Калугин А.А., ЗАО «ГАЗСТРОЙМАШИНА»

Маянц Ю.А., ЗАО «ГАЗСТРОЙМАШИНА»

Проблемы агрегатирования как основного метода создания строительных машин.

«Политехнический словарь» определяет агрегатирование как «метод конструирования изделий на основе применения унифицированных и стандартных составных частей путем изменения характера их соединений и пространственного сочетания, применительно к заданным условиям. Агрегатирование сокращает трудоемкость проектирования и изготовления изделий, упрощает их эксплуатацию, позволяет производить агрегатный ремонт, облегчает проведение модернизации отдельных морально устаревших частей».

Справедливость этого определения едва ли вызовет сомнение у любого инженера. Правда, понятия «агрегат» и «агрегатирование» каждый понимает по-своему. И зачастую идеально агрегатированный технический объект становится показательным шедевром инженерии. Классический пример – первый персональный компьютер фирмы IBM. «Открытая архитектура» преподносится как крупное научно-техническое достижение, хотя, в принципе – это аккуратное применение агрегатирования.

Причины кроются, на наш взгляд в том, что последние 100 лет в промышленности происходило активное внедрение поточных методов. Находясь дома, оглянитесь вокруг себя, и вы обнаружите, что большинство предметов – продукция массового производства. Конвейер успешно решает задачу минимизации стоимости, доводя ее зачастую почти до уровня затрат на материалы и энергию. И именно поточные методы, доминирующие в промышленности, определили современные подходы к созданию машин.

Однако средства производства зачастую имеют небольшие объемы выпуска. Задачи снижения стоимости решаются здесь по-иному. Грамотное применение агрегатирования должно стать основным методом конструирования мелкосерийной техники. Опять хочется обратиться к примеру из компьютерной техники IBM. Большинство фирм предлагает любую эксклюзивную сборку за короткое время и небольшую добавочную стоимость. Так должны изготавливаться и конкурентоспособные строительные машины – любая комплектация быстро и недорого. А агрегатирование и позволяет достичь этой цели, решая следующие задачи:

1.      Снижение времени проектирования новых машин.

2.      Сокращение сроков изготовления.

3.      Упрощение модернизации.

4.      Упрощение сервисного обслуживания машин.

Рассмотрим каждый из указанных пунктов подробнее.

Снижение времени проектирования новых машин.

Если конструктор правильно избрал принцип агрегатирования, то работу смогут выполнять параллельно несколько специалистов, которые не будут нуждаться в постоянном согласовании технических решений. Разработку агрегатов можно будет отдавать субподрядчикам, которые смогут работать по выданным техническим требованиям. Параллельность выполнения работы существенно сократит общее время на ее выполнение.

Отсюда проистекает одно из основных требований: максимальная автономность агрегата, т.е. его зависимость от других элементов машины должна быть минимальной.

Пример 1: есть объекты А и В. Между собой они взаимодействуют 6 связями. С остальными объектами А имеет 2 связи, а В – 4, причем А имеет 4 места крепления к раме, а В – 6. Таким образом, изначально имеется 18 внешних связей

Объединение элементов А и В в агрегат приведет к снижению количества внешних связей до 6 и мест крепления – до 4.

Пример 2: есть объекты А и В. Между собой они взаимодействуют 2 связями. С остальными объектами А имеет 2 связи, а В – 4, причем А имеет 3 места крепления к раме, а В – 4.

Таким образом, объединение элементов А и В в агрегат кажется нецелесообразным, так как количество внешних связей меняется мало. Но представим, что одна из двух связей – S имеет очень высокие требования к монтажу и регулировке, что сразу же приводит к желательности агрегатирования.

Из второго примера следует, что для оценки целесообразности агрегатирования объектов необходимо учитывать не только количество, но и качество связей между элементами.

Сокращение сроков изготовления.

Если при организации конвейерного производства машин первостепенное значение уделяется уменьшению общего количества составных элементов конструкции, а параллельность или последовательность операций существенного значения не имеет, то в единичном и мелкосерийном производстве приоритеты меняются.

В этом случае большое значение приобретает минимизация производственных площадей, кооперация, высокая гибкость и т.п. Поэтому возможность параллельного производства агрегатов играет здесь решающую роль.

Не останавливаясь на особенностях сетевого планирования, просто констатируем – параллельность изготовления и сборки уменьшает общий производственный цикл.

Упрощение модернизации и ремонта.

Как указывалось выше, для мелкосерийного производства должна быть характерно высокая гибкость. А возможность поагрегатной модернизации позволяет ее обеспечить с минимальными затратами. Здесь важнейшую роль играет взаимозаменяемость агрегатов.

Ремонтные службы всегда предпочитают возможность агрегатного ремонта. Он позволяет оперативно заменить вышедший из строя агрегат даже в полевых условиях, а дальше – произвести высококачественный ремонт и наладку снятого агрегата в надлежащих производственных условиях. А это возможно, опять же, при обеспечении взаимозаменяемости.

