11.1. Предусматривать устройства очистки сточных вод
11.2. Многократное использование воды (оборотные системы, замкнутый цикл)
11.3. Создание безотходных технологий с утилизацией и возвращением в производство загрязняющих веществ в виде сырья и материалов для изготовления других продуктов.
11.4. Разработка новых ТО и технологий, обеспечивающих резкое снижение загрязнённости и изменение среды (геотермические, ветровые, приливные электростанции, солнечные батареи, мембранные технологии).
11.5. Широкое применение централизованного отопления зданий и сооружений. Перевод ТЭЦ на газовое топливо.
11.6. Снижение загрязнённости от средств транспорта и поршневых двигателей.
11.7. Ограничение или исключение ряда пестицидов и ядохимикатов. Применение биологических средств борьбы с вредителями.
11.8. Мероприятия по восстановлению флоры и фауны.
Конечно, в зависимости от сложности создаваемой машины, не требуется проверка по всем критериям, но в любом случае анализ Вашего эскизного или технического проекта по ряду основных критериев следует провести. Вы сами увидите, как будет меняться на чертеже Ваша машина по мере проверки, причём без изменения основной идеи.
Вот теперь можно приступать к разработке рабочей документации машины, если мы предусматриваем её изготовления в одном – двух экземплярах для конкретных условий эксплуатации (разовые машины, нестандартное оборудование).
Если же намечается к изготовлению пусть даже небольшая партия машин и их использование будет производиться на разных предприятиях, то рекомендуется в обязательном порядка провести функционально- стоимостной анализ (ФСА) разработанной конструкции. Накопленный за последние десятилетия опыт применения ФСА в электротехнической, машиностроительных и некоторых других отраслях промышленности (где анализу подвергалась только часть номенклатуры выпускаемых изделий) со всей очевидностью подтвердил высокую его эффективность. Это и понятно: практически в каждом изделии любого назначения, любой степени сложности есть скрытые резервы совершенствования, надо лишь выявить их.
С точки зрения ФСА все затраты на изготовление продукции могут быть разделены на две основные группы: полезные, необходимые для выполнения изделием и его составными частями их функционального назначения, и бесполезные, излишние, вызванные несовершенством конструкции, неправильным выбором материала и технологии, недостатками в организации производства. Бесполезные затраты представляют собой явные или завуалированные потери ресурсов. Чем их больше, тем выше стоимость и ниже качество, надежность, экономичность изделия, а значит, ниже и его полезность, потребительная стоимость.
Цель ФСА заключается в том, чтобы рекомендовать конкретные пути улучшения конструкции изделия, технологии его изготовления, организации производства и эксплуатации за счет выявления новых возможностей и ликвидации причин возникновения излишних затрат.
Функционально-стоимостной анализ в целом относится к группе методов технико-экономического анализа. В зависимости от назначения ФСА создаются его модификации. К сожалению, еще и сегодня ряд ученых-экономистов, многие инженеры и хозяйственные руководители не понимают важной роли ФСА в управлении эффективностью производства, не знают его возможностей, да часто и самой сути.
Начало методу положила выполненная 40 лет назад работа конструктора Пермского телефонного завода Ю. М Соболева. Анализируя выявленные недостатки продукции завода, он пришел к мысли, что для их устранения необходимы систематический анализ и поэлементная отработка конструктивных решений. То есть нужно рассматривать каждый элемент детали или изделия отдельно: материал, размер, допуск, чистоту, класс точности обработки и т. п. В зависимости от функционального назначения исследуемый элемент предложено относить к одной из двух групп — основной или вспомогательной.
От элементов основной группы зависят качество конструкции, надежность функционирования объекта, поэтому на них должно быть обращено особое внимание. Элементы вспомогательной группы играют второстепенную роль, и высокие требования к ним не всегда обязательны. Даже столь простой на первый взгляд поэлементный анализ позволяет сразу выявить и устранить излишние, неоправданные затраты, в первую очередь во вспомогательной группе.
Примерно в то же время американские инженеры фирмы «Дженерал электрик» во главе с Л. Майлзом создали свой подобный метод. В основу они положили исследование комплекса функций, обязательных для изделия. Анализируемая конструкция оценивалась как один из многих возможных, альтернативных вариантов, способных выполнить требуемые функции. Уточним, под функцией понимается способ действия системы при взаимодействии с внешней средой. Одно из возможных кратких определений функции — способность к действию. Представление изделия не в конкретной (предметной), а в функциональной форме позволяет инженеру значительно шире, творчески подойти к совершенствованию объекта ФСА. Предложенный Л. Майлзом инженерно-стоимостной анализ (так в США вначале был назван метод) направлен на снижение издержек производства, создание максимально рациональных конструкций изделий. За сравнительно короткое время метод, оказавшийся весьма результативным,
получил распространение в ряде стран Запада.
