Конструирование нового продукта

2.4.  Конструирование нового продукта

2.4.1. Опытно-конструкторские разработки

Опытно-конструкторские (экспериментальные) разработки – это комплекс работ, осуществляемых с целью создания новых видов техники с заданными технико-экономическими параметрами в виде опытного образца, опытной установки и рабочей документации для их промышленного изготовления и использования.

Главная задача ОКР состоит в создании конкурентоспособного продукта, отличающегося высоким научно-техническим уровнем инженерных решений и удовлетворяющего потребительский спрос.

Технология проведения ОКР, приемы инженерных разработок и расчетов регламентируются, как правило, специальными отраслевыми или внутрифирменными нормативными документами, основанными на разработанной в стране системе государственных стандартов:

ГОСТ 15.001-73 «Разработка и постановка продукции на производство. Основные положения»;

ГОСТ 15.001-82 «Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок проведения патентных исследований»;

ГОСТ 2.103«Единая система конструкторской документации. Стадии разработки» и др.

Единая система конструкторской документации (ЕСКД) представляет собой комплекс государственных стандартов, которые устанавливают взаимосвязанные правила разработки, оформления и обращения конструкторской документации.

Стадии и этапы ОКР

Комплекс работ по конструированию нового продукта обычно включает три относительно самостоятельные стадии ОКР (табл.1): 1) подготовительную; 2) разработку проектной документации; 3) разработку рабочей документации.

Таблица 1

Стадии и этапы ОКР

Стадия	Этап	Основные задачи и состав работ
Подготовительная	Разработка ТЗ на ОКР	Составление проекта заказчиком Проработка проекта исполнителем Установление перечня контрагентов и согласование с ними частных ТЗ Согласование и утверждение ТЗ
Разработка проектной документации	Техническое предложение (является основанием для корректировки ТЗ и выполнения эскизного проекта)	Выявление дополнительных или уточненных требований к изделию, его техническим характеристикам и показателям качества, которые не могут быть указаны в ТЗ: - проработка результатов НИР; - проработка результатов прогнозирования; - изучение научно-технической информации; - предварительные расчеты и уточнение требований ТЗ
Эскизное проектирование (служит основанием для технического проектирования)	Разработка принципиальных технических решений: - выполнение работ по этапу технического проектирования, если этот этап не проводился; - выбор элементной базы разработки; - выбор основных технических решений; - разработка структурных и функциональных схем изделия; - выбор основных конструктивных элементов; - метрологическая экспертиза проекта; - разработка и испытание макетов
Техническое проектирование	Окончательный выбор технических решений по изделию в целом и его составным частям: - разработка принципиальных электрических, кинематических, гидравлических и других схем; - уточнение основных параметров изделия; - проведение конструктивной компоновки изделия и выдача данных для его размещения на объекте; - разработка проектов ТУ на поставку и изготовление изделия; - испытание макетов основных приборов изделия в натуральных условиях
Разработка рабочей документации	Разработка рабочей документации для изготовления и испытания опытного образца	Формирование комплекта конструкторских документов: - разработка полного комплекта рабочей документации; - согласование ее с заказчиком и заводом-изготовителем серийной продукции; - проверка конструкторской документации на унификацию и стандартизацию; - изготовление в опытном производстве опытного образца; - настройка и комплексная регулировка опытного образца
Предварительные испытания	Проверка соответствия опытного образца требованиям ТЗ и определение возможности его предъявления на государственные (ведомственные) испытания: - стендовые испытания; - предварительные испытания на объекте; - испытания на надежность
Государственные (ведомственные) испытания	Оценка соответствия требованиям ТЗ и возможности организации серийного производства
Отработка документации по результатам испытаний	Внесение необходимых уточнений и изменений в документацию Присвоение документации литеры О1 Передача документации заводу-изготовителю

Первая стадия - подготовительная - обоснование необходимости создания нового продукта и согласование состава его основных технико-экономических параметров. Результаты расчетов и согласований отражаются в утверждаемом техническом задании (ТЗ) на разработку, которое содержит наиболее существенные характеристики проектируемого продукта, детализируемые по следующим аспектам: состав изделия и требования к его комплектации, показатели качества: назначения, надежности, безопасности, технологичности, унификации и т. п.

