Лекция 2. Жизненный цикл технического изделия

Лекция 2. Жизненный цикл технического изделия.
Закономерности его развития
Цель: изучение функциональной структуры машины и закономерностей развития жизненного цикла технических изделий.
Задачи:
1. Изучить закономерности, стадии, этапы жизненного цикла технического изделия
2. Ознакомиться с содержанием работ, выполненных на различных стадиях жизненного
цикла технического изделия.
Желаемый результат:
Студенты должны знать:
функциональную структуру и назначение узлов и агрегатов машины;
стадии жизненного цикла и закономерности его развития;
перечень и содержание работ, выполненных на различных стадиях жизненного цикла
технического изделия.
Иметь представление:
об основных различиях циклов развития изделий;
об характерных особенностях развития техники.
Учебные вопросы:
1. Функциональная структура машины.
2. Понятие о жизненном цикле технического изделия.
3. Стадии и этапы развития изделия.
4. Последовательность, сущность процессов, происходящих с изделием на отдельных
стадиях и этапах.
Учебная информация
Функциональная структура машины
Согласно современным представлениям, любая машина (технический объѐм), исходя из
функционального назначения отдельных узлов и механизмов может характеризоваться
функциональной структурой:
1. Силовая установка (энергетический блок) – предназначена для преобразования энергии, необходимой для работы агрегатов машины. Силовая установка может быть представлена двигателем внутреннего сгорания (ДВС), электродвигателем, гибридными двигателями
(ДВС + электродвигатели) или энергоблоками (ДВС + генератор + электродвигатели).
2. Система управления – используется для изменения режима работы двигателя и др.
составных частей изделия при выполнении основных технологических функций.
3. Трансмиссия (механическая, гидравлическая, электрическая) – служит для передачи
энергии от двигателя др.агрегатам и механизмам.
Силовая установка, система управления и трансмиссия составляют привод, главную
часть машины, определяющую еѐ технический уровень. Использование высоких технологий
нашего времени позволило создать надѐжные элементы электродвигателей, гидроприводов,
редукторов с планетарными зубчатыми передачами и малой массой, дающие определѐнные
преимущества по сравнению с механически приводом:
индивидуальный, независимый привод каждого рабочего механизма, органа, движителя;
возможность создания унифицированных блочных конструкций приводов машин высокого качества и по сниженной стоимости;
автоматизация систем управления рабочими органами и движителями, систем безопасности, диагностирования и контроля работы машины;
упрощение системы сервисного обслуживания и ремонта.
4. Рабочее оборудование – предназначено для выполнения основных технологических
функций. Основные задачи совершенствования РО – повышение его надѐжности, уменьше-
ние удельной материалоѐмкости, вредных вибрационных и шумовых воздействий, снижение
энергоѐмкости.
5. Металлоконструкция (несущие конструкции) – объединяют все агрегаты в конструктивную, цельную и безопасную машину определѐнного технологического назначения. В настоящее время совершенствование металлоконструкций развиваются по направлениями:
оптимизация и создание конструкций из равнопрочных элементов;
широкое применение гнутых штамповочных профилей;
автоматическая сварка с дополнительной технологической обработкой, обеспечивающей высокую усталостную прочность и долговечность сварных соединений;
широкое применение неразрушающих методов контроля качества сварки; использование прочных болтовых соединений в монтажных стыках.
6. Ходовое оборудование предназначено для перемещения машины в пространстве. основная задача совершенствования ходового оборудования – повышение его срока службы по
несущей способности и износу.
7. Вспомогательное оборудование – предназначено для надѐжного обеспечения безопасности труда, создания благоприятных условий машинистам и операторам на рабочем
месте, улучшения эстетических свойств. Сегодня одна из задач – повышение экологической
безопасности машины: уменьшение содержания токсических веществ отработанных газов,
уровень воздействие внешнего шума, загрязнения, связанные с утечкой топлива и смазочных
материалов.
Понятие о жизненном цикле изделий и закономерностях его развития
Для капитального отражения всего существования изделия от зарождения идеи до возникновения необходимости его утилизации используется понятие жизненного цикла. Это
совокупность взаимосвязанных процессов создания и последовательного изменения состояния изделий от формирования исходных требований к нему до окончания его использования.
Жизненный цикл изделия делится на следующие стадии (рис.2.1.):
фундаментальные исследования; прикладные исследования и разработки; производство; использование.
