Оценка и обеспечение технологичности конструкции успокоителя качки с неубирающимися рулями

Пялов, Николай Владимирович

Оценка и обеспечение технологичности конструкции успокоителя качки с неубирающимися рулями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат технических наук Пялов, Николай Владимирович

Пялов, Николай Владимирович
кандидат технических наук
2012

Специальность ВАК РФ05.08.04

Количество страниц 202

Пялов, Николай Владимирович. Оценка и обеспечение технологичности конструкции успокоителя качки с неубирающимися рулями: дис. кандидат технических наук: 05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства. Санкт-Петербург. 2012. 202 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пялов, Николай Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Перечень условных обозначений и сокращений, принятых в диссертации

Введение

1 Анализ конструкции МСП УК, обеспечение технологичности конструкции 12 изделия.

1.1 Анализ конструкции МСП УК

1.1.1 Обоснование выбора объекта исследования

1.1.2 Анализ конструктивно-технологических характеристик су- 15 ществующих конструкций успокоителей качки.

1.2 Анализ приёмов и методик, используемых при выполнении ОКР для 30 определения технических характеристик и технологичности МСП УК.

1.3 Проблемы оценки трудоёмкости изготовления изделия. 32 Выводы по главе 1

2 Разработка математических моделей оценки технологичности МСП УК с 38 неубирающимися рулями.

2.1 Определение основных конструктивных характеристик МСП УК

2.1.1 Определение основных технических характеристик МСП

УК с плунжерным четырёхцилиндровым приводом перекладки.

2.1.2 Определение основных конструктивно-технических харак- 45 теристик МСП УК.

2.1.3 Определение основных технических характеристик МСП 57 УК с приводом перекладки поршневой конструкции с двумя ка-

чающимися цилиндрами.

2.1.4 Основные конструктивно-технические характеристики

насосных агрегатов.

2.2 Количественная оценка технологичности конструкции МСП УК

2.3 Разработка алгоритма определения показателей технологичности

МСП УК, включая трудоёмкость изготовления изделия и его материалоёмкость.

2.4 Разработка программного обеспечения

2.5 Определение комплексного показателя технологичности. 97 Выводы по главе 2

3 Обоснование адекватности моделей оценки технологичности конструк- 103 ции МСП УК на начальных этапах проектирования.

3.1 Анализ технологичности ранее созданных конструкций, 104 определение базовых значений показателей технологичности.

3.2 Подготовка данных для математического моделирования показате- 116 лей технологичности МСП УК.

З.ЗПодтверждение адекватностиматематических моделей оценки тех- 119 нологичности МСП УК.

3.4 Анализ характеристик МСП УК. 13

Выводы по главе 3

4 Разработка методики обеспечения технологичности, выбор наиболее тех- 164 нологичных конструкций МСП УК на ранних этапах проектирования.

4.1 Разработка методики обеспечения повышения технологичности 164 конструкции МСП УК.

4.2 Разработка технических предложений по обеспечению техноло- 168 гичности создаваемых МСП УК.

4.3 Оценка функциональной эффективности применения предложен- 170 ной методики обеспечения технологичности конструкции.

4.4 Оценка экономического эффекта применения предложенной мето- 173 дики обеспечения технологичности МСП УК.

Выводы по главе 4

Заключение

Перечень использованной литературы

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1 Фотографии успокоителей качки и основных узлов ме- 186 ханизмов силовых приводов.

Приложение 2 Результаты моделирования МСП УК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка и обеспечение технологичности конструкции успокоителя качки с неубирающимися рулями»

ВВЕДЕНИЕ.

Целью современного производства является создание конкурентоспособных образцов техники.

Известно, что конкурентоспособность изделий судового машиностроения является сложной экономической и даже политико-экономической категорией, обсуждать которую имеет смысл в работах соответствующего научного профиля.

