Проектирование производственных систем

П.В. Круглов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана






                П.В. Круглов





                ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ





Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия









Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2012

УДК 658.5(075.8)
ББК 30.6
    К84

Р е ц е н з е н т ы :
А.И. Максимов, АС. Чумадин

    Круглов П.В.

К84 Проектирование производственных систем : учеб. пособие / П.В. Круглов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. — 71, [1] с.: ил.
        Изложены основы проектирования производственных систем в современном машиностроении, особенности ракетных производственных систем. Приведены исходные данные для проектирования, указана последовательность проектирования производственной системы. Рассмотрены методы расчета элементов основной и вспомогательной производственных систем.
        Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «Ракетостроение».

УДК 658.5(075.8)
                                                  ББК 30.6
Учебное издание

Круглов Павел Владимирович

Проектирование производственных систем

Издается в авторской редакции
Корректор Е.В. Авалова
Компьютерная верстка И.А. Марковой
Подписано в печать 14.03.2012. Формат 60x84/16.
Усл. печ. л. 4,19. Изд. № 66. Тираж 100 экз. Заказ
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.


© Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012

    ВВЕДЕНИЕ

    Появление в технологии машиностроения методических положений проектирования производственных систем относится ко второй половине XX в. и связано с необходимостью восстановления и строительства разрушенного во время Великой Отечественной войны народного хозяйства. Основные методические положения проектирования были разработаны такими учеными, как Э.А. Сатель, М.Е. Егоров, Е.С. Ямпольский. Для структурной модернизации экономики страны, начавшейся на рубеже XX—XXI вв., требуются проверенные методики определения необходимого количества оборудования, количества персонала, количества площадей и энергоресурсов предприятия.
    В данном учебном пособии рассмотрены универсальные положения проектирования производственных систем, характерные для машиностроения в целом, подробно описаны особенности ракетно-космического производства — одного из передовых, перспективных и конкурентоспособных на мировом рынке направлений развития экономики России.
    Проектирование производственной системы следует рассматривать как комплексную проблему, потому что в ходе проектирования необходимо синтезировать в единую систему такие составляющие производственного процесса, как оборудование, технологические процессы изготовления деталей, состав и квалификация рабочих. Такая система должна выпускать определенную номенклатуру изделий при минимальных материальных затратах.
    В общем случае проектирование производственной системы возможно в следующих видах:
    • проектирование нового предприятия;
    • совершенствование структуры действующего производства;
    •    совершенствование структуры предприятия действующего производства с целью повышения основных технико-экономических показателей выпускаемой продукции.
    По мере развития рынка космических услуг происходит постепенное увеличение загрузки предприятий отечественной ракет
3

но-космической промышленности, поэтому на практике встречаются все три вида проектирования. В частности, строительство новых площадок для запусков на действующих космодромах, нового космодрома на востоке страны приведет к необходимости создания монтажно-испытательных комплексов непосредственно на космодромах. Для непрерывной модернизации как ракет, так и космических аппаратов потребуются внедрение новых технологических методов и, как следствие, проектирование создаваемых производственных участков и цехов.
    Процесс проектирования производственной системы можно подразделить на три этапа:
    1) предпроектный;
    2) проектный;
    3) внедрение проекта.
    В учебном пособии приведены методики проектирования производственных систем, используемые на предпроектном и проектном этапах. Этап внедрения проекта не рассмотрен ввиду многообразия факторов, влияющих на его реализацию.

1. РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ

    1.1. Особенности ракетно-космического производства

    Предприятия ракетно-космической отрасли по ряду причин заметно отличаются от предприятий других отраслей машиностроения, что в первую очередь связано с особенностями конструкции ракет.
    Для современных ракет характерны такие параметры работы, как исключительно высокие температуры в камере сгорания и на поверхностях головных частей, высокие давления, высокие скорости истечения горячих газов из камер сгорания, что оказывает сильное эрозионное действие на стенки камеры сгорания. Детали двигательных установок жидкостных ракет функционируют в среде весьма активных компонентов топлива и поэтому подвержены коррозионному действию этой среды. В таких условиях двигатель работает в течение сравнительно длительного времени — до нескольких минут. В ряде случаев обеспечение заданной длительности работы двигателя оказывается труднейшей проблемой и обусловливает его конструктивные и технологические особенности. Напряженный режим работы двигателя и узлов ракеты кроме трудностей конструктивного характера приводит к необходимости применения новых материалов, обладающих высокой прочностью, коррозионной стойкостью, антиэрозионными свойствами, жаропрочностью и т. д. Новые материалы, кроме высокой стоимости, имеют очень низкую технологическую обрабатываемость, что объясняется неисследованностью их технологических свойств, а также высокой прочностью, жаропрочностью, вязкостью и другими свойствами.
    Применение новых материалов — характерная особенность ракетно-космической техники. Это привело к появлению на ракетно-строительных заводах (далее — завод) большого числа технологических лабораторий, а также к тесной связи заводов с научноисследовательскими институтами и технологическими лабораториями вузов, что необходимо для быстрого разрешения сложных


