- Мы часто получаем вопросы об особенностях методологии использования программного комплекса KISSsoft / KISSsys в серийном производстве и поскольку наша компания Micro Express обладает большим опытом в проектировании, внедрении и расчетах узлов трансмиссий, мы решили систематизировать наш опыт и изложить информацию в двух основных статьях:
1) Философия компании Micro Express, посвященная новой форме организации процесса проектирования зубчатых колес и трансмиссий в единой интегрированной среде KISSsoft / KISSsys;
2) Синтез трансмиссий нового поколения, поясняющая конкретные вопросы, возникающие как у конструкторов, так и у технологов, а также операторов станков с ЧПУ.
Другие вопросы и ответы на них, которые не вошли в приведенные выше статьи приведены ниже:
1. Известно, что гораздо дешевле учиться на чужих ошибках, какие ошибки чаще всего допускаются при масштабной реструктуризации производств, необходимой для повышения их конкурентоспособности?
Наш опыт внедрения интегрированной системы проектирования трансмиссий и подготовки производства зубчатых колес позволяет выделить два основных класса ошибок: организационно-технические и производственные, связанные с техническим перевооружением.
Организационно-технические, связанные с тем, что нет плана проведения организационно-технических мероприятий связанных с внедрением ПК KISSsoft | KISSsys как принципиально новой философии проектирования и подготовки производства зубчатых передач:
- ПК KISSsoft | KISSsys опирается на командный режим работы, основанный на принципах перекрестного инжиниринга, а не на последовательная форма организации труда, традиционно распространенную в СНГ. Трансформация бизнес процессов в организации требует командной работы и взаимодействия многих подразделений компании и прежде всего инициативы со стороны менеджмента среднего звена. Наш опыт показал, что если работы связанные с внедрением KISSsoft не были включены в текущий рабочий план, сотрудников (конструкторов и технологов) не освободили от основного потока задач на период обучения и при этом отсутствия лидер рабочей группы и система поощрения инициативы со стороны сотрудников предприятия, то ни о каком новом эффективном бизнес процессах на предприятии не может идти и речи. В связи с этим мы предлагаем разработку комплексного бизнес плана календарного плана, включающим специальный 3-х этапный курс обучения, разработку СТП и узкоспециализированных инструкций, разработку общего календарного плана работ для плавной интеграции ПК KISSsoft | KISSsys в существующую организационную структуру предприятия.
- Отсутствие краткосрочных результатов и планов по их созданию Терпение большинства сотрудников закончиться, если начатое путешествие в мир новых технологий KISSsoft не приносит неоспоримых доказательств эффективности и получения планируемых результатов в течение 12-24 месяцев. Так, например, реализация маленького узкоспециализированного проекта в конструкторском подразделении одного предприятия, без комплекса организационно технических мероприятий по внедрению интегрированной системы проектирования и подготовки производства ЗК трансмиссий не дало возможности получить быструю реализацию проекта «в железе», так как наткнулось на ряд внутренних «тормозов». Именно по этой причине мы сразу предлагаем законченное комплексное решение, позволяющие конструкторским и технологическим подразделениям работать в едином информационном пространстве с максимальной экономической эффективностью, с минимумом итераций и без случайных системных ошибок.
-
Барьеры мешающие внедрению сквозной системы проектирования и подготовки производства ЗК на базе KISSsoft остаются нетронутыми
Одним из основных барьеров на наш взгляд является искаженное представление о значимости ГОСТов – на сегодняшний день большинство из них является лишь справочной информацией, не более того, как и любая другая методика расчета.
Кроме этого, присутствует факт замещения их авторскими методиками используемыми при проектировании ЗК, вообще не имеющих обширной экспериментальной базы. Даже ГОСТ 21354-87, на который опирается большинство из них, за последние 25 лет не претерпел никаких изменений.
Не менее важным аспектом является преодоление барьера последовательной организации труда – отсутствие связи реального времени между УГК и УГТ, а также разрывом между современным оборудованием и CAD/CAM/CAE/PLM системами и нормативно-технической документацией. Эти барьеры должны быть устранены в самом начале.
Мы можем разработать СТП по прочностным расчетам зубчатых колес в среде KISSsoft с учетом особенностей принятых на вашем предприятии методик и сложившейся структуры организации производства для плавного перехода к принятым в современном машиностроении методикам, например таким как стандарт ISO 6336.
