Пильов В.О., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників. Том 4. Основи САПР ДВЗ

Подождите немного. Документ загружается.

Планування

Науково-

дослідні

оботи

Проектування

Приймальні

випробування

Технологічна

підготовка

виробництва

Освоєння

виробництва

Стале

виробництво

Зняття з

виробництва

Монтаж

Використання

Створення

Виробництво

Спрямування

Експлуатація

АССД

Експлуатація

Спрямування

АСКП

АСКТП

ГВС

Виробництво

СПП

АСТПВ

САПР

Розробка

АСНД

АСП

ІПТ

АІЗ

КІВ

Науково-технічний пошук

Зняття з

експл

атаці

Рисунок 1.1 – Стадії, основні етапи та автоматизовані

системи підтримки життєвого циклу конструкції:

– стадії за традиційною технологією;

– стадії за компьютерною технологією;

– основні етапи;

– автоматизовані системи

Створення. Ця стадія життєвого циклу конструкції передбачає пла-

нування подальшого комплексу робіт, виконання фундаментальних і при-

кладних наукових досліджень, створення комплексу конструкторської і

технологічної документації, виготовлення дослідного зразка, його випро-

бування. Тут на першому основному етапі, який зветься плануванням,

з’ясовуються необхідність та перспективи розробки нових двигунів, доці-

льність використання

конкретних прогресивних проектно-технологічних

рішень, визначається рівень показників якості перспективних конструкцій.

Прикладом такої роботи може служити прийнята фірмами General Motors,

Chrysler та Ford програма PNGV, відповідно до якої планується створення

легкових автомобілів з витратою палива не більше ніж 3л/100 км. Основ-

ною енергетичною установкою автомобілів XXI ст. тут прийнято двигун

внутрішнього згоряння з безпосереднім вприскуванням палива. PNGV –

програма загального напряму робіт. Безумовно, що кожна з фірм має свою

особисту програму.

Важливою сучасною процедурою етапу планування слід вважати ви-

конання розподілу чи сегментації ринку. Під цим поняттям розуміють орі-

єнтацію проекту на обраний сегмент споживчого ринку, що дає можли-

вість врахувати особливості потреб споживачів та встановити відповід-

ність нового

двигуна певним специфічним умовам його експлуатації. Так,

наприклад, за ствердженнями фірми Cummins Engine, саме такий напрям

діяльності дозволив компанії стати одним з найбільших незалежних виро-

бників дизельних двигунів.

Рекомендації етапу планування, окрім всебічного врахування даних

фундаментальних робіт, базуються на ретроспективному аналізі та прогно-

зуванні розвитку техніки в галузі, що досліджується. Так, рішення

конце-

рну Ford щодо розробки дизельних двигунів для легкових автомобілів Jag-

uar і Volvo базувалось на інформації, що частка продажі автомобільних ди-

зелів в Європі у 2003 р. досягне 40 % проти 25 % у 1998 р.

Принципова можливість створення нового двигуна встановлюється

на етапі науково-дослідних робіт. Вона базується на всебічному науково-

технічному аналізі, обґрунтуванні, конкретизації і деталізації нових

конс-

труктивних рішень. Класичними прикладами результатів науково-

дослідних робіт у галузі ДВЗ є впровадження турбонаддуву, паливної сис-

теми Common Rail, комп’ютерних систем керування, використання альтер-

нативних палив і матеріалів, адіабатного ефекту тощо. Важливим елемен-

том досліджень тут є експеримент. Експерименти виконують на моделях

різної природи (математичних, аналогових, фізичних) та на натурних зраз-

ках.

Суттєвими науковими і практичними результатами етапу науково-

дослідних робіт є розробка уточнених математичних моделей опису про-

цесів і систем функціонування двигуна. Ці моделі

використовують під час

проведення наступного етапу життєвого циклу конструкції – проектуван-

ня. Завершенням етапів планування і науково-дослідних робіт є формулю-

вання технічного завдання (ТЗ) на проектування нового двигуна.

Етап проектування складають такі процедури: уточнення вимог ТЗ;

визначення основних параметрів двигуна, що відповідають вимогам ТЗ;

проектування; конструювання; виготовлення дослідного зразка; випробу-

вання; доводка конструкції тощо. Вказані процедури тісно взаємозв’язані

між собою. З метою досягнення показників ТЗ вони можуть багатократно

повторюватись.

