TERMÉKFEJLESZTÉS (BMEGEGE MNTF)

TERVEZÉS ELMÉLET ÉS MÓDSZERTAN (BMEGEGE MGTM) TERMÉKFEJLESZTÉS (BMEGEGE MNTF) 9. Előadás Gyártmánysorozatok és építőszekrény rendszerek fejlesztése 2010/2011 II. félév 1 / 40

Ütemterv 2011. tavaszi félév Hét Előadás 1. Tervezési iskolák, elméletek, módszerek. A tervezési folyamat és modellezése. 2. A tervezési folyamat menedzsmentje, idő- és hálótervezés 3. Inventív problémamegoldási módszerek. A TRIZ módszer. 4. Integrált termékfejlesztés (IPD) 5. Az értékelemzés folyamata, értékjavítás, értéktervezés. 6. Hiba és kockázatelemzés. FMEA-elemzés, hibafa-elemzés. 7. DfX technikák 8. Dékáni szünet 9. Gyártmánysorozatok, családok fejlesztése. Építőszekrény rendszerek fejlesztése. 10. Biztonság, megbízhatóság, minőség a tervezésben. QFD-elemzés. 11. Költségszempontú tervezés, költségszámítási módszerek 12. Költségszámítási módszerek 13. 14. 2 / 40

Gyártmánysorozat Gyártmánysorozaton olyan műszaki alkotásokat (gépeket, szerkezeti egységeket, vagy alkatrészeket kell érteni, amelyek ugyanazt a funkciót, ugyanolyan megoldással, több méretlépcsőben, a lehetőség szerint azonos gyártási eljárással készítve széles alkalmazási területen teljesítik. Sorozattervezésnél a hasonlósági törvényeket kell, a szabványos számokat és számsorokat pedig célszerű alkalmazni. 3 / 40

Hasonlósági törvények Hasonlóságról akkor lehet beszélni, ha legalább egy fizikai jellemző aránya az alaptervnél és a származtatott terveknél állandó, azaz invariáns marad. Hasonlóság Alapmennyiség Invariáns geometriai hossz φl=l1/l0 időtartami idő φt=t1/t0 erőtani erő φf=f1/f0 villamos elektromos töltés φq=q1/q0 hőmérsékleti hőmérséklet φj=j1/j0 fotometriai fényerősség φb=b1/b0 Fizikai alapmennyiségek hasonlósági jellemzői 4 / 40

Hasonlósági törvények Hasonlóság Invariáns Hasonlósági szám Meghatározás Megjegyzés kinematikai statikai dinamikai termikus φ L, φ t F φ L, φ F Hooke- Ho 2 Rugalmassági erőkre vonatkozik EL F φ L, φ t, φ F Newton- Ne 2 2 A tehetetlenségi erőkre vonatkozik v L Cauchy- Froude- Tehetetlenségi erő /rugalmassági erő Tehetetlenségi erő /nehézségi erő - Rugalmassági erő /nehézségi erő Reynolds- Ho v Ca Ne E 2 v Fr g L E g L L v Re Tehetetlenségi erő /folyadéknál és gázoknál fellépő súrlódási erő φ L, φ J Biot- L Bi Közölt, ill. elvont hő/elvezetett hő φ L, φ t, φ J Fourier- t Fo 2 c L Elvezetett hő/tárolt hő Hasonlósági számok 2 5 / 40

Hasonlósági törvények v Ca E 2 = állandó és azonos szerkezeti anyag, azaz ρ=e=állandó esetén v=állandó lesz. Geometriai hasonlóság a változás a φ L hosszléptékkel kifejezve a következő: Fordulatszám n, ω 1 L kritikus fordulatszámok (hajlító és csavarólengésre is) n kr, ω kr nyúlás e, feszültség s, a tehetetlenségi- és rugalmassági erők okozta felületi nyomás p, sebesség v rugómerevségek c, rugalmassági alakváltozás Dl, a nehézségi erő hatására fellépő nyúlás e, feszültség s, felületi nyomás p erő F teljesítmény P súly G, hajlítónyomaték T, torziós-merevség c t keresztmetszeti tényezők K, K p 0 L 1 L 2 L 3 L másodrendű nyomatékok I, I t tehetetlenségi nyomaték Q 5 Hasonlósági összefüggések geometriai hasonlóság és azonos igénybevétel esetén: a leggyakoribb jellemzők változása a hosszlépték függvényében 4 L L 6 / 40