Производственные ошибки, связанные с техническим перевооружением.
Сегодня в СНГ процесс технического перевооружения производства зубчатых колес начинается с закупки новых производственных линий для изготовления зубчатых колес с большей производительностью. При этом изготавливаются все те же серийные ЗК без применения рассчитанных модификаций формы зуба по КД 20-тилетней давности, если в начале технического перевооружения одним из обоснований является повышение степени точности изготовления зубчатых колес, то наш опыт показал, что это не только не решает проблем в эксплуатации ЗК произведенных на новом оборудовании, но зачастую и снижает их долговечность (в случае, если ЗК не были специально спроектированы под соответствующую степень точности их изготовления).
- Техническое перевооружение предшествует внедрению информационных продуктов, класса CAE/CAM/PDM, необходимых для эффективного применения этого оборудования. Закупается новое зубообрабатывающее оборудования, но при этом в техническое задание на закупку не включается обоснование необходимости изготовления на нем в будущем зубчатых колес с нестандартным профилем и модификациями формы зуба, и как следствие этого очень часто не закупаются соответствующие модули ПО и специальной технологической оснастки для реализации этих возможностей. Так, на одном из предприятий был приобретен дорогостоящий современный зубошлифовальный станок, однако в ходе выполнения проектов выяснилось, что для изготовления простейших модификаций формы зуба не хватает специальных приспособлений для профилирования шлифовального круга, потребовалось 2 года на закупку этих дополнительных приспособлений. Эта проблема не возникла бы вовсе, если спецификация закупаемого оборудования составлялась с учетом требований современных технологий проектирования и подготовки производства зубчатых колес трансмиссий – для чего наша компания предлагает провести аудит и верификацию перспективных конструкций. Еще одним ярким примером является использование современных шлифовальных станков для обработки всей поверхности зуба, включая впадину. При этом снимается большая часть цементированного слоя. Это происходит ввиду того, что при изготовлении зубчатых колес для нового оборудования не был специально спроектирован новый зуборезный инструмент. Более того отсутствует возможность моделирования технологических операций: как следствие – невозможно проверить качество работы заказного инструмента не прибегая к переналадке станка и изготовлению опытных образцов.
Этот пример еще раз подчеркивает необходимость проведения своевременного аудита перспективных или же серийно выпускаемых конструкций на предмет соответствия требованиям международных стандартов ISO, в частности ISO 6336.
2. Нет культуры испытаний и современного контроля качества
Часто на предприятии даже организационно структуры, которые должны отвечать за данные сферы, не в состоянии оперативно решать задачи, которые ставят перед ними новый подход к рынкозависимому проектированию. Так, на многих предприятиях мы столкнулись с проблемами измерения спектров нагружения, с отсутствием возможности проведения испытаний на надежность, полным отсутствием контроля модификаций формы зуба на КИМ). Решенее этой проблемы возможно путем разработки специальных инструкций и программ проведения испытаний (включая исследовательских испытаний по измерению нагрузочного спектра), а также статситической обработки результатов – все эти работы становятся неотъемлемой частью календарного плана в наших проектах по внедрению интегрированной системы проектирования трансмиссий
и подготовки производства зубчатых колес.
2. Зачем нам могут понадобиться услуги консалтинговой компании, если у нас есть отдел расчетов?