Фундаментальные
исследования
Прикладные
исследования
ОКР
НИР
ОТР
Производство
ОП
СВ
Использование
Э
Р
М
У
Эволюционный цикл
Цикл развития с качественными изменениями
Рис.2.1. Стадии жизненного цикла промышленной продукции:
НИР – научно-исследовательские работы; ОКР – опытно-конструкторские работы;
ОТР – опытно-технологические работы; ОП – опытное производство; СВ – серийный выпуск;
Э – эксплуатация; Р – ремонт; М – модернизация; У- утилизация
При переходе на новую ступень познания, характеризующуюся принципиально новым
научным или техническим решением, жизненный цикл включает в себя стадию фундаментальных исследований (цикл развития с качественными изменениями). Качественные изменения можно наглядно проследить на определѐнном историческом отрезке развития любой
техники.
Жизненный цикл изделия, связанный с модернизацией или модификацией ранее разработанных решений носит эволюционный характер, где различаются три фазы развития
(Рис.2.2.).
Функциональные параметры
техники
Время
I
II
III
Рис.2.2. Фазы эволюционного развития
I фаза – зарождение новой техники и рост еѐ функциональных параметров. Скорость
роста невелика, но непрерывно увеличивается.
II фаза – интенсивное нарастание функциональных параметров техники.
III фаза – фаза морального старения техники.
Стадии и этапы развития изделия. Их последовательность, сущность процессов, переходящих с изделием на отдельных стадиях и этапах.
Фундаментальные исследования – теоретическая и экспериментальная деятельность,
направленная на получение новых знаний об основных закономерностях строения, развития
человека, общества, окружающей среды.
Фундаментальные науки изучают общие закономерности и свойства природы, открывают новые явления в соответствующих областях знаний.
Особую роль в развитии науки и практической реализации еѐ достижений играют Государственные научные центры (ГНЦ). Они начали создаваться в 1993 г. на основании указа
президента РФ «О государственных научных центрах РФ». Статус ГНЦ присваивается специальными решениями правительства.
Целью ГНЦ является создание условий, обеспечивающих поддержание в РФ мирового
уровня научно-исследовательских работ, сохранение научных школ, развитие интеллектуального и технического потенциала России.
В число ГШЦ входит более 60-ти организаций, в т.ч. организации машиностроительного профиля, как Всероссийского электротехнического института, ЦНИИТМАШ, ЦНИАМИ,
Всероссийского проектно-конструкторского института металлургии и др.
Результаты фундаментальных исследований служат основой для выполнения прикладных исследований и разработок (ПНИР), направленных на применение новых знаний для
достижения практических целей и решения конкретных задач, проводимых на второй стадии жизненного цикла.
В результате выполнения прикладных НИР устанавливаются принципиальные возможность и целесообразность создания новых или модернизация существующих изделий.
Проектирование начинается с момента постановки задачи на создание или модернизацию изделия. Эта задача конкретизируется в техническом задании (ТЗ), детально изучая
предшествующие конструкции, изучая современные тенденции их развития, обобщая опыт.
Техническое задание (ТЗ) – отражает основное значение, технические и техникоэкономические требования, технический уровень изделия. Выполняются также работы по
разработке ТЗ, его согласования и утверждения. После согласования и утверждения ТЗ служит базой для разработки Технического предложения (ТП), Эскизного и Технического проектов.
Техническое предложение (ТП) – конструкторские документы, содержащие техниче-
ские и технико-экономические обоснования целесообразности разработки машины. Ведѐтся
подбор материалов, проведение нужных исследований, патентный поиск и т.д.
Эскизный проект (Э) – иногда разрабатывается с ТП и содержит документы, дающие
общее представление об устройстве и принципе работы изделия, его параметров.
Технический проект (Т) – это уточнение и обоснование параметров ТЗ, служит основанием для разработки рабочей документации. Включает расчеты и конструкторскую разработку всех сборочных единиц, уточнение кинематической схемы, составление гидравлических и электрических схем, подбор силового оборудование, определение расчетных нагрузок, расчеты сборочных единиц и деталей, соответствие ГОСТу, разработка стендов и моделей.
Рабочий проект (РП) – завершает этап создания машины. Здесь решаются вопросы
применения различных материалов, технологии изготовление, техобслуживания, техники
безопасности, дизайн.
По РП изготавливают и испытывают опытный образец (опытная партия) для определения основных рабочих характеристик изделия, его работоспособности. По данным испытания делают корректировки, уточняют расчетные данные.
Важная часть проектирования экономические расчеты. Их начальной стадией являются
экономические обоснования выдвигаемых предложений, предполагаемых затрат на изготовление, расчет технической производительности, стоимости эксплуатации.
В затраты на стадии «прикладные исследования и разработки» входят: затраты на НИР;
на разработку ТЗ, Т и РП; на технологическую подготовку производства; на изготовление и
испытание образца.