Szabványos számsorok Szabványos számsor egy φ állandó sorhányadosú mértani sor Főértékei 1 és 10 közé eső számok φ sorhányados: n: az 1 és 10 közötti tagok száma 10 tag esetén: 20 tag esetén: a sorozat tagjainak száma: z=n+1 7 / 40

Szabványos számsorok Szabványos számok főértékei 8 / 40

Szabványos számsorok Turbinatengelyeken alkalmazott olajlehúzó gyűrűk d jellemző átmérőjének méretgyakorisága; - folytonos vonal a tényleges helyzetet, - szaggatott vonal a javasolt sorozatot jelenti. 9 / 40

Szabványos számsorok Szabványos számok alkalmazása az alábbi előnyökkel jár: más-más lépcsőzés megválasztásával a méretsor mindenkor a meglévő igényekhez illeszthető csökkenthető a méretváltozatok száma, ezáltal a gyártás során felhasznált készülékek, mérő- és ellenőrző eszközök száma egyszerűsödnek a szorzásból és osztásból álló számítások, méretezések lineáris nagyítás vagy kicsinyítés esetén a kapott értékek ugyannak a sornak lesznek a tagjai a kialakuló méretlépcsőzések más, már meglévő vagy a jövőben kidolgozásra kerülő méretsorozatokkal összeférhetőek lesznek. 10 / 40

Méretlépcsők megválasztása Az optimális lépcsőzés meghatározásának előfeltétele, hogy a következő megbízható információk álljanak rendelkezésre: a piaci igények típusonkénti prognózisa (értékesítés) a piac viselkedése típusválaszték csökkentése és az ebből adódó hiányok esetén különböző lépcsőzésű gyártmánysorozatok gyártási költségei és gyártási idői, de különösen fontos az általános gyártási költségek pontos meghatározása a termék tulajdonságai különböző lépcsőzés esetén B a tartomány legnagyobb tagja a tartomány legkisebb tagja B n n B: tartomány szám n: a tartomány lépcsőinek száma z=n+1 a tartomány tagjainak száma φ a lépcsőzési tényező 11 / 40

Méretlépcsők megválasztása Gyártmánysorozatok lépcsőzése és a sorozat egyes tagjaihoz tartozó fokozati tényezők 12 / 40

Méretlépcsők megválasztása Független (U) és függő (A) mennyiségek lépcsőzése Egy koordináta-rendszer mindkét tengelyén, a szabványos számokat léptékként választva az ún. szabványos számdiagram (R diagram) adódik, amelyben a két mennyiség közötti összefüggés ha hatványfüggvény formájában megadható, akkor lineáris (a görbe), más esetben nem lineáris (b görbe) 13 / 40

Geometriailag hasonló sorozatok Összefüggések az R diagramban n az alapul választott legfinomabb R sor lépcsőinek száma; minden egyes osztás ennek a sornak egy szabványos számát jelöli és ezek egészkitevős hatványai ismét szabványos számot adnak 14 / 40

Geometriailag hasonló sorozatok Az adatok rajzi feldolgozásához az alábbiakat kell figyelembe venni : illesztések és tűrések lépcsőzése i 3 0,45 D 0, 001 D technológiai korlátok egyes kötelező érvényű szabványok a funkcióteljesítést meghatározó hasonlósági törvények 15 / 40

Geometriailag hasonló sorozatok Sugáralakzatban való ábrázolás Hajtómű sorozat sugáralakzata (Flender gyári rajz) 16 / 40

Részlegesen hasonló sorozatok A szabványos számsorok szerint lépcsőzött geometriailag hasonló sorozatok nem minden esetben valósíthatók meg. A geometriai hasonlóságtól való lényeges eltéréseket eredményezhetnek: az általános érvényű hasonlósági törvények a feladatmeghatározásból adódó magasabb szempontok és a gyártással kapcsolatos gazdaságossági követelmények amelyek mindegyike a méretek más és más törvényszerűségek szerinti változását kívánja meg. 17 / 40

Sorozatok tervezése Sorozattervezés, fejlesztés egyes lépései: alapterv készítése fizikai összefüggések (kitevők) meghatározása; az eredmények ábrázolása típuslépcsőzések és alkalmazási tartományok kijelölése az adatlapokon elméletileg meghatározott sorozat illesztése a kötelező érvényű szabványokhoz, vagy technológiai előírásokhoz, az eltérések feltüntetése a sorozat ellenőrzése a szerkezeti egységek vagy a mérettartomány szélén lévő tagoknál a kritikus részek méretarányos kidolgozásával a tervdokumentáció javítása, tökéletesítése 18 / 40