– Ни для кого не секрет, что в мире уже давно оправдала себя схема разделения труда, в которых есть место аутсорсингу инженерных услуг, особенно в тех областях, где необходимо решать наиболее ресурсоемкие задачи, а количество специалистов мирового класса в них ограничено. Рассмотрим наиболее часто встречающуюся ситуацию: к нам обращаются в тех случаях, когда решить задачи поставленные временем собственными силами уже не представляется возможным (например, создание планетарной коробки передач нового поколения, соответствующей всем современным требованиям предъявляемых к надежности, уровню шума и вибрации, себестоимости и т.д.). Существует негласный стандарт в современном автомобилестроении: есть только год на проектирование и подготовку производства моделей следующего поколения, если весь цикл от постановки задачи (с учетом новых требований рынка и ТТХ) до запуска серийного производства занимает больше времени, то вы невольно становитесь аутсайдерами рынка. Осуществление таких амбициозных планов для многих компаний уровня чуть ниже GM было бы невозможно, если бы не было таких компаний как MAGNA Stayer и EES Gear, обеспечивающих львиную долю рынка аутсорсинга инженерных услуг. Рассмотрим типовую схему организации такого взаимодействия:
Таким образом, инжиниринговая компания подключается к работе только тогда, когда нужно разработать то, чего раньше не разрабатывали, получить такие количественные характеристики надежности или ТТХ, которых раньше у них не было. Речь не идет о сопровождении изделий и решения большого числа смежных задач, которые так или иначе будут возникать в процессе запуска и сопровождения производства (например, учет технологических отклонений в производстве, изменение номенклатуры деталей и марок материалов, нюансов ТО/ХТО, станочного парка, процедур контроля качества изготовления, анализ брака получаемого в производстве и поддержка принятия решений при выпуске извещений на отступление от КД: перекос осей, отклонение межосевых расстояний, отклонений формы зуба, диаметров, учет концентраторов напряжений и т.д.). Решать непрерывный поток подобных задачь и есть – основное направление деятельности КБ расчетов и инженеров Вашего предприятия. Именно внедрение такого комплекса, как KISSsoft позволяет решать эти задачи наиболее эффективно и в единой интегрированной среде, где содержится вся информация о редукторной части изделия и осуществляется обмен данными между технологическими и конструкторскими службами, что позволяет свести количество ошибок на нет.
2. Какие наиболее распространенные основные проблемы наблюдаются в конструкции трансмиссий?
Опираясь на опыт нашей компании, полученный в процессе работы над реальными проектами, было обнаружено большое количество проблем, связанных с несбалансированностью конструкции (по массе и коэффициентам запаса) и избыточной материалоемкостью. Отказы в зубчатых передачах всегда являются результатом чрезмерных нагрузок. Также во многих случаях были обнаружены ошибки проектирования, связанные с неравномерным распределением нагрузки по пятну контакта зубьев или некорректно рассчитанным профилем зуборезного инструмента. Кроме этого следует уделять внимание следующим аспектам: контактной выносливости, глубинной прочности, и случаям обрыва масляной пленки (разрушение от заедания).
Повреждения зубчатых колес из-за плохого подбора смазочного материала делят на четыре категории:
1) Износ (Непрерывный износ). Ниже на рисунке показан пример ножки зуба с типичными характеристиками износа. Закрученная форма ножки зуба свидетельствует о микропиттинге в зонах вершины и основания зуба, непрерывный износ повреждает зубчатое колесо до среднего сектора ножки зуба.
На снижение износа зубчатых передач значительное влияние может оказать закалка зубчатых колес и правильный подбор соответствующего смазочного материала.
2) Образование царапин и задиров. Контактные поверхности свариваются на короткое время. Высокая скорость взаимного скольжения контактных поверхностей мгновенно разрушает эти сварные соединения, вызывая типичные явления образования царапин и задиров.
Поэтому такого рода повреждения всегда наблюдаются в зонах сцепления ножек, часто на вершинах и основаниях зубьев, где скорости скольжения очень высоки.
3) Микропиттинг (микроточечная коррозия/выкрашивание). Ножки зубьев с шероховатыми поверхностями особенно подвержены микропиттингу. Микропиттинг развивается главным образом в зоне отрицательных скоростей скольжения или напряжения, развивающегося при трении ниже начальной окружности в виде повреждения вследствие усталости металла. В этом случае это приводит к образованию микроскопически маленьких усталостных трещин. При продолжительном повреждении эти первые микротрещины приводят к отклонениям формы профилей на ножках зубьев. В конечном итоге это способствует усиленному динамическому и последующим видам повреждения (питтингу износу, образованию трещин на зубьях).
4) Питтинг (точечная коррозия/выкрашивание). Питтинг наблюдается преимущественно на центрах ножек зубьев на высоте делительной окружности зубчатого колеса, т. е. в зоне самой высокой нагрузки (единично-зубные) зацепления или самых больших амплитуд циклов напряжений.
В зубчатых зацеплениях с упрочненной поверхностью питтингом обычно бывает поражены только несколько или (чаще) даже одна ножка (см. рис.). На остальных ножках зубьев не видно никаких признаков повреждения.