На начальных этапах проектирования (подготовки технического задания, разработки эскизного и технического проектов) конкурентоспособность определяется, следующими условиями:

- повышение качества вновь создаваемых изделий;

- обеспечения соответствия характеристик изделия требованиям заказчика;

Обеспечение конкурентоспособности изделия должно включать:

- совершенствование конструкции для снижения затрат на создание и эксплуатацию изделия (обеспечение производственной и эксплуатационной технологичности);

- применение наиболее совершенных технологических процессов изготовления, монтажа и обслуживания.

Снижение затрат на создание и эксплуатацию следует рассматривать и оценивать в рамках выполнения остальной производственной программы. Денежные затраты зависят от экономического состояния рынка РФ, определяются трудоёмкостью, материалоёмкостью, энергоёмкостью как показателями технологичности конструкции изделия.

Указанные параметры необходимо обеспечивать на всех этапах создания изделия, особенно на этапе проектирования, когда неопределённость технических и технологических параметров изделия особенно велика, а время для принятия решения ограничено.

Обеспечение технологичности конструкции изделия - функция подготовки производства, предусматривающая взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых, материальных и энергетических затрат и изменяющих временные характеристики процессов производства, эксплуатации, ремонта изделия.

Отработка конструкции изделия на технологичность, согласно ГОСТ 14.201-83, должна обеспечивать решение следующих задач:

- снижение трудоёмкости и себестоимости изготовления изделия;

- снижение материалоёмкости и энергоёмкости изделия.

В числе методов отработки изделия на технологичность при выполнении опытно-конструкторских работ (ОКР) согласно ГОСТ 14.201-83 можно выделить следующие:

- типизацию конструктивных схем и компоновок изделия и его составных частей;

- унификацию, стандартизацию, агрегатирование и взаимозаменяемость изделия и его составных частей;

- блочно-модульное построение систем и устройств;

- функционально-стоимостной анализ изделия и его составных частей укрупненными методами;

- экономико-математическое моделирование взаимосвязей основных функциональных и конструктивно-технологических характеристик изделия, влияющих на затраты труда, материалов и энергии при разработке и изготовлении с показателями эффективности производства.

Экономико-математическое моделирование позволяет на системной обеспечить технологическую рациональность, конструктивно-технологическую преемственность изделия и оценить (спрогнозировать) все виды затрат для конкретных условий производства. Указанное целесообразно решать, начиная с ранних этапов проектирования [8], обеспечивая выбор лучшего варианта конструкции в возможном диапазоне её изменения, что дает

для создаваемого изделия лучшее соотношение «цена-качество» и преимущество в конкурентной борьбе за заказы.

В трудах В.Ф.Суслова, А.Г.Даниловского, О.И.Ефимова, И.И.Исаева, Н.П.Шаманова [35,36] рассмотрены алгоритмы проектирования изделий судового машиностроения, методы оценки и обоснования технических решений на основе использования математических моделей и практические проблемы оптимизации и реализации проектных решений. Представлены методики и примеры расчётов конструкций кранов судовых электрогидравлических, грузовых электрических лебедок, якорно-швартовных механизмов и рулевых машин.

Разработаны модели для согласованной системной оптимизации судового оборудования, как единого комплекса, входящего в состав объектов морской техники. Определены критерии системы оценки эффективности. Разработаны математические модели указанных выше изделий судового машиностроения и рассмотрены вопросы информационного обеспечения разработки необходимого программного обеспечения для реализации математического моделирования.

Вместе с тем в названных трудах задачи определения взаимосвязей основных функциональных и конструктивно-технологических характеристик с показателями технологичности и методы оценки трудоёмкости изготовления и материалоемкости изделий судового машиностроения не рассмотрены.

Поскольку технологичность конструкции изделия оценивается различными показателями, представляется целесообразным выполнить анализ и обосновать выбор основных параметров и показателей технологичности изделия [28], [37] для использования на этапах проектирования с учетом [6]:

- трудоёмкости изготовления;

- удельной материалоёмкости;

- удельной трудоёмкости изготовления;

- коэффициента унификации и стандартизации конструктивных элементов изделия;

- коэффициента сборности и других.

