Як знизити масу і собівартість виробу
Скуратович Олександр Іванович[email protected]Незалежний консультант та тренер з ТРВЗ, ФСА та Бережливого Виробництва
У моїй консультаційній практиці зустрічаються ситуації, коли замовник хоче зменшити масу та/або собівартість виготовлення виробу без погіршення якості його функціонування. Іноді паралельно з цим потрібно усунути недоліки виробу та підвищити надійність його роботи. При цьому зазвичай замовник не готовий, не може або не хоче змінювати принцип дії виробу, не може застосовувати сучасні міцні і легкі матеріали, позбавлений можливості використання сучасного технологічного обладнання.
Відомі типові інженерні прийоми та способи зниження маси та собівартості замовник знає та активно використовує, але цього буває недостатньо. Чим у цьому випадку можуть допомогти ТРВЗ та ФСА?
В арсеналі ТРВЗ та ФСА накопичено багато інструментів та прийомів, які дозволяють виявити приховані резерви для зниження маси та собівартості виробу. Ці прийоми можуть суттєво доповнити та розширити можливості розробників техніки. Наприклад, це такі прийоми та процедури як: виявлення та виключення дублювання функцій, усунення надмірності рівня виконання функцій, процедура "згортання" структури виробу, поелементний економічний аналіз Соболєва, введення "порожнечі" в матеріали та деталі, деякі прийоми усунення технічних протиріч та інші.
Найкращий спосіб зниження маси та собівартості виробу - це видалення деталей виробу, як "непотрібні". Немає деталі - немає маси, немає процесу її виготовлення, вона нічого не варта! Іноді вдається перебудувати структуру виробу так, що стають "непотрібними" його вузли або виріб.
У 2007 році ми з колегою з ТРВЗ та ФСА Петром Чуксиним брали участь у проектіз удосконалення жниварок британської компанії Shelbourne Reynolds для зернозбиральних комбайнів. Жниварка, що очисує, реалізує перспективну технологію збирання зернових культур - очисування рослин. Її суть - забираються лише колосся із зерном, а стебла рослин залишаються на полі. Комбайни, оснащені такими жниварками, споживають на 40% менше палива, а їхня продуктивність підвищується в 2-3 рази. Ці жниварки користується попитом у США, Австралії, Бразилії, Європейських країнах. Але застосування очисних жниварок Shelbourne Reynolds на українських полях обмежено малою кількістю потужних іноземних комбайнів. Найпопулярніша за кордоном 9-ти метрова очисна жниварка важить близько 3-х тонн (рис. 1). Не всі українські комбайни можуть із нею працювати. Тому нашим українським замовником і співвласником компанії Shelbourne Reynolds були поставлені завдання знайти способи зниження маси жниварок, що оточують, і адаптувати найлегшу з них із шириною захоплення 5,4 метра до українського комбайна "НИВА".
Співробітники компанії Shelbourne Reynolds сприйняли ці завдання з подивом. Вони вдосконалювали жниварку протягом багатьох років, знають її до останньої гайки. Конструкція виглядає логічною та оптимальною. Жниварка не ламається, добре себе зарекомендувала, фермери із задоволенням її купують. Компанія є лідером у виробництві жниварок, що очисують. А тут приїжджають інженери з України та кажуть, що треба знизити її масу! Але як? За рахунок чого? З жниварки нічого не можна викинути! Усі вузли та деталі потрібні!
Головний розробник цієї жниварки та власник компанії Кейт Шелбурн сказав, що якщо ми знизимо її масу хоча б на 5%, то він особисто потисне нам руки. Але коли ми почали разом працювати, британськіколеги насправді переконалися у ефективності методів ТРВЗ та ФСА. У результаті знайшли способи, як знизити масу на 20 і навіть на 30% (див. наприкінці статті рис. 8), а Шелбурн як потиснув нам руки, а й сфотографувався з нами і натомість прапора компанії (рис. 2).
Такого результату вдалося досягти, активно застосовуючи відому в ТРВЗ процедуру "згортання" до допоміжних елементів конструкції жниварки. Але не всі допоміжні деталі можна видалити з конструкції машини. Як у цьому випадку знижувати масу та собівартість виробу?
І тут добре допомагає поелементний економічний аналіз Соболєва. Основна ідея цього методу - це виділення основних та допоміжних елементів деталі або вузла та видалення чи зміна допоміжних елементів таким чином, щоб маса деталі, трудомісткість її виготовлення чи її собівартість стали нижчими.
Наприклад, вивчаючи процес виготовлення секцій очисних зубів ротора жниварки (рис. 3), ми виявили, що у відходи йде 36% дорогої нержавіючої сталі (рис. 4).
Така велика кількість відходів говорить про нераціональне використання матеріалу і веде до збільшення собівартості виготовлення секцій та всієї жниварки.
Ми поставили завдання знайти способи раціональнішого використання площі листа металу і знизити відходи.