Завершують стадію створення ДВЗ приймальні випробування. За ре-

зультатами, що отримують на цьому етапі, вирішують питання про доціль-

ність впровадження двигуна у виробництво.

В цілому результатом проходження стадії створення є розробка

конс-

трукторської документації, що вміщує всю необхідну інформацію для під-

тримки наступних стадій життєвого циклу – від виробництва до експлуа-

тації.

Виробництво. За традиційним підходом ця стадія життєвого циклу

розпочинається з технологічної підготовки виробництва. Тут здійснюють

вибір обладнання, опис технології виготовлення елементів двигунів, орга-

нізацію матеріально-технічного постачання, планування процесів вироб-

ництва в часі тощо.

Етап освоєння виробництва передбачає підготовку та перевірку роз-

роблених технологічних процесів, практичне оволодіння способами виго-

товлення двигунів зі стабільними показниками їх якості в заданому об’ємі

випуску. Після остаточного відпрацювання конструкторської та технологі-

чної документації розпочинається етап сталого виробництва. В процесі

його реалізації можливі здійснення модернізації конструкції

машини та

подальше удосконалення технологічних процесів її виготовлення.

Зняття з виробництва здійснюють після освоєння виробництва но-

вого двигуна з більш високими показниками якості. Можливими є випадки

зняття машини з виробництва в разі зменшення попиту на неї або невідпо-

відності технічного рівня останньої новим вимогам. Прикладом таких но-

вих вимог є введення в дію Правил ЄЕК ООН щодо норм шкідливих

вики-

дів автомобільних двигунів. Інший приклад – впровадження фірмами Ford,

General Motors і Chrysler стандарту QS-9000 щодо систем якості. Так тіль-

ки концерн General Motors вимагає дотримання вимог QS-9000 від усіх

своїх постачальників у Європі, а це понад 1500 фірм.

Спрямування – це частина життєвого циклу, яка передує експлуа-

тації. Вона складається з етапів реклами, консервації, зберігання, транспо-

ртування, монтажу.

Для двигунів різних типів та призначення зміст і вага

цих етапів може суттєво відрізнятись, але головним завжди залишається

етап монтажу. При цьому усі перелічені етапи направлені на забезпечен-

ня подальшої ефективної роботи конструкції або (і) підвищення строку її

служби.

Експлуатація. На цій стадії реалізується, підтримується та понов-

люється якість машин.

Експлуатація в загальному випадку складається з

етапів введення в експлуатацію, використання конструкції за призначен-

ням, технічного обслуговування, зберігання, ремонту, модернізації. Кожен

з етапів направлено на досягнення високих техніко-економічних показни-

ків роботи двигуна, підвищення строку його служби. Зрозуміло, що най-

більш вагомим тут є етап використання. Цей основний етап стадії

експлуа-

тації водночас є головним етапом ЖЦК. На його ефективну реалізацію на-

ціляють усі інші етапи.

Останнім етапом життєвого циклу конструкції виступає зняття з

експлуатації внаслідок фізичного або морального її зносу та утилізація

технічного об’єкту.

Важливо відзначити, що зростання темпів науково-технічного про-

гресу, жорстка конкуренція між фірмами-виробниками двигунів призво-

дить до суттєвого прискорення морального зносу об’єктів проектування. З

цієї причини підвищення якості ДВЗ слід розглядати як обов’язкову умову

уповільнення темпу морального зносу і розширення етапу сталого вироб-

ництва двигунів. Водночас підвищення показників

якості продукції

об’єктивно веде до зростання часу та витрат на її розробку.

З рис.1.2 видно, що принципово існує три періоди, які впливають на

тривалість виробництва. Внаслідок підвищення якості продукції виникає

позитивний період τ

розширення етапу, що розглядається. Але складність

конструкції двигуна, яка неодмінно зростає, призводить до появи негатив-

ного періоду τ

затримки початку виробництва. Цей період виникає внаслі-

док зростання тривалості попередніх етапів ЖЦК.