Вторая стадия – разработка проектной документации - предусматривает выполнение комплекса работ, определяющих концептуальные решения по новому продукту. Эта стадия проектирования продукта включает выполнение трех этапов разработки 1) технического предложения, 2) эскизного проекта и 3) технического проекта.

Техническое предложение – совокупность конструкторских документов, содержащих технико-экономическое обоснование разработки необходимой документации изделия на основании анализа ТЗ, различных вариантов возможных конструкторских решений, патентных исследований и т. д. Документам присваивается литера «П».

Эскизный проект включает документы, содержащие принципиальные конструкторские решения, которые дают представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие его основные параметры и габаритные размеры. Документам присваивается литера «Э».

Технический проект – совокупность документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации. При необходимости изготавливаются и испытываются макеты экспериментальных образцов. Документам присваивается литера «Т».

На третьей стадия - разработки рабочей документации - осуществляется подготовка комплекта конструкторской документации, необходимой для материального воплощения проектируемого изделия. Рабочая конструкторская документация разрабатывается отдельно для опытного образца, для единичного, серийного и массового производства.

При единичном типе производства рабочим конструкторским документам присваивают литеру «И».

Оценка научно-технического уровня нового продукта

Научно-технический уровень (НТУ) – это относительная характеристика основных технико-экономических параметров разрабатываемых изделий в сравнении с высшими отечественными или зарубежными достижениями.

В большинстве случаев используется многокритериальный подход, который основан на применении разнообразных частных характеристик, определяющих эксплуатационные, эргономические, эстетические, технические, экономические и другие параметры, сводимые затем в обобщенную интегральную характеристику. Процедура оценки НТУ продукта обычно включает выполнение ряда последовательных расчетов в соответствии с приведенной схемой (рис.1).

1

Выбор и обоснование состава частных параметров оценки НТУ продукта

ni

2

Оценка относительной значимости частных параметров НТУ продукта

Кзн i

3

Определение значений частных параметров НТУ продукта

bi

4

Выбор и обоснование продуктов-аналогов для оценки НТУ продукта

Конкурирующие продукты-аналоги

5

Установление (прогнозирование) нормативного значения параметров для оценки НТУ продукта

bн i

6	Оценка НТУ продукта по частным параметрам	При bi → max yi = bi × 100% / bн i
При bi → min yi = bн i × 100% / bi

7

Расчет обобщенной (интегральной) оценки НТУ продукта

n Σ yi × Кзн i i = 1

Рис.1. Процедура оценки научно-технического уровня продукта

Пример. В таблице приведены важнейшие параметры четырех образцов новой техники.

Важнейшие параметры, определяющие НТУ изделий данного направления техники, и тенденции их улучшения (+,-)	Изделие-аналог с высшим достигнутым значением по параметру	Значения параметров	Значимость параметра по данным экспертизы (Кзн i), балл
По аналогам, принятым за мировой уровень (bнi)	Достигнутые по анализируемому образцу (bi)
1	2	3	4
1. Коэффициент полезного действия (+), %	Si -500 (ФРГ)	77	69	80	70	72	0,25
2. Уровень стабилизации выходных параметров (+), балл	APF-500 (Япония)	0,40	0,55	0,40	0,50	0,45	0,15
3. Установленная мощность (+), кВА	APF-500 (Япония)	38	42	37	40	38	0,17
4. Наработка на отказ (+), ч	ВКС-500	1500	1500	1400	1450	1550	0,20
5. Кратность регулирования сварочного тока (-)	APF-500 (Япония)	1:15	1:10	1:12	1:20	1:15	0,13
6. Возможность дистанционного регулирования (+), балл	Si -500 (ФРГ)	0,45	0,45	0,40	0,35	0,40	0,10
							1,00

Установить образец с самым высоким научно-техническим уровнем.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ И ОБСУЖДЕНИЯ

Задание 1. Маркетинг новых продуктов (новой техники и техно­логий) должен начинаться с предварительного исследования рынка на прединвестиционной фазе разработки проекта. Для проверки концепции новой техники, предопределения рыночного успеха (неуда­чи) будущего товара маркетологами и аналитиком конструкторского отдела предприятия запланировано проведение стратегического ис­следования рынка. Исходя из цели маркетинговых исследований (МИ) выбраны два метода получения данных: письменный опрос и анкетирование, определившие два варианта МИ.