В отличие от зубчатых зацеплений с упроченной поверхностью зубчатые передачи, подверженные закалке и отпуску, очень часто бывают поражены питтингом, равномерно распределенным по всей ширине зуба, а также по всем ножкам зубьев по периметру (см. рис.).
4. Какую организацию рабочих мест Ваша компания может предложить машиностроительному предприятию?
Оснащение рабочих мест в УГК и УГТ
Для полноценного осуществления проекта необходимо оснастить рабочие места конструкторов трансмиссии и конструкторов инструмента дополнительными модулями и рабочими местами KissSoft / KissSys:
- В УГК необходимо организовать специальное место расчетчика для осуществления оптимизационных исследований и расчета всей платформы и ее отдельных компонентов. Это место целесообразно оснастить модулями расчета и оптимизации шестеренных насосов, а также модулем расчета нагрузочной способности ножки зуба для пары зубчатых колес с внутренним зацеплением с учетом толщины обода, согласно стандарту VDI2737. Стандартные рабочие места KissSoft | KissSys используются для проведения проверочных и предварительных расчетов, а также как места конструкторов-компоновщиков.
- Рабочие места конструкторов-компоновщиков KissSoft / KissSys дополнительно оснастить модулем определения оптимальной глубины поверхностного упрочнения (ZZ2) и разработать функцию поддержки проектирования системы смазки в среде KissSys, обеспечивающую расчет необходимого расхода смазки в узлах подшипников с учетом теплового баланса.
- Оснастить КБ инструмента УГТ специализированными местами конструкторов зуборезного инструмента и измерительных колес с усеченными функциями расчета зубчатых передач и редуцированной сложностью функционала, а также сниженной стоимостью (три места). Для этих мест разработать интерфейс передачи данных между KissSoft | KissSys и имеющимися на предприятии контрольно-измерительными машинами совместно с KISSSOFT AG.
5. Что на ваш взгляд является основной проблемой машиностроительных предприятий постсоветского пространства по производству редукторов?
Основной проблемой машиностроительных предприятий постсоветского пространства является разрывы в цепочке: конструктор трансмиссии – конструктор инструмента – изготовление инструмента – производство зубчатых колёс – контроль качества зубчатых колёс.
При существующей сегодня на предприятии последовательной форме организации этапов жизненного цикла трансмиссии, конструктор КБ инструмента получает задание на проектирование инструмента для зубчатого колеса с такими особенностями, которые трудно и дорого выполнять. Такая деталь возвращается на перепроектирование, что вызывает необходимость проведения расчётов всей трансмиссии повторно.
Статистика работы технологических служб показывает, что в среднем при подготовке производства дважды – трижды происходит перепроектирование деталей и зубчатых колёс. С учётом времени на заявки на повторное проектирование, передачу данных, повторные испытания и т.д., время подготовки новой трансмиссии в серийное производство достигает 2 – 3 лет. При работе в последовательной (не ассоциативной) цепочке ошибки на каждом этапе накапливаются и неизбежно приводят к постоянным переделкам, увеличивая сроки подготовки производства.
Следовательно, необходим переход к параллельной схеме организации работы служб с постоянным согласованием возникающих вопросов через среду сквозного проектирования трансмиссий KissSys / KissSoft, с возможностью выбора не только оптимальной конструкции зубчатых колес, но и оптимального инструмента для их изготовления и учета этого в расчетах на долговечность.
5. Насколько сильно изменение степени точности изготовления зубчатых колес влияет на их прочностные характеристики?
Как уже и было показано ранее в аналитической записке «Сравнительный анализ двух вариантов компоновки редукторной части ГМП-5561 (опытного образца и прототипа) с учетом теоретического спектра нагружения» от 17.09.2012, повышение степени точности изготовления зубчатых колес само по себе дает очень низкий эффект повышения их долговечности, и уж тем более никак не решает проблему сбалансированности конструкции в целом, а следовательно и ее надежности. Наглядно влияние эффекта от повышения степени точности изготовления ЗК с 7 до 5 (6 для коронных ЗК) на коэффициенты запаса по изгибу и контакту показано на красном и синем графиках ниже на примере анализа прототипа Allison (пунктиром показано номинальное значение КЗ).