Час

Тривалість

розробки

Тривалість виробництва

Збут продукції

Зняття продукції з

виробництва

очаток виробництва

исунок 1.2 – Три періоди, що впливають на тривалість

виробництва продукції:

– розширення етапу виробництва за рахунок підвищення

якості; τ

– затримка виробництва внаслідок підвищення

складності проектування; τ

– скорочення етапів розробки

проекту при впровадженні нових технологій

Вказане вище свідчить, що при традиційних методах створення тех-

нічних об’єктів існує загроза парадоксального результату, коли час розро-

бки продукції може перевершити тривалість етапів її виробництва. З

рис.1.2 видно, що подолання вказаного протиріччя можливе за

наявності

додаткового періоду τ

, який може виникнути лише за умов скорочення

етапів життєвого циклу, що передують виробництву. Таким чином, додат-

ковими цілями проектування нової техніки, поряд з підвищенням її якості,

обов’язково виступають вимоги скорочення строку проектування при зни-

женні вартості проектів.

Поява періоду τ

можлива за умов відходу від традиційних методів

проектування та технологічної підготовки виробництва – впровадження

в сферу розробки двигунів нових технологій.

Відповідно до вказаного нові технології виступають визначальними

факторами науково-технічного прогресу. На практиці це означає, що роз-

робку перспективних конструкцій ДВЗ повинні супроводжувати нові тех-

нології проектування.

Технологія – це сукупність знань, що описує способи та засоби

досягнення запланованих цілей або результатів.

Принципові можливості створення все більш складних технічних

об’єктів пов’язують з автоматизацією усіх етапів життєвого циклу конс-

трукції на основі використання обчислювальної техніки (ОТ). Тут автома-

тизація розглядається як необхідна умова та спосіб підвищення продукти-

вності праці, а використання ОТ – як засіб досягнення шуканого результа-

ту.

Технології, для яких основним засобом досягнення резуль-

тату є обчислювальна техніка, звуться комп’ютерними

технологіями.

Основу автоматизації за комп’ютерними технологіями складає по-

няття автоматизована система (АС). Відповідні АС використовують для

проходження усіх основних етапів життєвого циклу двигуна. Водночас

зміни в технології приводять до зміни складу окремих стадій ЖЦК (див.

рис.1.1).

При впровадженні комп’ютерних технологій етапи планування та

науково-дослідних робіт відносять до окремої стадії

– науково-

технічного пошуку. Ця обставина пов’язана з двома причинами:

• організаційно вказані етапи найчастіше виконуються окремими

науковими підрозділами;

• виконання цих етапів здійснюють при створенні принципово но-

вих конструкцій двигунів. Надалі використання результатів науково-

технічного пошуку передбачає розробку відповідного сімейства двигунів,

тобто багаторазового проходження наступних етапів.

Для комп’ютерної технології етапу планування відповідає автомати-

зована система планування (АСП), а етапу наково-дослідних робіт – авто-

матизована система наукових досліджень (АСНД).

Розробка – стадія комп’ютерної технології, яка займає найвагоміше

місце в життєвому циклі конструкції. Скорочення часу розробки – одна з

головних цілей двигунобудівних фірм. Тут

етапу проектування відповідає

система автоматизації проектно-конструкторських робіт – САПР (САD,

САЕ, CAD/CAE – англ.), підготовці виробництва – автоматизована сис-

тема технологічної підготовки виробництва (АСТПВ, САМ). Етапу осво-

єння виробництва частково можна поставити у відповідність систему про-

мислового проектування (СПП, САІD).

Ефект від окремого впровадження САПР та АСТПВ, а також інтег-

рації цих

систем в єдиному комплексі САПР/АСТПВ (або ІПТ, С-3) пода-

но на рис.1.3. Бачимо, що існує реальна можливість скорочення терміну

проектування порівняно з традиційними методами майже на третину. Важ-

ливо, що одночасно зменшуються витрати на проведення вказаних робіт.

Зростання ефекту економії часу та витрат від впровадження системи

ІПТ пояснюється використанням єдиних

моделей об’єкта проектування в

САПР та АСТПВ. Це дозволяє розпочинати етап технологічної підготовки

виробництва ще до закінчення етапу проектування. Наочний приклад зага-

льної організації системи САПР/АСТПВ подано на рис.1.4.