Что из этого следует?

Из всего описанного следуют требования к агрегатам.

1.    Агрегат должен быть максимально автономен. Значит, количество внешних связей агрегата должно быть минимальным. Поэтому системы жизнеобеспечения, контроля и управления должны максимально войти в его состав (если объект С имеет связи только с объектами А и В, то объединение их в один агрегат делает все связи С внутренними).

2.    Он должен иметь минимальное количество мест крепления к базе, а значит – свой собственный корпус или раму.

3.    Его внешние связи должны обеспечивать простую адаптацию в машину, поэтому крайне желательно их осуществление гибкими малогабаритными соединениями (назовем эти соединения – ГС): электрическими кабелями, гидравлическими и пневматическими рукавами, гибкими тросами Боудена и т.п.

Но из вышеприведенных примеров видно, что агрегатирование все-таки (на сегодняшний день) не имеет собственных четких правил, критериев или методик. Поэтому это пока более искусство, чем наука. В то же время методологическое развития данного направления должно принести несомненный экономический эффект.

Приведем несколько примеров, которые ярко демонстрируют эффект агрегатирования и иллюстрируют предпочтительность внешних ГС.

Примеры.

1. Рассмотрим энергетическую установку мобильной машины. В серийном автомобиле она разбросана по передней части рамы. Представим агрегат: специальная рама, на которой смонтированы: двигатель, системы его жизнеобеспечения, механизм отбора мощности. Внешние связи – подвод топлива, воздуха, электричества, выброс выхлопных газов, система регулирования подачи топлива, управление отбором мощности (сцеплением или отключаемым редуктором), внешняя диагностика и, собственно, выходной вал (или насос насосной станции). Крепление рамы на машине – болты или несколько стремянок. Внешние связи - электрические кабели или гибкие рукава, позволяющие располагать двигатель где угодно. Очевидная и плохо решаемая у нас проблема – тяга регулирования подачи топлива, потому что ее необходимо регулировать по длине, ее расположение требует прокладки жестко определенной трассы, что не всегда приемлемо. Если управление подачей топлива осуществить с помощью ГС, то мы получаем полноценный, достаточно автономный энергетический агрегат.

На приводимом рисунке изображена установка двигателя на гусеничном сейсмовибраторе PC27 фирмы AMG (Франция). Обратите внимание на свободное расположение пневмоуправляемого агрегата.

2. Кабина транспортного средства. Это довольно габаритный агрегат, в задачи которого входит обеспечение условий работы экипажа и обеспечение управления экипажем рабочими органами машины. Сама конструкция кабины предполагает минимальное количество крепежных элементов к раме машины, а вот органов управления – достаточно много. Если они представляют собой механические тяги, то установка кабины на машине приведет к значительным проблемам. Если же все связи осуществляются ГС, то проблем практически нет.

3. Предпусковой жидкостный подогреватель ПЖД-30 Шадринского завода, который широко используется в серийных автомобилях КамАЗ. Присоединение элементов к раме и связывание их между собой воздуховодами и рукавами делает его мало приемлемым для использования в малосерийных машинах. Подогреватели же других фирм скомпонованы в одном блоке и связываются с другими элементами, в том числе и с рамой, минимальным количеством связей.

На рисунках приведены: слева – монтаж ПЖД-30 на раме автомобиля КамАЗ, а справа – подогреватель 15.8106-01 фирмы ЭЛТРА (г.Ржев).

4. Коробки передач современных строительных машин, которые выпускаются известной фирмой ZF. Они имеют 1 входной, 2 выходных вала, выход двух рукавов для охлаждения масла и набор электрических кабелей, соединяющих ее с управляющим компьютером, рукояткой управления и контрольным дисплеем. Ее агрегатирование в любую машину не создаст больших проблем.

На рисунке показан выставочный макет трансмиссии WG-210 фирмы ZF (Германия).

Таким же путем идут и БелАЗ и Курганмашзавод. Обратите внимание – в качестве связей выбраны ГС.

5. Пневматические и гидравлические системы. На серийных машинах мы практически всегда увидим разнесенный по раме монтаж элементов, зачастую трубного исполнения. В то же время, во многих случаях не представляет труда объединение этих элементов в блок с собственным корпусом, из которого выходят места присоединения ГС. Наша практика показала колоссальное упрощение проектирования, сборки и ремонта такого агрегата-блока. Причем, что весьма интересно – если при свободном монтаже необходимо располагать элементы с максимальным удобством доступа, то при блочной компоновке это не является острой необходимостью (об агрегатном ремонте сказано выше).

Проблемы применения серийных элементов.

Широкое использование серийных агрегатов и элементов бесспорно целесообразно, а в идеальном случае – мелкосерийная машина должна представлять собой комплекс металлоконструкций, на которых установлены серийные элементы.