Рассчитать статью «Расходы на оплату труда» исполните­лей МИ, другие статьи сметы расходов: сметную стоимость по вари­антам МИ (Рсм МИ) и выбрать более экономичный вариант ор­ганизации проведения МИ по экономическому критерию - мини­мум сметной стоимости.

Исходные данные для расчета статей «Расходы на оплату труда» и «Стоимость времени эксплуатации персональных компьютеров и Интернета»:

• первый вариант - трудоемкость работ МИ - 189 чел.-дн., дневной тарифный заработок - 645,0 руб. (определенный из долж­ностного оклада), время эксплуатации ПК и Интернета - 110 ч, стоимость 1 часа работы на ПК - 28,0 руб.

• второй вариант - трудоемкость работ МИ - 120 чел.-дн., дневной тарифный заработок - 645 руб., время эксплуатации ПК и Интернета - 95 часов, стоимость 1 часа работы на ПК - 28,0 руб.

Для получения обшей суммы расходов на оплату труда (Рот) расхо­ды по вариантам следует умножить на коэффициенты: резервирова­ния сумм на оплату отпускных и льгот согласно законодательству (Кдоп) - 0,12; премиальных выплат (Кпр) - 0,60, зонального регулиро­вания (∆ЗРК) - 0,15:

Данные по другим статьям сметы приведены в табл.1.

Таблица 1

Сметная стоимость работ на стадии маркетинговых исследований

Статья расходов	Сумма по вариантам
первый	второй
1. Расходные материалы	3 580,0	3 580,0
2. Расходы на оплату труда исполнителей МИ
3. Единый социальный налог (26% [2])
4. Стоимость времени эксплуатации персональных компьютеров и Интернета
5. Стоимость работ, выполняемых соисполнителями (сторонними организациями)	56 200,0	34 500,0
6. Прочие расходы (10% [2])
7. Накладные расходы (100% [2])
ИТОГО (Рсм МИ)

Определить недостающие показатели по вариантам и за­полнить табл.1 до конца.

Задание 2. Специалисты отдела главного конструктора (ОГК) должны проанализировать два направления маркетинговой стратегии, что потребует использования двух вариантов проведения маркетинговых исследований, учитывающих особенности стратегического подхода:

• первый вариант - трудоемкость работ МИ - 231 чел.-дн., дневной тарифный заработок - 593,0 руб.;

• второй вариант - трудоемкость работ МИ - 249 чел.-дн., дневной тарифный заработок исполнителей МИ - 597,0 руб.

Определить сметную стоимость вариантов маркетинговых исследований, сравнить и выбрать более экономичный вариант.

Задание 3. Руководителем особого конструкторского бюро (ОКБ) предприятия запланирована разработка нового прибора. Для принятия решения о количестве специалистов для работы по проек­ту, от которого зависят трудоемкость работ, статья «Расходы на опла­ту труда» и общая сметная стоимость работ по ОКР, руководитель по­ручил экономисту-менеджеру рассчитать два варианта организации работ (первый вариант - 7 инженеров, второй вариант - 5 инжене­ров) и расчета сметы расходов на проект.

Исходные данные:

• первый вариант - трудоемкость работы - 153 чел.-дн., дневной тарифный заработок (определяемый из должностного окла­даруб.; время эксплуатации ПК и Интернета - 95 ч, стоимость 1 часа работы на ПК - 25,0 руб.

• второй вариант - трудоемкость работы - 76 чел.-дн., дневной тарифный заработок - 450 руб.; время эксплуатации ПК и Интернета - 282 ч, стоимость 1 часа работы на ПК - 25,0 руб.

Данные по отдельным статьям сметы расходов приведены в табл.2.

Определить сметную стоимость работ по ОКР в двух вари­антах и выбрать более экономичный вариант.