Примерно к 1970г. это вылилось в системный метод — функционально-стоимостной анализ, включивший в себя и поэлементный анализ изделия, и технико-экономический анализ, как самого изделия, так и процесса его изготовления, и, что особенно важно, современные методы поиска новых технических решений, способных придать изделию требуемые высокие качества.
В современных условиях ФСА у нас рассматривают как «метод системного исследования объекта (изделия, процесса, структуры), направленный на повышение эффективности использования материальных и трудовых ресурсов». Такое определение дано в Основных положениях методики проведения функционально-стоимостного анализа, утвержденных в 1982 г. ГКНТ СССР.
Методика ФСА предусматривает последовательное выполнение нескольких этапов работы. В полной методике таких этапов семь: подготовительный, информационный, аналитический, творческий, исследовательский, рекомендательный и внедренческий. Но нередко часть этапов объединяют при проведении экспресс-ФСА. Вот краткое изложение содержания работ на каждом из этапов:
Подготовительный этап: выбирают объект, который надо подвергнуть анализу, определяют конкретную цель ФСА, затем формируют коллектив исполнителей, как правило, в форме временной творческой рабочей группы (ТРГ). Завершается этап составлением детального плана проведения ФСА, графика работы группы, подготовкой других документов.
Информационный этап: ведут поиск, сбор, систематизацию, изучение информации о конструкции, технологии изготовления, об эксплуатационных и экономических показателях как анализируемого объекта, так и его аналогов. Составляются структурная схема объекта, таблицы технических параметров и основных экономических показателей.
Аналитический этап: детально изучают свойства объекта анализа. Исследуют функции объекта (включая его узлы и детали) и выделяют среди них основные и вспомогательные, а среди последних — лишние. Составляют матрицу функций, таблицу диагностики недостатков, перечень требований к объекту и другие рабочие документы. Формулируют задачи поиска идей, новых технических или организационных решений, призванных обеспечить достижение цели.
Творческий этап: генерируют идеи и предложения по совершенствованию объекта, устранению выявленных недостатков. Ведут поиск решений с использованием эффективных методов творчества.
Исследовательский этап считается продолжением творческого, так как здесь изучают, анализируют и проверяют поступившие предложения и технические решения, оформляют их в виде эскизов, схем, макетов.
Рекомендательный этап: подвергают экспертизе предложения и решения, а затем представляют на утверждение в комитет ФСА предприятия (организации). После утверждения они обретают статус официальных рекомендаций. Сроки реализации и ответственные исполнители устанавливаются планом-графиком внедрения.
Внедренческий этап: в соответствующих службах предприятия на основании плана-графика разрабатывают техническую и другую документацию, осуществляют подготовку производства и реализуют запланированные работы.
Завершающая процедура — составление отчета о результатах ФСА и акта внедрения.
Как видим, функционально-стоимостной анализ — работа многоплановая и нередко длительная, требующая напряженного коллективного творческого труда, наличия глубоких знаний у его участников, высокого уровня организации работы. Анализ объектов средней и большой сложности обычно продолжается несколько месяцев, нередко полгода и более. Но конечные результаты в случае реализации большинства дельных предложений, внесенных в процессе ФСА, как правило, весьма высоки, поэтому достигается большой экономический эффект.
Развитие применения ФСА имеет свою историю. Первоначально метод предназначался только для совершенствования выпускаемых изделий, повышения их технико-экономических показателей. Но в дальнейшем оказалось, что его с успехом можно использовать для совершенствования проектирования, технологии, организации производства, улучшения управления и планирования, упорядочения снабжения и др. Причем доказано, что применение ФСА дает гораздо больший эффект не при совершенствовании уже выпускаемой техники, а на этапах ее разработки. Не случайно возможности ФСА высоко оценены практически во всех развитых странах, где его активно используют на протяжении уже более 30 лет. В развитых капиталистических странах еще четверть века назад более 10 тыс. специалистов занимались ФСА, причем потребность в таких специалистах ежегодно увеличивалась на 14—20%.
Согласно информации, основанной на отчетах фирм и правительственных организаций, каждый доллар, вложенный в ФСА (включая обучение специалистов), дает в США от 7 до 20 долларов прибыли. Применение метода в ФРГ для серийно выпускаемой продукции приносит шестикратную, а на стадии НИОКР — десятикратную экономию.