Прежде, чем продолжить, позвольте провести следующий тест. Перед вами задача – сделать маленький самоходный пылесос для уборки двора с двигателем мощностью, скажем 30кВт. А теперь попробуйте найти достаточную для конструирования информацию о необходимых комплектующих изделиях: двигателе, системах его жизнеобеспечения, тормозах, колесах, шинах и т.п. Сколько сил и времени это потребует, если вы раньше работали с несколько большими машинами? Если сложности не возникают, то все дальнейшее написано не для вас.

Одна из главных проблем, возникающих при создании и производстве новых технических устройств, особенно мелкосерийного производства, – отсутствие достаточной информации по комплектующим изделиям, которые выпускает отечественная и зарубежная промышленность. Причем информация, как таковая, – есть, но ее объем и содержание, зачастую, недостаточны для оперативного использования узлов и агрегатов в составе разрабатываемых машин.

Заводы, выпускающие серийную продукцию, как будто должны быть заинтересованы в увеличении сбыта. Однако не все так просто, как хотелось бы. Попробуйте достать информацию по габаритно-присоединительным размерам серийных элементов. Заводы, которые предоставят Вам полную техническую информацию, встречаются так же редко, как гоголевские птицы, перелетевшие Днепр. На одних заводах вас втянут в длительную письменную дискуссию, другие захотят, чтобы вы съездили к ним в командировку, третьи, ссылаясь на тяжелое материальное положение, будут предлагать вам купить документацию. Если ваше предприятие «достаточно продвинуто», чтобы иметь выход в INTERNET, попробуйте найти габаритно-присоединительные чертежи на серийную продукцию. Нам удалось найти дверную петлю, газобаллонный автомобиль КамАЗ и бесконтактные конечные выключатели. Правда фирма Sauer (немецкое гидрооборудование) предлагает полную информацию по своей продукции, вплоть до инструкций по монтажу. Да еще попробуйте найти нужный вам завод.

Конечно, INTERNET просто обязан упростить обмен информацией, но почему-то в «зоне RU» он ориентирован почти исключительно на распространение малоинформативной для разработчиков рекламы. Это связано с целым рядом причин, среди которых, на наш взгляд, основными являются следующие:

1.                  Необходимость затрат на поддержание сайтов.

2.                  Непонимание сущности проблемы, так как изготовители продукции ориентируются в основном на оптовых устоявшихся потребителей.

3.                  Недостаточная квалификация кадров.

Причины эти вполне очевидны, однако возникает вопрос: если понятно, что подробная информация о серийно выпускаемой продукции принесет в масштабах страны колоссальный экономический эффект, то почему этим не занимаются правительственные организации или многочисленные союзы производителей? Немного уточним: существуют каталоги – например «Информэлектро» (под эгидой Миннауки), которые рассылаются за плату. А теперь представьте цену, которую необходимо было бы заплатить за получение информации обо всей общемашиностроительной номенклатуре по тарифам Миннауки? Особенно в такой ситуации не позавидуешь небольшим предприятиям, удаленным от столицы.

Выводы.

Повышение качества при одновременном снижении стоимости, а также сроков проектирования и изготовления строительных машин может быть достигнуто благодаря широкому внедрению в проектирование новых машин агрегатных методов и использованию серийно выпускаемых изделий.

Для внедрения агрегатных методов необходимо разработать методику, которая будет доступна инженерно-техническим работникам, занятым во всей цепочке, определяющей создание новых машин. Для этого возможно открытие рубрики в таком специализированном журнале, как «Строительные и дорожные машины». Методика и обмен опытом помогут не только разработчикам, но и заказчикам, которые зачастую диктуют техническую политику.

Для того чтобы в конструкциях машин широко применять изделия, серийно выпускаемые промышленностью, необходимо осуществление специального INTERNET-проекта. В специальном сайте или портале, должна быть подобрана исчерпывающая техническая информация по комплектующим изделиям: технические характеристики, описания, габаритно-присоединительные чертежи, реквизиты производителей и т.п. Размещаемая информация должна касаться изделий, которые выпускаются серийно различными заводами России и СНГ. Это: гидрооборудование, пневмооборудование, узлы и агрегаты автотракторной техники, авиационной и сельскохозяйственной техники, тяжелого машиностроения, судостроения, техника измерений и диагностики, метизы, резинотехнические или пластмассовые элементы и т.п. – то есть все комплектующие изделия, которые можно и необходимо оперативно использовать в создаваемых машинах.

С легкой руки «агента 007» и пресловутой «Железной Леди» в наш обиход вошли выражения: «Любая информация стоит денег» или «Бесплатный сыр бывает только в мышеловке». Тем не менее, мы считаем, что для интенсивного промышленного развития страны необходимо обеспечить максимально свободное и бесплатное получение этой информации.

Предлагаемый проект осуществим под эгидой союзов предприятий-производителей, так как требует финансовых вложений при неопределенной конкретной экономической выгоде для владельца сайта. Однако экономический эффект в масштабах страны от его осуществления будет исчисляться миллионами, а может быть и миллиардами рублей.