При этом для анализа влияния всех перечисленных показателей технологичности представляется необходимым ввести комплексный показатель технологичности изделия, учитывающий влияние перечисленных параметров и показателей, что также должно быть предметом научных исследований.

В составе изделий судового машиностроения успокоители качки, обеспечивающие основные мореходные качества судов и кораблей, обладающих значительным разнообразием технических и конструктивных решений в зависимости от функционального назначения. Методов создания более совершенных конструкций успокоителей качки к настоящему времени не предложено, в связи с чем возникает необходимость постановки и решения научно-технической задачи комплексного исследования и обеспечения технологичности конструкции успокоителей качки^ обеспечивающих сокращение затрат на производство.

Целью данной диссертационной работы является обеспечение технологичности конструкции МСП УК, начиная с ранних этапов проектирования.

Для достижения указанной цели решены следующие задачи:

1. Всесторонний анализ вариантов конструктивных решений МСП УК. Обоснование необходимости всесторонних исследований и разработки методики обеспечения технологичности конструкции, начиная с ранних этапов проектирования.

2. Анализ и разработка математической модели оценки конструктивно-технических характеристик МСП УК, базирующихся на параметрах определённых требованиями заказчика и записанных в техническом задании на новое проектирование.

3. Анализ, выбор и обоснование показателей технологичности конструкции МСП УК, взаимосвязанных с конструктивно-техническими характеристиками, известными (или прогнозируемыми) на ранних этапах проектирования.

4. Комплексные исследования и разработка математических моделей оценки показателей технологичности конструкции МСП УК, адекватных существующим вариантам конструктивных решений МСП УК.

5. Выявление определяющих конструктивно-технических характеристик МСП УК и установление зависимостей их показателей технологичности от определяющих конструктивно-технических характеристик с целью выявления основных направлений совершенствования конструкции МСП УК.

6. Разработка и обоснование критериев выбора оптимальных вариантов конструктивных решений МСП УК (комплексных и локальных), начиная с ранних этапов проектирования.

7. Разработка ПО для получения оценок с использованием разработанных математических моделей, уточнение состава базы данных, методов поставки и решения задач (базы знаний) обеспечения технологичности конструкции МСП УК с учетом эксплуатационных, проектных ограничений и требований заказчика.

8. Разработка методики обеспечения технологичности конструкции МСП УК с неубирающимися рулями для использования на ранних этапах проектирования.

9. Оценка технико-экономической эффективности использования результатов диссертационных исследований при создании новых конструкций МСП УК с неубирающимися рулями.

Результаты решения указанных задач выносятся на защиту.

Объектом исследования является конструкция МСП УК. Задачи научных исследований включают разработку методов и моделей, позволяющих оценить основные конструктивные и технологические характеристики создаваемого механизма, обосновать критерии выбора наиболее технологичных решений.

В результате использования разработанных математических моделей МСП УК, методик оценки и обеспечения технологичности и критериев выбора создаваемых конструкций, обеспечивается возможность определения на

начальных этапах проектирования основных параметров технологически рационального механизма с заданными эксплуатационными характеристиками.

Разработанный методический подход позволит получить оценки мас-согабаритных характеристик изделия, трудоёмкости изготовления и материалоёмкости на возможно более ранней стадии создания изделия, что в свою очередь позволит подготовить техническое предложение потребителю в более короткие сроки и с меньшей вероятностью ошибки в стоимости при заключении контракта.

Научная задача, решаемая в диссертационной работе, заключается в проведении анализа зависимости параметров и показателей технологичности создаваемых механизмов от их конструктивных характеристик и выработке технических предложений по повышению технологичности создаваемых МСП УК.