Японские фирмы не скупятся на создание мощных подразделений, занимающихся только этим анализом. Так, в электротехнической компании «Хитачи» работают свыше 200 высококвалифицированных специалистов по ФСА.
Наша страна серьезно отстала с организацией освоения и внедрения ФСА в народное хозяйство.
С переходом предприятий и организаций на полный хозрасчет и самофинансирование без широкого использования ФСА обойтись уже невозможно. Нужно наверстывать упущенное. Определенную базу для этого заложили развернутые с конца 80-х гг. работы по применению ФСА в электротехнической промышленности, добившейся снижения затрат на производство многих видов продукции. Примерно с 1985г. метод начал внедряться и на предприятиях химического и тяжелого машиностроения, в электронной, автомобильной, энергетической и некоторых других отраслях промышленности. Однако ни по объемам применения ФСА, ни по получаемому эффекту воздействие этого рычага ускорения еще не отвечает требованиям времени. Для широкого освоения ФСА предстоит сделать много больше. Это возможно, так как метод получил официальное признание и поддержку, ему обучены уже тысячи специалистов, немало издается литературы о нем. Поэтому, в частности, в данной книге дана ограниченная информация о ФСА, необходимая лишь для общего ознакомления с этим методом и выявления резервов роста качества продукции и эффективности производства.
1.3 Методы и приёмы конструирования на базе унификации
Здесь рассмотрены простейшие, проверенные инженерной практикой приёмы, которые дают существенный эффект, если разрабатывается гамма машин одного назначения с разницей по основным показателям (производительности, мощности, скорости, грузоподъемности,…). [36] Главным фактором здесь является унификация проверенных практикой узлов и деталей и получение новых возможностей машины или агрегата путём компонования этих узлов или изменения размеров их геометрического ряда.
Унификация – это многократное применения в конструкции одних и тех же элементов, что способствует сокращению номенклатуры деталей и уменьшению стоимости изготовления и ремонта машин.
Унификация конструктивных элементов позволяет сократить номенклатуру обрабатывающего, мерительного и монтажного инструмента. Унификации подвергают посадочные сопряжения (по посадочным диаметрам, посадкам и квалитетам точности), резьбовые соединения (по диаметрам резьб, посадкам и классам точности, размерам под ключ), шпоночные и шлицевые соединения, зубчатые зацепления (по модулям, типам зубьев, степени точности) и т. д.
Унификация оригинальных деталей и узлов может быть внутренней (в пределах данного изделия) и внешней (заимствование деталей с иных машин данного или смежного завода).
Унификация марок и сортамента материалов, электродов, типоразмеров крепёжных и других нормализованных деталей, подшипников качения и т. п. облегчает снабжения завода-изготовителя и ремонтных предприятий необходимыми для изготовления продукции материалами, нормалями и покупными изделиями.
Нормализация - это регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей, узлов и агрегатов.
Почти на каждом машиностроительном заводе или в конструкторской организации нормализуют типовые для данной отрасли машиностроения детали и узлы. Нормализация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин.
Нормализация даёт наибольший эффект при сокращении числа применяемых типоразмеров нормалей, т. е. при их унификации. В практике проектных организаций эта задача решается выпуском ограничителей, содержащих минимум нормалей, удовлетворяющих потребностям проектируемого класса машин.
Итак, приведём типовые приёмы конструирования на базе унификации:
Секционирование
Метод секционирования заключается в разделении машины на одинаковые секции и образования производных машин набором унифицированных секций.
Секционированию хорошо поддаются многие виды транспортно-подъемных устройств (ленточные, скребковые, цепные транспортеры). Секционирование в данном случае сводится к построению каркаса машин из секций и составлению машин различной длины с новым несущим полотном. Особенно просто секционируются машины со звеньевым несущим полотном (ковшовые элеваторы, пластинчатые транспортеры с полотном на основе втулочно-роликовых цепей),
у которых длину полотна можно изменять изъятием или добавлением звеньев.
Экономичность образования машин этим способом мало страдает от введения отдельных нестандартных секций, которые могут понадобиться для приспособления длины машины к местным условиям.
Секционированию поддаются также дисковые фильтры, пластинчатые теплообменники, центробежные, вихревые и аксиальные гидравлические насосы. В последнем случае набором секций можно получить ряд многоступенчатых насосов различного давления, унифицированных по основным рабочим органам.
