Современное машиностроение, особенно в высокоточных отраслях, таких как авиастроение и энергетическое двигателестроение, характеризуется постоянным усложнением конструкций корпусных деталей. Эти компоненты нередко обладают сложной геометрией, высокой массой, требуют прецизионной обработки и жесткого соблюдения допусков, что обуславливает значительные производственные затраты и повышенные риски появления брака.
Технологичность конструкции изделия – это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ [1, с. 5].
При этом традиционные методы технологической подготовки производства зачастую не учитывают на ранних стадиях проектирования потенциальные проблемы, связанные с технологичностью конструкции. В результате на стадии запуска в производство возникают задержки, связанные с необходимостью доработки конструкторской документации, перенастройкой оборудования или корректировкой управляющих программ. Это ведёт к увеличению сроков изготовления, затратам и снижению качества продукции.
Особенно остро эти проблемы проявляются при изготовлении мелкосерийных и уникальных изделий, где невозможно наладить массовую отработку технологических режимов, а цена ошибки чрезвычайно высока.
В связи с этим внедрение систем автоматизированного анализа технологичности конструкции на этапе проектирования и их интеграция с автоматизированными системами управления технологическими процессами является актуальной задачей. Она позволяет:
- выявлять узкие места технологического характера ещё до передачи изделия в производство;
- оперативно корректировать конструкторскую документацию;
- адаптировать параметры обработки с учетом возможностей оборудования;
- существенно снизить время на доводку и выпуск изделия.
Реализация подобных подходов обеспечивает:
- сокращение сроков изготовления на 20–30%;
- снижение уровня брака до 20%;
- повышение управляемости и адаптивности производственного процесса.
При проектировании изделий необходимо ориентироваться не на стоимость изготовления изделия, а на экономический эффект, который складывается из разницы полезной отдачи изделия и суммы эксплуатационных расходов за весь жизненный цикл жизни изделия [2, с. 336]. В результате, частная экономия затрат не всегда ведет к снижению суммарной экономичности изделия.
Таким образом, тема исследования соответствует вызовам цифровой трансформации машиностроения и отвечает задачам повышения эффективности наукоемкого производства (таблица 1).
Таблица 1.
Основные критерии технологичности
|
Критерии производственной технологичности |
Критерии эксплуатационной и ремонтной технологичности |
|
1. Трудоемкость изготовления изделия |
1. Трудоемкость монтажа |
|
2. Технологическая себестоимость изделия |
2. Коэффициент сборности (отношение стоимости сборных конструкций, включая и стоимость их монтажа, к сметной стоимости строительно-монтажных работ по зданию и сооружению) |
|
3. Металлоемкость изделия |
3. Трудоемкость технического ремонта и обслуживания изделия |
|
4. Удельная трудоемкость изготовления изделия |
4. Продолжительность технического ремонта и обслуживания изделия |
|
5. Коэффициент применяемости материала |
5. Стоимость технического ремонта и обслуживания изделия |
|
6. Коэффициент унификации конструктивных элементов |
______ |
АСУТП обеспечивают управление и мониторинг технологических операций в реальном времени. Их функции включают:
- сбор и обработку данных от датчиков и станков;
- адаптацию управляющих воздействий в зависимости от состояния оборудования;
- диагностику неисправностей;
- поддержку решений для оперативного вмешательства.
Особенно важно использование АСУТП при изготовлении сложных корпусных деталей — как правило, уникальных или малосерийных, с высокими требованиями к точности.
Сочетание АСУТП с системами цифрового проектирования CAD/CAM и анализа технологичности DFM-анализ позволяет:
- сократить количество изменений конструкторской документации;
- автоматически подбирать оптимальные параметры обработки;
- создавать замкнутые контуры управления (цифровой двойник изделия);
- минимизировать человеческий фактор и ошибки.
Такой подход формирует основу концепции цифрового производства
Дальнейшее развитие АСУТП связано с применением:
- нейросетевых алгоритмов для прогнозирования отказов;
- модулей машинного зрения;
- облачных платформ для удаленного управления и аналитики.
Также перспективным направлением является интеграция АСУТП с системами PLM и ERP, создающими единое информационное пространство предприятия.
В последнее время возрастающее внимание уделяется направлениям развития автоматизированных систем управления технологическими процессами как основополагающему компоненту цифровой трансформации производства. Особый акцент делается на внедрение концепций промышленного интернета вещей, цифровых двойников и технологий непрерывного мониторинга производственных систем.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами являются важным инструментом повышения технологической зрелости машиностроительного производства. Их использование обеспечивает повышение эффективности, устойчивости и гибкости производственного процесса, а также создает предпосылки для поэтапного перехода предприятий к интегрированной цифровой модели управления на всех этапах жизненного цикла изделия.
В частности, применение непрерывного мониторинга в составе АСУТП способствует формированию непрерывного информационного потока о состоянии оборудования и параметрах производственного процесса. Это обеспечивает возможность мгновенного реагирования на отклонения от нормативных режимов, тем самым минимизируя риск возникновения дефектов и внештатных ситуаций.
Кроме того, такие технологии способствуют эффективному использованию производственных ресурсов за счёт оптимизации технологических параметров в реальном времени. На основе накопленных данных возможно построение прогностических моделей для предиктивного обслуживания оборудования, что значительно снижает издержки на внеплановые ремонты.
Внедрение непрерывного мониторинга также повышает прозрачность производственных операций, создавая условия для цифровой трансформации управления и соответствия современным требованиям стандартизации и сертификации.
В заключение следует отметить, что интеграция технологий непрерывного мониторинга и цифровых двойников в автоматизированные системы управления технологическими процессами обеспечивает качественно новый уровень контроля и адаптации производственных процессов. Постоянный сбор и анализ данных в реальном времени позволяет своевременно выявлять потенциальные отклонения и реализовывать предиктивные модели управления. Использование цифровых двойников, в свою очередь, обеспечивает моделирование и оптимизацию технологических операций без риска для реального производства, что способствует сокращению времени на отладку процессов и снижению затрат. Совместное применение этих инструментов формирует основу для устойчивого, высокоэффективного и интеллектуального производства, соответствующего требованиям современной цифровой экономики.
Список литературы
- ГОСТ 14.205-83. Технологичность конструкции изделий. Термины и определения. - Введ. 1983-09-02. – М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1983. – 5 с.
- Балабанов А.Н. Технологичность конструкции машин. - М.: Машиностроение, 1987. – 336 с.