Научная новизна настоящей работы заключается в разработке методики обеспечения технологичности конструкций МСП УК на основе использования математических моделей МСП УК, позволяющих увязать основные конструктивно- технические параметры и параметры технологичности аналитическими методами на начальных этапах проектирования.

При решении поставленных задач использованы методы численного исследования и методы математической статистики.

В результате выполненных исследований:

1 Разработана методика обеспечения технологичности конструкции МСП УК с неубирающимися рулями.

2 Разработаны математические модели МСП УК, пригодные для определения основных конструктивных и технологических характеристик МСП УК на начальных этапах проектирования.

3 Разработаны технические предложения по обеспечению технологичности МСП УК для реализации на начальных этапах ОКР.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников и приложений. Объём работы -202 страницы, в том числе 2 приложения.

12

Заключение диссертации по теме «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», Пялов, Николай Владимирович

Выводы по главе 4.

1. Разработана методика обеспечения технологичности механизмов силовых приводов, использующая методы математического моделирования. С помощью этой методики кроме основных показателей технологичности определяются основные конструктивно-технические параметры создаваемого изделия. Показано, что создаваемое изделие при этом соответствует достигнутому базовому значению показателя технологичности или превосходит его.

2. Анализ зависимостей показателей технологичности от рабочих характеристик механизма позволил выработать рекомендации по повышению технологичности МСП УК.

3. Показана возможность повышения точности определения параметров технологичности изделия за счет уточнения базовых значений показателей технологичности и совершенствования математических моделей оценки показателей технологичности МСП УК.

4. Анализ использования разработанной методики при выполнении расчетов показал, что её использование при подготовке технико-коммерческого предложения даёт существенный экономический эффект, а также обеспечивает сокращение времени при определении конструктивных характеристик и показателей технологичности с доверительной вероятностью, равной 0,95.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ,

На основании выполненных в диссертационной работе исследований получены следующие теоретические и практические результаты:

1. Выполнен всесторонний анализ конструктивных решений механизмов силовых приводов успокоителей качки, применяющихся на судах и кораблях разных классов, типов и назначений. В результате анализа установлено следующее:

- в настоящее время не предложены зависимости оценки конструктивно-технических параметров МСП УК, начиная с ранних этапов проектирования, что делает задачу создания конструкции изделия неопределенной;

- в настоящее время не предложены модели и методы оценки и обеспечения технологичности конструкции МСП УК в процессе их производства, что вызывает неопределенность оценки будущих производственных затрат при оценке и выборе технических решений по созданию МСП УК;

- успокоители качки с неубирающимися рулями широко используются на судах и кораблях, в значительной степени определяя их эффективность и трудозатраты на их создание.

В связи с указанным комплексное исследование с целью обеспечения технологичности конструкции МСП УК с неубирающимися рулями является актуальной.

2. Разработаны математические модели и ПО оценки конструктивно-технических характеристик МСП УК, адекватные ранее созданным конструкциям успокоителей качки. Разработанные модели пригодны для использования на ранних этапах проектирования, содержат технические и эксплуатационные характеристики, в том числе определяемые заказчиком.

3. Выполнен анализ и предложены методы для оценки показателей технологичности конструкции МСП УК - удельной трудоёмкости изготовления, удельной материалоёмкости, абсолютным величинам параметров технологичности отнесенным к значению определяющего технического параметра — значению крутящего момента на баллере руля.

4. По данным созданных конструкций МСП УК выявлен характер зависимостей и разработаны эмпирические математические модели оценки названных в п.З показателей, адекватные конструктивным и технологическим решениям, применяемым в настоящее время при создании изделий.

5. Разработаны и предложены критерии выбора рациональных технологических решений конструкции МСП УК, содержащих определяющие конструктивно-технологические параметры.