5

технологических вопросов освоения новых материалов. Кроме того, применение новых материалов обусловило не только модернизацию оборудования, но и создание новых образцов оборудования, а также освоение новых технологических методов обработки, основанных на современных достижениях физики, химии, электротехники и других отраслей науки.
    Практический вывод из сказанного выше: конструкторы должны очень осторожно и грамотно подходить к выбору материала. Прежде чем выбрать новый материал или потребовать создания новейшего материала со специальными свойствами, следует найти марку материала, уже имеющегося и освоенного промышленностью, отвечающего предъявляемым требованиям, что позволит удешевить ракету и уменьшить срок освоения ее выпуска. Назначение новейшего материала может быть осуществлено в исключительных случаях.
    Особенность современных ракет — необычайная сложность и наличие очень большого числа деталей: даже для средних ракет — до 100 тыс. деталей (десятки тысяч наименований), большая разнотипность агрегатов, узлов, аппаратуры, приборов, относящихся к самым различным отраслям машиностроения. Производство всех деталей, узлов, агрегатов ракеты и сборка их на одном заводе невозможны технически и организационно и нецелесообразны с экономической и со стратегической точек зрения. Поэтому характерной особенностью ракетно-космического производства является широкое кооперирование. Например, в Германии в выпуске ракеты «Фау-2» участвовало приблизительно 10 тыс. предприятий, ряд предприятий представлял собой очень маленькие артели (фирмы) с персоналом менее 10 чел. Другой пример — США, где число основных предприятий, участвующих в выпуске ракет «Трайдент II», достигает 6 тыс. В СССР в разработке и изготовлении ракеты-носителя «Энергия» и орбитального корабля «Буран» участвовало около 1000 научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро, предприятий ракетно-космической и других отраслей промышленности.
    Кооперирование предполагает наличие головного завода (базовое предприятие), на котором обычно изготавливается корпус ракеты, производится агрегатная и общая сборка, проводятся испытания и сдача заказчику готовой продукции. На головном заводе осуществляются определение всех размеров внешней формы 6

ракеты, их увязка (разбивка теоретического плаза), хранение и выдача всей документации на производство деталей и узлов кооперирующимся предприятиям-поставщикам.
    Развитие ракетной техники происходит весьма быстрыми темпами. Вследствие быстрой сменяемости конструкций ракет сроки подготовки производства и освоения нового изделия в ракетостроении весьма малы (1—3 года). В этих условиях должна обеспечиваться частая и быстрая переналадка производства, для чего необходимо применять быстроналаживаемое оборудование, нормализованную оснастку, типовые технологические процессы и групповые методы обработки.
    С целью сокращения сроков выпуска изделия этап подготовки производства совмещают с этапом проектирования ракеты. Однако сокращение сроков подготовки производства и освоения нового изделия остается до сих пор одной из самых острых проблем, для решения которой необходимы изучение научных основ подготовки производства и разработка единой системы технологической подготовки производства.
    Уменьшение веса ракеты — важнейшая задача ракетостроения. Снижение запаса прочности и веса обусловливает применение в ракетах листовых конструкций. Ракета представляет собой жесткую силовую конструкцию, состоящую из нежестких исходных элементов и обладающую вместе с тем сложными обводами и сопряжениями и достаточно крупными габаритными размерами. Не-жесткость конструкции и сложность обводов обусловливают совершенно отличное от других производств решение вопросов точности и взаимозаменяемости деталей. Для этого в ракетостроении применяется особая система производства, называемая плазово-шаблонным методом.
    При использовании листовых конструкций необходимая жесткость обеспечивается продольным и поперечным силовым набором. Обводы ракеты и внешняя форма представляют в ряде случаев поверхности двойной кривизны. Эта специфическая конструктивная особенность отражается в производстве появлением большого количества цехов холодной листовой штамповки, которых на заводах может быть до 6—8. Применение листовых конструкций обусловливает некоторые особенности и сборочных процессов. На ракетных заводах широкое развитие получили такие методы сборки, как клепка, сварка, склеивание, что также

7