Якщо подивитися на секції зубів, що очисають, то видно, що елементами, що виконують основну функцію, є зуби, а допоміжною частиною секції є протилежнапряма сторона, через отвори в якій секції кріпляться на роторі очисника.
Форма зубчастого профілю "вистраждана" численними розрахунками, дослідами та випробуваннями дослідних зразків, виконаних попередніми поколіннями дослідників та практиків. Зрозуміло, що змінювати профіль зубів не можна, і інженери компанії не підуть на такий ризик. Як бути?
Зубчастий профіль регулярний і для того, щоб секції менше займали місця на аркуші, зуби однієї секції можна спробувати розташувати між іншою зубами і частково всунути їх один в одного. Ця ідея очевидна, і вона виникала у багатьох, але виграш був невеликим.
А що якщо "допустити неприпустиме", як вчить нас шановний Майстер ТРВЗ Володимир Михайлович Герасимов (див. його статтю "Допустити неприпустиме"), і всунути зубчасті секції один до одного до кінця?
Але тоді зміниться "вистражданий" профіль! А його міняти не можна!
Так, він змінитися, але трохи - кожен зуб секції потрібно буде зробити тонше на 1 мм - по 0,5 мм на бік, і вони вкладуться один в одного як у пазлі (рис. 5).
В результаті на аркуші металу можна розмістити 44 секції замість 34! А це вже дуже суттєва економія металу. На нараді з розробниками жниварки вирішили, що потонання профілю на таку незначну величину не повинно призвести до сильного ослаблення зубів.
Але азарт так розібрав нас і розробників жниварки, що наступного дня, незалежно один від одного, було знайдено ще більш економічний варіант. На прямолінійній допоміжній частині секції не можна змінювати місця розташування отворів кріплення, але матеріал між ними може приймати будь-яку форму, вигідну для досягнення наших цілей. А якщо так, то можна "втиснути" секції одна в одну ідопоміжними частинами, зберігаючи відстань між отворами кріплення. Що з цього вийшло, можна побачити на рис. 6.
У результаті виявилось, що з одного аркуша замість 34 можна вирізати вже 48 секцій! Це було ще неймовірно! В результаті виявилося, що можна істотно скоротити кількість дорогої сталі, що закуповується. Відходи металу знизилися з 36% до 10% (див. рис. 7).
Більше того, тепер за один прохід лазерний різак вирізав не одну сторону однієї секції, а дві сторони різних секцій. В результаті продуктивність операції вирізки секцій підвищилася, а відходи та час вирізки однієї секції суттєво скоротилися (таблиця 1). Технологічна операція вирізки секцій стала ідеальнішою. Цю пропозицію запровадили за тиждень.
Таблиця 1. Характеристики вихідної та нової технології вирізки секцій.
Нині це рішення здається очевидним. Але тоді ніхто в компанії не бачив цієї проблеми і не намагався її вирішувати. Ніхто не ставив завдання зниження собівартості жниварки за рахунок зниження відходів матеріалів. Це був нормальний типовий процес виготовлення деталей із звичайним рівнем відходів.
В результаті нашої спільної роботи з інженерами компанії було зроблено понад 60 пропозицій щодо спрощення конструкції та технології виготовлення жниварки та зниження її маси. Пропозиції було поділено на дві групи.
Перша група – пропозиції, для впровадження яких не потрібні сильні зміни конструкції жниварки та технології її виготовлення. Використання цих пропозицій дозволило знизити масу жниварки на 20%.
Друга група пропозицій призводила добільш радикальним змінам конструкції жниварки, до необхідності застосування більш легких і міцних матеріалів. Проте здійснення цих пропозицій дозволяло знизити масу жниварки на 30% (рис. 8).
На малюнку 9 представлена модифікована жниварка Shelbourne Reynolds для комбайна Нива. Її маса і габарити істотно нижчі від серійної, а розміри та взаємне розташування основних робочих органів залишилися тими самими. На малюнку 9 позаду модифікованої жниварки добре видно корпуси серійних жниварок, що мають більші розміри по вертикалі та горизонталі, ніж у модифікованої. Порівняльні характеристики вихідної та нової конструкції жниварок Shelboure шириною захвату 5,4 метра представлені в таблиці 2.
Таблиця 2. Характеристики вихідної та модифікованої жниварок шириною захвату 5,4 метра.
Робота зі зниження маси, габаритів та собівартості очисної жниварки ще раз показала високу ефективність спільного використання таких інструментів ТРВЗ та ФСА як процедура "згортання" структури виробу та поелементний економічний аналіз Соболєва.
Література
- Герасимов В.М., Каліш В.С., Карпунін М.Г., Кузьмін А.М., Литвин С.С. Основні положення методики проведення функціонально-вартісного аналізу Методичні рекомендації. М: Інформ-ФСА, 1991.
Соболєв Ю.М. Конструктор та економіка. Пермське книжкове видавництво, 1987.