Теоретические основы технологии ракетостроения

К 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана

                ТЕХНОЛОГИИ
                РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ





В.А. Тарасов, Л.А. Кашуба

Теоретические основы технологии ракетостроения

Под редакцией доктора технических наук, профессора В.А. Тарасова

Допущено Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности.«Ракетостроение» направления подготовки дипломированных специалистов «Ракетостроение и космонавтика»





Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2006

УДК 629.76; 629.78(075.8)
ББК 34.5
     Т19


       Рецензенты: чл.-кор. РАН, проф. В А. Барвинок, д-р техн, наук, проф. В.В. Булавкин


        Тарасов В.А., Кашуба Л.А.

Т19 Теоретические основы технологии ракетостроения: Учеб, пособие / Под ред. В.А. Тарасова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 352 с.: ил. (Технологии ракетно-космического машиностроения).

        ISBN 5-7038-2697-7

        В учебном пособии рассмотрены вопросы системной взаимосвязи решений, принимаемых на стадиях конструкторской и технологической подготовки производства ракетно-космической техники (РКТ). Изложены принципы, позволяющие обеспечить точность параметров РКТ при разработке технологических решений и управлении действующим производством. Проанализированы направления совершенствования систем качества машиностроительных предприятий как основа повышения конкурентоспособности ракетостроительных производств в условиях рыночной экономики.
        В основу учебного пособия положен материал лекций, читаемых авторами студентам МГТУ им. Н.Э. Баумана.
        Для студентов и аспирантов ракетостроительных специальностей технических и военных высших учебных заведений.




УДК 629.76; 629.78 (075.8)
ББК 34.5



ISBN 5-7038-2697-7

                                    © В.А. Тарасов, Л.А. Кашуба, 2006
                                    © Оформление. Издательство МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 2006

        ПРЕДИСЛОВИЕ


    Издание многотомного учебного пособия «Технологии ракетно-космического машиностроения» предпринято с целью улучшить методическое обеспечение технологической подготовки инженеров-ракетчиков в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Содержание учебного пособия соответствует учебному плану Государственного стандарта образования для студентов специальностей 130600 «Ракетостроение» и 130700 «Космические аппараты» направления подготовки 652600 «Ракетостроение и космонавтика», а также учебным программам технологической подготовки инженеров-ракетчиков в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
    В отдельных томах учебного пособия с единых позиций будут изучены специальные методы формообразования элементов конструкций ракет, принципы и методы проведения производственных испытаний систем ракетно-космической техники (РКТ), особенности сборочных процессов и сборочных приспособлений, методики проектирования производственных систем, а также основы анализа рынка РКТ и услуг по выведению космических аппаратов на околоземные орбиты.
    В предлагаемом читателю первом томе учебного пособия содержатся основополагающие определения, относящиеся к области ракетно-космического машиностроения, дано системное представление принципов технологического обеспечения качества РКТ при ее производстве.
    Основной своей задачей авторы учебного пособия считают укрепление теоретической базы знаний технологов-ракетчиков, которая включает в себя:
    -     положения о системной взаимосвязи решений, принимаемых на стадиях конструкторской и технологической подготовки производства РКТ;

    -     принципы обеспечения точности параметров РКТ на стадиях разработки технологических решений и управления действующим производством;
    -     понятие о системе качества машиностроительных предприятий как основе повышения конкурентоспособности ракетостроительных производств в условиях рыночной экономики.
    При подготовке учебного пособия авторами использовались положения научных трудов выдающихся российских технологов-машиностроителей: А.Н. Гаврилова, А.Н. Бородачева, А.П. Соколовского, Э.А. Сателя, Б.С. Балакшина, В.М. Кована, В.С. Корсакова, ,А.С. Проникова, А.М. Дальского и других, а также учебники В.Г. Саксельцева, Г.А. Киселева, А.Л. Абибова, Б.В. Бойцова, В.А. Барвинка и других ученых в области технологии производства летательных аппаратов.
    В изложении материала учебного пособия учитываются отличительные особенности технологии ракетостроения как наукоемкой области знания:
    -     большое число конструктивных элементов ракеты при малой годовой программе выпуска изделий;
    -     большие габаритные размеры и малая жесткость элементов конструкции;
    -     необходимость технологического обеспечения высокой надежности ракетной техники;
    -     длительность проектирования, конструирования и технологической подготовки производства ракетной техники по сравнению с периодом серийного производства изделий;
    -     значительное превышение длительности цикла сборочных работ и испытаний по отношению к циклу размерной обработки деталей изделия.
    В первой главе учебного пособия изложена совокупность понятий и характеристик, относящихся к технической системе. Они применимы и к ракете как объекту производства, и к технологическому процессу как системе способов технологического воздействия на объект производства, и к производственной системе, включающей технологическое оборудование, транспортные и энергетические сети. Во второй главе дана характеристика ракетно-космической системы как объекта производства. Третья глава посвящена изложению основных понятий и описанию структуры технологического и производственного процессов, а также изучению организационнотехнологических и технико-экономических критериев построения технологических процессов и производственных систем. В четвер