Таблица 2

Сметная стоимость работ по ОКР

Статья расходов	Сумма по вариантам, руб.
первый	второй
1. Материалы	3 106.00	3 106,00
2. Покупные комплектующие материалы	20 184,24	20 184,24
3. Расходы на оплату труда
4. Единый социальный налог (26% [3])
5. Амортизационные отчисления на спецоборудование (за время его использования)	1 451,90	1 451,90
6. Стоимость времени эксплуатации персональных компьютеров и Интернета
7. Расходы на оплату служебных командировок	15 260,00	13 175,00
8. Прочие расходы (80% [3])
9. Накладные расходы (150% [3])
ИТОГО
Сметная прибыль (25% от суммы затрат - ИТОГО)
ВСЕГО сметная стоимость (Рсм)

Задание 4. Оценить сметную стоимость работ на стадии НИОКР, целью которых является разработка нового изделия. Провести сравнительный анализ стоимости НИОКР по вариантам и обосновать выбор наилучшего варианта. Для расчета статьи «Расход на оплату труда» исполнителей проекта следует использовать трудозатратный метод, т. е. трудоемкость в человеко-днях умножить на ­дневной тарифный заработок. Полученный результат умножить на ­коэффициенты: резервирования сумм на оплату отпускных и льгот согласно законодательству - 0,12; премиальных выплат - 0,40; дополнительных выплат по приказу руководителя предприятия; зональный - 0,15.

Исходные данные:

• первый вариант - трудоемкость работы - 85 чел.-дн., дневной тарифный заработок (определяемый из должностного окла­даруб.;

• второй вариант - трудоемкость работы - 134 чел.-дн., дневной тарифный заработок - 315 руб.

Данные по отдельным статьям сметы расходов приведены в табл.3.

Таблица 3

Сметная стоимость работ на стадии НИОКР

Статья расходов	Сумма по вариантам, руб.
первый	второй
1. Материалы	5 230,00	4 850,00
2. Покупные комплектующие материалы	30 140,00	29 425,00
3. Расходы на оплату труда
4. Единый социальный налог (26% [3])
5. Амортизационные отчисления на спецоборудование (за время его использования)	2 589,00	2 589,00
6. Стоимость времени эксплуатации персональных компьютеров и Интернета	8 240,00	6 137,30
7. Расходы на оплату служебных командировок
8. Прочие расходы (50% [3])
9. Накладные расходы (145% [3])
ИТОГО
Сметная прибыль (23% от суммы затрат - ИТОГО)
ВСЕГО сметная стоимость (Рсм)

Определить недостающие показатели по вариантам и за­полнить табл.3 до конца.

2.4.2. Конструкторская подготовка производства

Конструкторская подготовка производства (КПП) – это совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих техническую готовность предприятия к выпуску нового продукта в установленные сроки
с заданными параметрами качества, объемом производства и уровнем затрат.

Цель КПП заключается в целесообразном и эффективном приспособлении отработанной конструкции продукта к условиям его будущего производства при обязательном сохранении заложенных в конструкцию параметров качества.

Две главные задачи КПП: (1) повышение уровня унификации и стандартизации конструкции и (2) обеспечение технологичности изделия.

Повышение уровня унификации и стандартизации конструкции

Конструкторская унификация – сокращение необоснованного многообразия конструкторских решений. Унификация обеспечивает устранение излишнего разнообразия типов конструкций самих изделий, форм и размеров деталей и заготовок, профилей и марок материалов. Основные направления конструкторской унификации:

1) сокращение номенклатуры изделий, сборочных единиц и узлов, имеющих одинаковое или сходное эксплуатационное назначение и параметры;

2) создание параметрических рядов (гамм) продуктов, аналогичных по конструктивному решению, своей кинематике, рабочему процессу, но различных по габаритам, мощности или каким-либо другим основным эксплуатационным параметрам (грузоподъемность автомобиля или крана, рабочий объем цилиндра двигателя, производительность компрессора и т. д.).

Параметрический ряд – упорядоченная совокупность числовых значений параметров. Параметрические ряды создаются, как правило, в соответствии со стандартом ГОСТ 8032-84 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел»;

3) заимствование отдельных деталей, узлов для нового продукта из числа ранее освоенных в производстве на основе конструкционной преемственности;

4) типизация форм и размеров деталей и заготовок, профилей и марок используемых материалов.

Международная организация по стандартизации приняла следующее определение стандартизации: «Стандартизация – это процесс установления и применения правил (стандартов) с целью упорядочения деятельности в данной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, в частности, для достижения всеобщей максимальной экономии, с соблюдением функциональных условий и требований безопасности».

Прогрессивной формой конструирования новой продукции на основе унификации и стандартизации является агрегирование, позволяющее осуществить так называемой модульное проектирование продукта. Агрегатирование – это система проектирования продукта путем его компоновки из ограниченного числа унифицированных элементов и, прежде всего, модулей машин.