Építőszekrény-rendszerek Építőszekrény-rendszer olyan gépek, szerkezeti egységek, és egyedi alkatrészek készlete, amelyek gyakran eltérő megoldású építőelemként kombinálva eltérő összfunkciót teljesítenek. Az építőelemekkel szemben általában követelmény, hogy lehetőleg azonos technológiával készüljenek. Az építőszekrény-rendszerek építőelemekből épülnek fel, amelyek oldható, vagy nem oldható kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. Több méretnagyságban is készülhet ezért egyben gyártmánysorozat is lehet. 19 / 40

Építőszekrény-rendszertan Szükséges elem Lehetséges elem Csak kivételes esetben, vegyes rendszert eredményez Építőszekrény- és vegyes rendszerek funkció- és építőelem fajtái 20 / 40

Építőszekrény-rendszerek fejlesztésének menete feladat pontosítása funkcióstruktúrák meghatározása megoldási elvek és koncepcióváltozatok kiválasztás és értékelés méretarányos tervek készítése gyártási dokumentáció kidolgozása 21 / 40

A feladat pontosítása A rendszerezés szempontjai Építőelem-fajták: Az építőelem jelentősége Összetettség A kombinálás módja Az elemek és a rendszer felosztási foka A rendszer határai funkcionális építőelemek alap építőelemek segéd építőelemek különleges építőelemek illesztő elemek nem -építőelemek gyártási előírások szükséges lehetséges nagy építőelemek kis építőelemek Megkülönböztető jelek csak azonos elemek kombinációja csak eltérő elemek kombinációja azonos és eltérő elemek kombinációja építőelemek és nem -építőelemek kombinációja az elemenkénti egyedi alkatrészek száma az elemek és a kombinációs lehetőségek száma zárt rendszer gyártmányválasztékkal nyitott rendszer építési mintatervvel Építőszekrény-rendszertani fogalmak 22 / 40

Funkcióstruktúrák meghatározása A funkcióstruktúra meghatározása alapvetően meghatározza az építési struktúrát. Cél: lehető legkevesebb azonos és ismétlődő részfunkció létrehozása Azokat a változatokat, amelyekre nagy igény van alap-és segédfunkciókkal, a ritkábban igényelteket különleges- és illesztő funkciókkal, a nagyon ritkát egyedi funkciókkal és nem építőelemekkel kell megvalósítani. Több részfunkció egy építőelembe való összevonása gazdaságos megoldás, különösen illesztő funkcióként. 23 / 40

Funkcióstruktúrák meghatározása Siklócsapágy építőszekrény-rendszerének funkcióstruktúrája 24 / 40

Megoldási elvek és koncepcióváltozatok Lehetőleg azonos működési elv és azonos kialakítás mellett tegye lehetővé különböző változatok létrehozását. Hasonló fizikai hatáselv Azonos energiafajta 25 / 40

Megoldási elvek és koncepcióváltozatok Siklócsapágy építőszekrény-rendszerének főterve (AEG Telefunken gyári rajz) 26 / 40

Kiválasztás és értékelés A tervező által kidolgozott koncepcióváltozatokat műszaki és gazdasági szempontok alapján értékelni kell és a legelőnyösebbet kiválasztani. Funkcióköltség? A koncepcióképzésnél még csak durva becslés Nemcsak az építőelemeket, hanem azok egymásra gyakorolt hatását is figyelembe kell venni. Különleges-, segéd-, illesztő elemek hatása az alapelemek költségére? Fel kell mérni az összes funkcióváltozatnak az építőszekrény rendszer költségeire gyakorolt hatását. 27 / 40

Méretarányos tervek készítése Az optimális felosztási fok megválasztásának feltételei: a hibahalmozódás hatásának figyelembevételéhez a követelményeket és azok minőségi jellemzőit okvetlenül be kell tartani az összfunkció-változatokat az építőelemek (alkatrészek és/vagy csoportok) egyszerű összeszerelésével lehessen létrehozni az építőelemeket csak oly mértékben kell tovább bontani, amennyire ezt a funkcióteljesítés, ill. a minőség megköveteli és a költségek ezt megengedik azokat az építőszekrény-rendszereket, amelyeket a vevő mint rendszert vásárol meg és amelynek egyes változatait az építőelemekből maga állítja össze, úgy kell felépíteni, hogy az építőelemek szilárdsági és kopási szempontból lehetőleg egyenértékűek, vagy egyszerű módon cserélhetőek legyenek a felosztási fok megállapításához a költségeket és a gyártási időt tekintve mindig az egész rendszert kell vizsgálni 28 / 40