Метод изменения линейных размеров
При этом методе с целью получения различной производительности машин и агрегатов изменяют их длину, сохраняя форму поперечного сечения. Метод применим к ограниченному классу машин (главным образом ротативных), производительность которых пропорциональна длине ротора (шестеренные и лопаточные насосы, компрессоры Рута, мешалки, вальцовые машины и т. д.).
Степень унификации при этом методе невелика. Унифицируются только торцовые крышки корпусов и вспомогательные детали. Главный экономический выигрыш дает сохранение основного технологического оборудования для обработки роторов и внутренних полостей корпусов. Частным случаем применения данного метода является увеличение нагружаемости зубчатых передач увеличением длины зубьев колес с сохранением их модуля.
Метод базового агрегата
В основе этого метода лежит применение базового агрегата, превращаемого в машины различного назначения присоединением к нему специального оборудования. Наибольшее применение метод имеет в строительстве дорожных машин, самоходных кранов, погрузчиков, укладчиков, а также сельскохозяйственных машин.
Базовым агрегатом в данном случае обычно является тракторное или автомобильное шасси, выпускаемое серийно. Монтируя на шасси дополнительное оборудование, получают серию машин различного назначения.
Присоединение специального оборудования требует разработки дополнительных механизмов и агрегатов (коробок отбора мощности, подъемных и поворотных механизмов, лебедок, реверсов, фрикционов, тормозов, механизмов управления, кабин) которые, в свою очередь, можно в значительной мере унифицировать.
Конвертирование
При методе конвертирования базовую машину или основные ее элементы используют для создания агрегатов различного назначения, иногда близких, а иногда различных по рабочему процессу. Примером конвертирования может служить перевод поршневых двигателей внутреннего сгорания с одного вида топлива на другой, с одного вида теплового процесса на другой (с цикла искрового зажигания на цикл с воспламенением от сжатия).
Бензиновые карбюраторные двигатели легко конвертируются в газовые. Для этого достаточна замена карбюратора смесителем и изменение степени сжатия (достигаемое проще всего изменением высоты поршней) и некоторые
второстепенные конструктивные переделки. В целом двигатель остается тем же.
Конвертирование бензинового или газового двигателя в дизель представляет собой более трудную задачу, главным образом ввиду присущих дизелям повышенных рабочих усилий, обусловленных высокой степенью сжатия и большим давлением вспышки. Следовательно, конвертируемый двигатель должен обладать значительными запасами прочности. Конвертирование в данном случае заключается в замене карбюратора топливным насосом и форсунками (или насос-форсунками), изменении степени сжатия (смена головок цилиндров, увеличение высоты поршней или изменение конфигурации их днищ).
Другим примером конвертирования является перевод поршневых воздушных компрессоров на иной газ (аммиак, фреон). В этом случае при переделке необходимо учитывать различие физических и химических свойств рабочих агентов и соответственно выбирать материалы рабочих деталей.
Примером конвертирования агрегатов, сильно различающихся по рабочему процессу, может служить преобразование двигателя внутреннего сгорания в поршневой компрессор. Конвертирование в данном случае включает замену головок двигателя клапанными коробками с соответствующим изменением механизма распределения и требует значительных переделок.
Компаундирование
Метод компаундирования (параллельного соединения машин или агрегатов) применяют с целью увеличения общей мощности или производительности установки. Спариваемые машины могут быть или установлены рядом как независимые агрегаты или связаны друг с другом синхронизирующими, транспортными и т. п. устройствами, или, наконец, конструктивно объединены в один агрегат.
Примерами совмещения первого типа являются парная установка судовых двигателей, работающих каждый на свой винт, а также установка двух или большего числа двигателей в крыльях самолета. Помимо повышения общей мощности (при затруднительности создания двигателя большой мощности) этот способ иногда позволяет удачно решить другие задачи. Так, параллельная установка судовых двигателей увеличивает маневренность судна, особенно на малом ходу. Установкой нескольких двигателей на самолетах облегчают виражирование и выруливание на земле. Применение нескольких двигателей до известной степени увеличивает также надежность: при выходе из строя одного из двигателей можно продолжать рейс, хотя и с пониженной скоростью.
Примером совмещения второго типа является параллельная установка машин-орудий группами (по две — три). Ее применяют в автоматических линиях, когда производительность отдельной машины, входящей в поток, значительно уступает производительности всей линии. Такая установка требует разделения потока на два или больше потоков (соответственно числу параллельно устанавливаемых машин) с последующим соединением их в один.
Примером совмещения третьего типа является сдваивание или встраивание линейных машин-орудий, т. е. объединение нескольких рабочих трактов на общей станине. В результате получается многолинейная параллельно-поточная машина с производительностью, повышенной соответственно числу тактов.