Майбутнє, яке практично вже настало, потребує інтеграції до систе-

ми ІПТ системи промислового проектування та створення інтегрованого

середовища віртуальної

розробки, або автоматизації інженерного забезпе-

чення, (АІЗ, VDE). В такому середовищі формуються не тільки моделі де-

талей, що проектуються, а і здійснюється проектування цехів для виготов-

лення цих деталей.

Ще одним кроком на шляху підвищення ефективності стадії розроб-

ки є створення, так званої, віртуальної компанії (VC), коли фірма-

проектувальник двигунів працює

з фірмами-постачальниками та замовни-

ками в середовищі сумісних комп’ютерних програм.

итрати

иконання ескізів

обудова прототипів

для оцінювання

концепці

онструювання

Уточнення

прототипів

ередвиробниче

конст

ру

ювання

иготовлення

ототипів

ипуск у виробництво

Час

итрати

озробка концепцій в ІП

очаткове проектуванн

на основі засобів аналізу

ІПТ

онструювання

методами ІП

обудова першого

прототипу

ередвиробниче

конст

ру

ювання

иготовлення

ототипів

Можлива економія

часу до 27%

Час

Економія

витрат

ипуск у

ви

обництво

итрати

Уточнення прототипів

ередвиробниче

конструювання

иготовлення

ототипів

Економія

час

Час

Економія

вит

ат

ипуск у

ви

обництво

онструювання

етодами САПР і АСТПВ

обудова прототипів

для оцінювання

концепції

скіз в САПР і АСТПВ

исунок 1.3 – Порівняння витрат та часу розробки за різними

технологіями проходження проекту (дані фірми General Electric):

а – традиційна технологія; б – використання САПР і АСТПВ;

в – інтеграція САПР/АСТПВ в ІПТ

РМ

САПР

АСТПВ

Цех зі станками

РМ

Завдання на

ви

обни

тво

РМ

Завдання на

ви

обни

тво

Завдання на

підготовку

виробництва

Копії

креслень

ристрій виведення

креслень

Центральний

обчислювальний

комплекс

Завдання на проектування

Потрібні

зовнішні дані

Рисунок 1.4 – Загальна організація САПР/АСТПВ (дані фірми Konsberg)

Стадія виробництва з використанням комп’ютерних технологій пе-

редбачає наявність автоматизованої системи керування підприємством

(АСКП), системи автоматизації технологічних процесів на підприємстві

(АСКТП), використання гнучких виробничих систем (ГВС).

В цілому автоматизовані системи стадій розробки і виробництва за-

лучаються до загальної виробничої системи, або комп’ютерно-

інтегрованого виробництва (КІВ).

На стадії експлуатації

доцільним є впровадження автоматизованої

системи статистичних досліджень (АССД). Результати цих досліджень ви-

користовують на попередніх етапах ЖЦК.

У цілому, сукупність усіх розглянутих стадій і етапів слід розуміти

як комп’ютерну технологію замкненого циклу автоматизованої розробки,

виробництва і експлуатації двигунів. Такий цикл забезпечує підвищення

якості конструкції, скорочення терміну проходження етапів, що

передують

експлуатації, зменшення витрат протягом життєвого циклу машини.

Сьогодні в загальному випадку автоматизована система розгля-

дається як комплекс, що інтегрує всі сфери діяльності фірми –

від обліку попиту ринку та аналізу умов експлуатації технічно-

го виробу, через його проектування і виробництво, до розподілу

продукції замовникам та аналізу її експлуатації.

З точки зору загальних

витрат етап проектування є

найдешевшим етапом життє-

вого циклу. Водночас вар-

тість продукції в основному

визначається саме прийняти-

ми конструкторськими рі-

шеннями. При цьому відпо-

відно до рис.1.5 радикальні

зміни в конструкції в процесі

розвитку проекту ведуть до

експоненціального зростання

загальних витрат.

Загальні витрати

Час проектування

исунок 1.5 – Зростання витрат у процесі

розвитку проекту:

1 – типова крива витрат;

2 – вплив на витрати радикальних

конструкторських змін

Цим пояснюється не-