6. Анализ конструктивно-технологических параметров и показателей технологичности выявил следующее:

- тип конструкции МСП УК (плунжерный или поршневой) не влияет на характер изменения показателей технологичности;

- в наибольшей степени на изменение комплексного показателя технологичности влияет удельная материалоёмкость изделий (гл.З);

- показатели технологичности конструкции МСП УК улучшаются при увеличении рабочего давления, уменьшении угла и скорости перекладки бортовых рулей;

- наиболее технологичной является поршневая конструкция МСП УК.

7. Уточнен состав исходных данных (база данных), методов и математических моделей (базы знаний) для оценки конструктивно-технических характеристик и показателей технологичности для использования на ранних этапах проектирования (гл.2 и 3), что использовано при разработке ПО.

8. Разработана методика обеспечения технологичности конструкции МСП УК для использования начиная с ранних этапов проектирования.

9. На основе анализа конструктивно-технологических решений обоснован выбор основных направлений совершенствования технических предложений по созданию новых конструкций МСП УК (гл.4).

10. Выполнена оценка технико-экономических показателей использования результатов диссертационных исследований, в том числе выявлена возможность уменьшения стоимости создания новых образцов МСП УК и повышения их конкурентоспособности за счет:

- сокращения материалоёмкости и трудоёмкости изготовления МСП

УК;

- значительное сокращение времени получения оценок конструктивно-технических характеристик и показателей технологичности, обоснование и выбор технологически рациональных конструкций МСП УК с неубираю-щимися рулями на ранних этапах проектирования.

Перечень использованной литературы.

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. «Машиностроение», Москва, 2001.

2. Балицкая Е.О., Золотухина J1.A. Описание системы программ статистической обработки малого числа наблюдений. Автоматизация проектирования СЭУ: Сборник научных трудов ЛКИ, Л., 1985.

3. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. «Машиностроение», Москва, 1971.

4. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва, 1958.

5. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Шнейдерович P.M. Расчет на прочность деталей машин. «Машиностроение», Москва, 1970

6. ГОСТ 14.201-83 Обеспечение технологичности конструкции изделий. Общие требования.

7. ГОСТ 14.205-83 Технологичность конструкции изделия. Термины и определения.

8. ГОСТ 15.203-2004 Порядок выполнения опытно-конструкторских работ по созданию изделий и их составных частей.

9. ГОСТ 15467 - 79 Управление качеством продукции. Основные понятия, термины и определения.

10. ГОСТ 23945.0 - 80 Унификация изделий. Основные положения.

11. ГОСТ 27782-88 Материалоёмкость изделий машиностроения. Термины и определения.

12. ГОСТ 8.207-76 Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений.

13. Дерффель К. Статистика в аналитической химии. - Москва, «Мир», 1994.

14. Иванов М.Н. Детали машин. «Высшая школа», Москва, 2000

15. Информационный материал 9901-20-71, г. Николаев.

16. Кузык Б.Н., Никольский В.И., Новичков H.H. Военные флоты мира - Справочник. М. ООО «Национальный центр научно-технической информации», 2005.

17. Культин Н.Б. Основы программирования в Delphi 7: - СПб.; БХВ-Петербург, 2009.

18. Левитин С.Г., Темкин М.С. Вопросы предэскизного проектирования успокоителей качки с бортовыми управляемыми рулями. - Судостроение, 1961, №9, с. 18.

19. Мореншильдт В.А. Рекомендации по определению элементов бортовых управляемых рулей. - Судостроение, 1961, №4, с.4.

20. Орлов А.И. Экспертные оценки. Учебное пособие. М., 2002.

21. OCT В5.2427-84 Гидроцилиндры поршневые.

23. Писаренко Г.С., Лебедев A.A. - Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. «Наукова думка», Киев, 1976.

24. Праведников И.С. Ускоренные методы определения трудоёмкости деталей новых изделий. Нефтегазовое дело - Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 2005. - http://www.ogbus.ru.

25. Праведников И.С., Касимов Л.Н. Моделирование и оптимизация параметров подготовки производства новых изделий в условиях малого предпринимательства. Малое предпринимательство Башкортостана: науч. тр. межвуз. конф. - Уфа: Уфимск. технол. ин-т сервиса, 2001. - С. 314-318.