Méretarányos tervek készítése Hidrodinamikus radiális siklócsapágy gyártmánystruktúrája (gyártmány-családfa) 29 / 40

Méretarányos tervek készítése Hidrodinamikus radiális siklócsapágy építőszekrény-rendszer építőelemeinek összeállítása 30 / 40

Gyártási dokumentáció kidolgozása Legyen lehetőség elektronikus adatfeldolgozásra A rajzrendszerben számozási és osztályozási rendszer kidolgozása (azonosító szám, illetve a funkcióorientált besoroláshoz osztályozó szám) Az építőelemek gyártmányváltozattá való összekapcsolását a darabjegyzék tartalmazza 33 / 40

Építőszekrény-rendszer előnyei és korlátai Előnyök a gyártó számára: az ajánlatok készítéséhez, a tervezéshez és a konstrukciós változatok elkészítéséhez már kész kiviteli dokumentációk állnak rendelkezésre az adott megrendeléssel kapcsolatban konstrukciós ráfordítás csak az előre nem látható járulékos berendezésekkel kapcsolatban merülhet fel lehetőség van a nem -építőelem jellegű szerkezeti elemek kombinációjával ún. vegyes rendszerek kialakítására a munka előkészítése egyszerűsíthető és a gyártási határidők is jobban kézbentarthatók a megrendelésnek megfelelő gyártmányváltozat tervezése számítógéppel elvégezhető egyszerűbb a kalkuláció a szerkezeti egységek célszerű kialakítása kedvező szerelési feltételeket biztosít az építőszekrény-rendszer elv előnyösen alkalmazható a termelési folyamat különböző fázisaiban Korlátok a gyártó számára: a különleges kívánságok kielégítésére nincsen oly mértékben lehetőség, mint az egyedi gyártmányoknál az előkészítés egyszeri, de nagyobb konstrukciós ráfordítást igényel a gyártmányváltoztatás csak nagyobb időközökben gazdaságos a formai kialakítás erősebben függ az építőelemek kialakításától és a felosztási foktól nagyobb a gyártási ráfordítás, a gyártási pontosságot, a minőséget magasabb szinten kell tartani nagyobb szerelési ráfordításra és gondosabb szerelésre van szükség nehezebb az optimális építőszekrény-rendszer kialakítása, mert a gyártón kívül a felhasználó szempontjait is figyelembe kell venni összfunkció-változatok teljesítésére biztosított kombinációk költség szempontjából előnytelenebbek lehetnek 34 / 40

Építőszekrény-rendszer előnyei és korlátai Előnyök a felhasználó számára: A felhasználó korlátai: rövid szállítási határidő jobb alkatrész cserélési és karbantartási lehetőség jobb tartalékalkatrész-ellátás a gyártmányváltozatokon keretein belül a későbbiek során lehetősége nyílik a funkció megváltoztatására, bővítésére a különleges kívánságok teljesítésére nincs mód bizonyos minőségi jellemzők kedvezőtlenebbek lehetnek, mint az egyedi kiviteleknél a nagyobb súly és térfogat miatt megnő többek között a helyigény és az alapozási költség is a kiforrott gyártmány csaknem kizárja a hibalehetőségeket 35 / 40

Példák Építőszekrény-rendszer szerint felépített közlekedési eszközök (Desiro) 36 / 40

Példák Hansen-Patent építőszekrény-rendszerű hajtómű Hansen-Patent építőszekrény-rendszerű szimmetrikus kialakítású hajtómű 37 / 40

Példák a: villanymotor + állítható fordulatszámú fokozatmentes hajtómű; b és c: a + kapcsolható, ill. nem kapcsolható fogaskerék előtéthajtómű; d: a + b + kúpkerekes szöghajtómű 38 / 40

Példák WGH gyártmányú hajtómű építőszekrény-rendszer 39 / 40

Példák Egyenes elemek Felfüggesztés Ütköző Ívelemek Futómű Anyagmozgató berendezések nyitott építőszekrény-rendszere (DEMAG, Duisburg) a) elemek; b) szerelési példa 40 / 40