
1 n
(5)
kку   kку i   i ,
n i 1
где kку i - коэффициент конструкторской унификации i-го конструктивного
элемента детали, зависящий от формы и значения посадочного размера
(размера, отвечающего за точность расположения детали в сборке);
0, если шероховато сть превышает 5% допуска на размер,
1, в противном случае.
i  
(6)
Коэффициент  i введен для учета возможности измерения
размерного допуска на поверхности с заданной шероховатостью. Он
учитывает корректность соотношения шероховатости и поля допуска.
Для получения требуемой информации при расчете коэффициента
технологичности используется 3D модель, содержащая технологические и
геометрические параметры, по которым производиться расчет.
Технологическая информационная составляющая 3D-модели это:
1) шероховатость поверхностей;
2) номинальные размеры;
3) допуски на размеры;
4) сведения о шероховатости изделия.
Геометрическая составляющая 3D-модели включает в себя:
1)форму конструктивного элемента (КЭ);
2) расположение конструкторского элемента.
Кроме того, необходимы данные о серийности производства.
Расчет технологического коэффициента унификации включает
этапы, представленные на диаграмме потоков данных процесса (рисунок).
Список ошибок
1
Пользователь
DFD
Разбиение детали на
конструктивные эл-ты
Запрос на проверку
технологичности
САПР
3D модель
3
Конструктивные
элементы
3D модель
Отчет
DFD
Формирование отчета
Список
ошибок
БД1
3D модель
БД2
Конструктивные элементы 3D
модели
САПР
Структура детали
1
2
Значения
параметров
БД3
DFD
DFD
Анализ детали на
Начисление заработной платы
технологичность
Бухгалтерия
САПР
Нормативы параметров
Значения
Нормативов
параметров
Схема информационных потоков при расчете технологического
коэффициента унификации
На первом этапе деталь представляют в виде абстрактной модели,
элементы которой заносятся с указанием связи в БД2. После чего
происходит анализ конструкции детали на технологичность (блок 2), что
включает в себя расчет частных показателей: коэффициенты унификации
КЭ обрабатываемости материала, сложности конструкции детали,
точности и шероховатости поверхности детали и использования материала
детали. Нормативы этих параметров находятся в БД3. В заключение
выполняется расчет коэффициента технологичности всей детали,
представляющий собой количественную оценку качества проектных
решений. На основе критериев технологичности формируется отчет (блок
3), содержащий исходные данные и рассчитанные параметры
технологичности. Если на этапах «Разбиение детали на конструктивные
элементы» или «Анализ детали на технологичность» происходит ошибка
или не будут предоставлены необходимые для расчета параметры,
пользователю будет выведен список ошибок.
База данных «Конструктивные элементы 3D модели» содержит
конструктивные элементы, которые получились в результате разбиения 3D
модели на первом этапе. Там же содержаться основные параметры КЭ, их
название, геометрия, допуски и шероховатости, что и является входной
информацией для второго этапа. Так же входной информацией для него
является база данных «Нормативы параметров», в которой содержатся
граничные значения критерии параметров технологичности.
Так как на первом шаге по исходным данным деталь разбивается на
конструктивные элементы (КЭ), с которыми соотносятся их параметры
(размеры, допуска, шероховатости), то разумно создать вторую базу
данных (БД2) (см. рис), которая будет хранить все необходимые данные.
Для расчета количественной оценки технологичности деталей было
принято решение об использовании в качестве входной информации 3D
модели детали, т.к. 3D модель детали задает полную информационную
модель изделия на протяжении его жизненного цикла (ЖЦ), а также
способы реализации обмена данными на отдельных этапах его ЖЦ.
Для расчета обобщенного коэффициента технологичности детали
необходимо представить трехмерную модель детали в виде совокупности
связанных определенным образом элементов.
Форму детали можно разбить на составляющие иерархию части,
выражаемые с помощью понятия «аспект формы». Деталь представляется
в виде абстрактной иерархической структуры, имеющей четыре уровня
членения: деталь как целое; множество конструктивных элементов;
множество примитивных конструктивных элементов (ПКЭ); множество
поверхностей.
Введение уровня структурной единицы детали и примитивного
конструктивного элемента при декомпозиции детали обусловлено задачей
назначения конструкторско-технологических параметров детали.
Каждый уровень детали имеет свое окружение и свой набор
назначаемых конструкторско-технологических параметров. На уровне
ПКЭ он описывается выражением (7):
n
Z = < n I, n P1 , n P2 , n P3 , n P4 , n P5 , n P6 > ,
(7)
где, nI - имя ПКЭ, nP1 - форма ПКЭ; nP2 - материал ПКЭ; nP3 - размеры ПКЭ;
n
P4 - точность размеров ПКЭ; nP5 - функционально-эксплуатационные
свойства ПКЭ; , nP6 - геометрические свойства ПКЭ.
Таким образом можно выделить следующие основные объекты
приложения:
 имя конструктивного элемента (таблица названий элементов
конструктивных элементов)
 геометрическая форма КЭ (таблица форм конструктивных
элементов);
 материал детали (таблица материалов для детали);
 размеры конструктивных элементов (таблица размеров КЭ для
детали);
 коэффициенты технологичности на размеры КЭ (таблицы
коэффициентов технологичности на размеры для каждого КЭ);
 точность размеров конструктивных элементов (таблица
точностей размеров КЭ для детали);
 коэффициенты технологичности на точности размеров КЭ
(таблица коэффициентов технологичности на точности размеров КЭ);
 коэффициенты обрабатываемости материалов (таблица
коэффициентов обрабатываемости материалов);
 инструменты для обработки КЭ (таблица инструментов);
 типоразмеры заготовок (таблица типоразмеров заготовок).
Предложенное
математическое
обеспечение
оценки
технологичности детали типа «корпус» легло в основу программного
модуля, применение которого позволит повысить технологичность изделия
еще на этапе разработки конструкторской документации.
Список литературы
1. Технологичность конструкции изделия. Справочник под ред.
Амирова Ю.Д. М.: Машиностроение, 1990.
2.
Новикова М.В.,
Троицкий
Д.И.
Интегрированная
конструкторско-технологическая модель детали как средство оценки
трудоемкости
ее изготовления /
Вестник
компьютерных и
информационных технологий, №1, 2006. – С. 22-25.
Ямникова Ольга Александровна д-р техн. наук, проф., Россия, Тула, Тульский
государственный университет,
Холманов Алексей Игоревич, студен гр. 642181/12, Россия, Тула, Тульский
государственный университет,
Французова Юлия Вячеславовна, канд. техн. наук., доцент, Россия, Тула,
Тульский государственный университет.
EVALUATION PROCESSABILITY DETAILS OF "BODY"
Yamnikova O.A., Holmanov A.I., Frantsuzova J.V.
The article deals with specialized CAD software for manufacturability assessment
details of the "body", based on the definition of the main factors of adaptability to the
parameters of three-dimensional model.
Keywords: adaptability, housing part, the complexity, the unification, the coefficient
of manufacturability, design elements, 3D model design documentation costs.
Yamnikova Olga Alexanderovna, doctor of technical science, professor, Russia,
Tula, Tula State University,
Holmanov Alexei Igorevich, student 642181/12, Russia, Tula, Tula State University,
Frantsuzova Julia Viacheslavovna, candidate of technical science, docent, Russia,
Tula, Tula State University