Снижение стоимости изделия путем оптимизации конструкторских размерных цепей

Цель расчета размерных цепей заключается в обеспечении точности замыкающего звена, необходимой для функционирования объекта. Традиционно применяемые методы назначения допусков на составляющие звенья размерной цепи ориентированы на обеспечение их точностной эквивалентности без связи процесса проектирования с производством. На практике точность конструктивных элементов деталей определяет стоимость обработки соответствующих поверхностей, поэтому различные варианты распределения точности замыкающего звена среди составляющих звеньев приводят к различной стоимости изготовления всего комплекта деталей, входящих в размерную цепь. В работе решается задача оптимизации конструкторских размерных цепей по критерию минимальной себестоимости. Комплексный подход решения этой задачи включает методику определения зависимостей «допуск – стоимость», формирование необходимой информационной базы и непосредственно алгоритм оптимизации допусков составляющих звеньев размерной цепи. Определение зависимостей «допуск – стоимость» базируется на методике укрупненного расчета технологической себестоимости с помощью коэффициентов относительной стоимости технологической операции и времени ее выполнения. Полученные зависимости аппроксимируются степенной функций. Задача оптимизации решается на основе необходимого и достаточного условия существования экстремума с помощью метода неопределенных множителей Лагранжа. Зависимости для определения оптимизированных допусков звеньев размерных цепей получены для методов «максимума-минимума» и вероятностного. Формирование информационной базы для определения зависимостей «допуск – стоимость» основано на классификации и типизации конструктивных элементов деталей по признакам, определяющим вид обработки и технологическое оборудование. Оптимизация конструкторских размерных цепей на базе предложенного подхода может применяться в условиях массового производства как один из путей снижения себестоимости изделия и обеспечения его конкурентоспособности.

1. Дунаев, П. Ф. Расчет допусков размеров / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов. М.: Иновационное машиностроение, 2021. 400 с.

2. Размерный анализ конструкций: справ. / С. Г. Бондаренко, О. Н. Чередников, В. П. Губий, Т. М. Игнатцев; под общ. ред. С. Г. Бондаренко. Киев: Тэхника, 1989. 150 с.

3. Roth, М. From Tolerance Allocation to Tolerance-Cost Optimization: A Comprehensive Literature Review / М. Roth, В. Schleich, S. Wartzack // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. Vol. 107. P. 4859–4912. https://doi.org/10.1007/s00170-020-05254-5.

4. Chen, M. S. Optimising Tolerance Allocation for Mecha-nical Components Correlated by Selective Assembly / M. S. Chen // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 1996. Vol. 12. P. 349–355. https://doi.org/10.1007/bf01179810.

5. Rout, B. K. Simultaneous Selection of Optimal Parameters and Tolerance of Manipulator Using Evolutionary Optimization Technique / B. K. Rout, R. K. Mittal // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2009. Vol. 40. P. 513–528. https://doi.org/10.1007/s00158009-0368-2.

6. Siddique, N. Nature Inspired Computing: An Overview and Some Future Directions / N. Siddique, H. Adeli // Cognitive Computation. 2015. Vol. 7. P. 706–714. https://doi.org/10.1007/s12559-015-9370-8.

7. Moroni, G. Early Cost Estimation for Tolerance Verification / G. Moroni, S. Petro, T. Tolio // CIRP Annals. 2011. Vol. 60, No 1. P. 195–198. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2011.03.010.

8. Zhao, Y. M. Optimal Tolerance Design of Product Based on Service Quality Loss / Y. M. Zhao, D. S. Liu, Z. J. Wen // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 82. P. 1715–1724. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7480-9.

9. Hoffenson, S. Tolerance Optimization Considering Economic and Environmental Sustainability / S. Hoffenson, A. Dagman, R. Söderberg // Journal of Engineering Design. 2014. Vol. 25, No 10–12. P. 367–390. https://doi.org/10.1080/09544828.2014.994481.

10. Trucks, H. Е. Designing for Economical Production / H. Е. Trucks. Rochester: Society of Manufacturing Engineers, 1974. 221 p.

11. Dieter, G. E. Engineering Design: A Materials and Processing Approach / G. E. Dieter. New York: McGraw-Hill, 1983. 592 р.

12. Johnson, R. C. The Cost of Finishes and Tolerances / R. C. Johnson // Journal of the American Society of Naval Engineers. 1958. Vol. 70, No 4. P. 607–614. https://doi.org/10.1111/j.1559-3584.1958.tb01777.x.

13. Jamieson, A. Introduction to Quality Control / A. Jamieson. Reston: Reston Publ. Co, 1982. 237 p.

14. Великанов, К. М. Расчеты экономической эффективности новой техники: cправ. / К. М. Великанов. Л.: Машиностроение, 1989. 430 с.

15. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Ч. 1. Нормативы времени. Дата актуализации 01.01.2021.