Стадия «производство» имеет 2 этапа – производство изделий опытными партиями;
серийный выпуск изделий.
«Изготовление изделий опытными партиями» связан с применением уникального
оборудования, высокой квалификация рабочих и т.д.
«Серийный выпуск продукции» можно разделить на 3 части:
период освоения серийных образцов – с начала подготовки до выпуска первого серийного образца;
период освоения серийного производства, который характеризуется увеличением выпуска производства;
период установившегося серийного производства с дальнейшим совершенствованием
технологии производства, повышением уровня автоматизации и механизации технологического процесса.
Затраты
Выпуск
Освоение
производства
Развѐрнутый
выпуск
Объѐм выпуска
Затраты
время
Рис.2.3. Изменение затрат и выпуска изделий в процессе серийного производства
В общем случае затраты на производства включают в себя: материальные затраты (сырьѐ, основные и вспомогательные материалы, энергия и т.д.); затраты на оплату труда; от-
числения на социальные нужды; амортизация основных фондов; прочие затраты.
Стадия использования включает процесс функционирования (эксплуатация), работы
для поддержания функционирования изделия (техобслуживание, ремонт), модернизацию изделий, их утилизацию.
Процесс функционирования (целевое использование) – характеризуется функциональными свойствами изделия, определяя его назначение.
Работы, направленные на поддержание работоспособности изделия – техобслуживание
и ремонт.
Модернизация – приведение в соответствие с современными требованиями, путѐм частичных изменений.
Утилизация изделия – работы, направленные на решение экологических проблем.
Расходы на стадии «использования» изделий включают следующие затраты: оплата
труда рабочих, затраты на материалы и запчасти, затраты на смазочные материалы, топливо,
утилизацию изделия.
Резюме по теме:
Оценку ТУ и качества необходимо осуществлять на всех стадиях жизненного цикла.
Цели оценки ТУ и качества на каждой стадии для каждого вида продукции могут быть
индивидуальными. Однако важным является разработка и реализация жизненного цикла новой и модернизированной продукции, в основе содержащей плановые мероприятия целевой
программы «качество». Целями управления качества на этапе утилизации в условиях рынка
являются исключение и сокращение до минимума вредного воздействия на окружающую
среду, экономия потребления энергии и сырья после еѐ использования.
Вопросы для самопроверки
1.Какие элементы входят в привод машины? Основное назначение этих элементов?
2.Для каких целей предназначена силовая установка? Что используется в качестве силовой установки в современных машинах?
3.Приведите основные виды и назначение трансмиссии.
5.Что входит в металлоконструкцию изделий? Приведите примеры.
6.Функции вспомогательного оборудования?
7.Для чего предназначено ходовое оборудование. Примеры.
8. Охарактеризуйте стадии жизненного цикла изделий.
9. Дайте характеристику основным работам, выполняемым на стадии «Прикладные исследования и разработки»?
10. Назовите затраты, производимые на стадии «прикладные исследования и разработки».
13. Какие этапы работ выполняются на стадии «производство изделий»?
14. Затраты, характерные для стадии «производство»?
15. В чем заключается модернизация изделий?
17. Работы, производимые при техническом использовании изделия?
19. В чем заключается использование изделий?
20. Затраты, производимые на стадии «использование изделий».
Список литературы
Основная литература
1. Федюнин В.К. Методы оценки и управления качеством промышленной продукции: Учебник для вузов/В.К.Федюнин, В.Д.Дурнев, В.Г.Лебедев.- М.: Филин, 2001.-328 с.
2. Фомин В.Н. Квалиметрия. Управление качеством. Сертификация./В.Н. Фомин. - М.: Ось89, 2002г.-384с.
3. Мишин В.А. Управление качеством / В.М.Мишин.- М.: Юнити-Дана, 2008.-463с.
Дополнительная литература:
4. Ипатов М.И. Организация и планирование машиностроительного производства /
М.И.Ипатов и др.- М.: Высшая школа, 1989.-367.
5. ГОСТ 2.103-68. Единая система конструкторской документации: Стадия разработки.
6. ГОСТ 2.118-73. Единая система конструкторской документации: Техническое предложение.
7. ГОСТ 2.119-73. Единая система конструкторской документации. Эскизный проект.
8. ГОСТ 2.120-73. Единая система конструкторской документации. Технический проект.
Список основных терминов
Базовое значение показателя качества; научная (научно-исследовательская) деятельность; научно-техническая деятельность; новая продукция; прикладные научные исследования; стадия жизненного цикла; техническая документация; технические условия; техническое задание; фундаментальные научные исследования; эксплаутация.