26. Праведников И.С., Касимов Л.Н. Разработка научных основ управления динамикой трудоемкости новых изделий и деталей. Система со-циально-эконом. обеспеч. качества услуг и сервиса: Сб. науч. трудов - Уфа: Уфимск. технол. ин-т сервиса, 1995. - С. 114-117.

27. Праведников И.С., Касимов Л.Н., Дубасов Н.П. Разработка математических моделей параметров динамики трудоемкости деталей бытовой техники. Проектирование, диагностика и повышение надежности бытовой техники: Сб. науч. трудов - Уфа: Уфимск. технол. ин-т сервиса, 1998. - С. 6570.

28. Пялов Н.В. Способы экспресс-оценки параметров технологичности изделий судового машиностроения. - Санкт-Петербург, материалы II Российской научно-практической конференции судостроителей. 2010, с. 107108.

29. Пялов Н.В .К вопросу оптимизации механизмов силовых приводов успокоителей качки. Морской вестник. 2008. №4, с. 38.

30. Рабинович С.Г. Погрешности измерения. - Москва, «Энергия».

1978.

31. Правила классификации и постройки морских судов. С-Петербург. Российский морской регистр судоходства. 2007. Том 1

32. Руководящий документ РД5.2508-87 Система показателей качества продукции. Механизмы палубные. Номенклатура показателей, методы оценки технического уровня и качества.

33. Руководящий документ РД5.4444-87 Охладители масла и воды судовые кожухотрубчатые с прямыми трубами. Методика определения теп-логидродинамических параметров.

34. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993.

35. Суслов В.Ф, Данилевский А.Г., Ефимов О.И., Исаев И.И., Шаманов Н.П. Оптимизация судового машиностроительного оборудования/ Под общей редакцией канд. техн. наук В.Ф.Суслова. В 2-х т. СПб.: Издательский центр СПб ГМТУ, 2004. Том 1.

36. Суслов В.Ф, Данилевский А.Г., Ефимов О.И., Исаев И.И., Шаманов Н.П. Оптимизация судового машиностроительного оборудования/ Под общей редакцией канд. техн. наук В.Ф.Суслова. В 2-х т. СПб.: Издательский центр СПб ГМТУ, 2004. Том 2.

37. Суслов Д.В., Завирухо В.Д., Пялов Н.В. Экспресс-оценка стоимостных характеристик изделий судового машиностроения. Морской вестник. 2009 №2 С.114-117.

38. Суслов Д.В., Поляков В.Г., Пялов Н.В. Модернизация рулевой машины Р35 для ТАВКР «Адмирал Горшков». Судостроительная промышленность, Сер. Технология и организация производства. Судовое машиностроение. Опыт проектирования и создания судовых механизмов. 2006 С. 120131.

39. Суслов Д.В., Пялов Н.В. О совершенствовании механизмов силовых приводов. Морской вестник. 2006 №4 с.32-34.

40. Федеральный Закон РФ от 21.07.2005 №94-ФЗ (ред. От 03.11.2010) «О размещении заказов на поставки товаров, выполнение работ, оказание услуг для государственных и муниципальных нужд» -vvww.consultant.ru.

41. Царёв Б.А. Модульные задачи в проектировании судов: Учебное пособие. Л.: Издательство ЛКИ, 1987.

42. Чекризов Г.В., Тёмкин М.С., Воробьёв В.О. Справочник по успокоителям качки с бортовыми рулями. - Л.: «Судостроение», 1979.

43. Шмырев А.Н., Мореншильдт В.А., Ильина С.Г., Гольдин А.И. Успокоители качки судов: - «Судостроение», 1972.

44. Герман Г.В. Методология управления технологией монтажа судового электрооборудования. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н., СПб, 2002 г.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пялов, Николай Владимирович, 2012 год