той главе обсуждаются методические основы проектирования технологических процессов изготовления деталей РКТ. В пятой главе рассмотрены общие принципы оценки точности параметров изделия в проектируемом и действующем производстве. Шестая глава посвящена изложению теоретических основ технологических процессов сборки изделия. В седьмой главе обсуждаются общие вопросы создания систем качества производства ракетной техники.
    При изложении материала предполагается, что читатель владеет основами математического анализа, физики и теоретической механики, прослушал курсы лекций по деталям машин, технологии конструкционных материалов и материаловедению.
    В формировании окончательной редакции учебного пособия важную роль сыграли дискуссии о проблемах производства РКТ на факультетах СМ, ИБМ и МТ МГТУ им. Н.Э. Баумана. За конструктивные замечания и полезные советы авторы благодарят профессоров МГТУ им. Н.Э. Баумана В.С. Зарубина, М.И. Киселева, А.Г. Григорьянца, Ю.А. Абрамова и С.Г. Фалько.
    Полезной была поддержка и внимание со стороны руководителя НУК СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана В.В. Зеленцова, президента Российской академии ракетных и артиллерийских наук, профессора В.П. Киреева, генеральных директоров корпорации «Компомаш», профессоров В.А. Моисеева и С.П. Половникова.
    Авторы считают своим долгом выразить благодарность рецензентам книги: члену-корреспонденту Российской Академии наук, профессору В.А. Барвинку, вице-президенту Российской Академии космонавтики, профессору В.В. Булавкину.

            1.  ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В ПРОИЗВОДСТВЕ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ



        1.1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОИЗВОДСТВУ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

   Производство техники (машин, устройств, приспособлений, приборов и т. д.) является одним из направлений деятельности человека, призванных расширить его физические возможности, повысить производительность труда и создать благоприятные условия для жизни.
   Понятие «производство техники» в широком смысле включает в себя все виды деятельности, связанные с ее разработкой и изготовлением в научно-исследовательских институтах, конструкторских бюро, на заводах, которые часто относятся к различным отраслям машино- и приборостроения.
   Производственным процессом принято называть все виды деятельности, связанные с выпуском техники на отдельном предприятии, результат этого процесса (выпускаемую технику) называют продукцией.
   Необходимыми условиями производства техники являются:
   -  наличие потенциального потребителя техники;
   -     наличие финансовых ресурсов для технической подготовки и производства создаваемого образца техники;
   -     приемлемая прибыль от реализации техники или решение общегосударственной проблемы с помощью этой техники.
   Часть производственного процесса, направленную на формирование свойств конструктивных элементов техники при изготовлении, называют технологическим процессом. Для осуществления технологического процесса используют различное технологическое

оборудование, инструмент и приспособления, которые объединяются понятием технологическое оснащение. Совокупность технологических процессов изготовления машин называют технологией производства машин. Под технологией в широком смысле имеют в виду методы и способы достижения определенных целей. Именно поэтому часто употребляются такие сочетания слов, как «технология проектирования», «технология разработки» и т. д.
    Область науки (совокупность знаний), изучающую закономерности производства машин в заданном количестве, с требуемыми свойствами и при минимальных затратах, называют технологией машиностроения. В зависимости от типа машин и их конструктивных особенностей принято различать технологию станкостроения, технологию двигателестроения, технологию самолетостроения и т. д.
    При разработке конструкций РКТ применяют большое число научных достижений физики, химии, материаловедения и других областей науки. Успешное производство этой техники во многом достигается благодаря взаимодействию трех типов технических систем: ракетно-космической системы (РКС), технологического процесса и производственной системы.
    Ракетно-космическая система предназначена для доставки полезного груза в определенную точку Земли, околоземного пространства или Солнечной системы и обеспечения его дальнейшего функционирования. В процессе разработки РКС формируется ее структура: определяются элементы конструкции, составные части, способы их соединения и принципы совместной работы.
    Технологический процесс как совокупность способов воздействия на объект производства следует рассматривать в качестве технической системы, предназначенной для того, чтобы сформировать у элементов РКС требуемые свойства. В процессе разработки технологического процесса определяют его структурные составляющие: технологические операции, переходы, приемы и т. д.
    Производственная система предназначена для реализации технологического процесса и имеет в своей структуре основные и вспомогательные производственные подразделения, складское и транспортное хозяйство, инженерно-технические и административно-хозяйственные службы.
    Три перечисленные технические системы связаны между собой и находятся в непрерывном взаимодействии. Так, облик элементов РКС во многом зависит от возможностей существующих производственных и технологических систем. В свою очередь, совершенствование РКС является основой для разработки нового оборудования и

создания новых методов обработки материалов. Например, в ракетно-космическом машиностроении создавалось оборудование для сварки неповоротных стыков трубопроводов, для фрезерования вафельного фона на поверхностях крупногабаритных баков, а также внедрялись в практику производства такие технологические методы, как взрывная штамповка, электроэрозионная обработка, осаждение материалов из газовой фазы, плазменное напыление покрытий и многие другие.
   Подводя итог сказанному, можно сделать вывод, что базой для изучения разнообразных вопросов технологии ракетно-космического машиностроения является теория технических систем.

        1.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

   Технической системой называют множество элементов, которые находятся в определенных связях друг с другом и образуют целостность, единство.
   Каждая техническая система обладает структурой. Элементом технической системы является предельная единица ее членения, позволяющая решить конкретную задачу, которая возникает в процессе функционирования этой системы. Расчленить техническую систему на элементы можно различными способами в зависимости от цели ее функционирования. Система может быть расчленена на иерархически связанные элементы, вступающие друг с другом во взаимодействие и выполняющие определенные функции при достижении системой заданных целей. В зависимости от степени влияния на функциональные характеристики системы ее элементы образуют первый, второй, третий и т. д. иерархические уровни.
   В понятии связи между элементами технической системы отражено возникновение и сохранение структуры и свойств системы. Это понятие одновременно характеризует и структуру, и особенности функционирования системы.
   Под состоянием технической системы понимают совокупность важных свойств, которыми система обладает в определенный момент времени. Это «мгновенная фотография», «срез» системы, фиксация состояния в ее развитии в определенное время.
   Если техническая система способна переходить из одного состояния в другое, то говорят, что она обладает поведением.