Степень унификации и стандартизации можно оценить системой коэффициентов, основные из которых представлены в табл.2.

Таблица 2

Система основных показателей унификации и стандартизации

Показатель	Расчетная формула	Принятые обозначения
Коэффициент унификации изделия	kун = mун / m	mун - количество типоразмеров деталей, унифицированных с деталями других изделий; m – общее количество типоразмеров деталей
Коэффициент стандартизации изделия	kст = mст / m	mст - количество типоразмеров стандартных деталей в изделии
Обобщенный коэффициент унификации и стандартизации изделия	Kунст = kун + kст

Обеспечение технологичности изделия

Различают производственную и эксплуатационную технологичность как существенный фактор конкурентоспособности продукта.

Производственная технологичность – это совокупность характеристик продукта, определяющих степень соответствия конструкции продукта оптимальным организационно-технологическим условиям его производства на конкретном предприятии. Производственная технологичность продукта оценивается тремя группами показателей:

1) конструкционные показатели – масса изделия и его элементов и разнообразие составных элементов, уровень унификации и стандартизации конструкции, разнообразие используемых материалов и т. д. Показатели могут определяться как абсолютные (в целом по изделию), относительные (в расчете на одну деталь, на единицу мощности, на производительность и т. п.) (табл.3) и сравнительные (по отношению к заменяемому образцу, лучшему представителю и др.);

2) технологические показатели – материалоемкость, выход годной продукции, нормы расхода материалов, квалитет, класс шероховатости поверхностей и пр.;

3) экономические показатели – масштаб и трудоемкость производства, себестоимость, длительность производственного цикла и т. п.

Эксплуатационная технологичность характеризует степень соответствия продукта рациональным условиям его эксплуатации. Для ее оценки используются показатели удельной трудоемкости профилактического обслуживания продукта, надежности конструкции, трудоемкости ремонта, удельных затрат на текущее обслуживание и ремонт и др.

Таблица 3

Система основных относительных показателей технологичности

Показатель	Расчетная формула	Принятые обозначения
Удельная материалоемкость изделия	gу = Go / P	Р – определяющий эксплуатационный параметр изделия (производительность, мощность и т. д.); Gч - чистая масса изделия; Go – суммарная материалоемкость; tиз - суммарная трудоемкость; S - себестоимость изделия.
Коэффициент использования материалов	kим = Gч / Go
Удельная трудоемкость изделия	tу = tиз / P
Удельная себестоимость изделия	sу = S / P

Последовательность работы по обеспечению технологичности конструкции сборочных единиц и деталей:

- выявление их функций, определение возможности объединения функций и уменьшения числа сборочных единиц и деталей;

- установление возможности преемственности конструкции деталей, а также возможности унификации и стандартизации конструкций;

- оценка рациональности конструкторских решений по абсолютным и относительным показателям технологичности.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ И ОБСУЖДЕНИЯ

Задание 1. В конструкции изделия 1000 наименований деталей. Предложены варианты унификации и стандартизации: 1) Nу = 250, Nc = 133; 2) Nу = 180, Nс = 170; 3) Nу = 300, Nс = 100. Повышение kу и kс на 0,1 обеспечивает соответственно экономиюирублей. Определить наиболее выгодный вариант унификации и стандартизации.

Задание 2. Проводится унификация агрегата четырех моделей машин аналогичного эксплуатационного назначения. Технические параметры агрегата каждой модели соответствуют ТУ и позволяют выбрать его в качестве базового. Унификация не приводит к изменению эксплуатационных характеристик машины, и общий объем выпуска остается неизменным. Изменение затрат на материалы, вызываемое унификацией, не учитывается. Условно принимается, что унификация не требует дополнительных капитальных вложений и пропорциональные затраты не меняются. Исходные данные: пропорциональные затраты на один агрегат соответственно для четырех моделей машин Sп = 2000, 3000, 2500, 3500 руб.; условно-постоянные затраты (на объем выпуска) Sуп = 400, 250, 300, 200 тыс. руб., годовой объем выпуска Nг = 200, 250, 300, 400 шт.

Необходимо: 1) выбрать экономически оптимальную базовую модель для проведения унификации и доказать ее эффективность; 2) установить, будет ли эффективен этот вариант, если пропорциональные затраты уменьшить в 2 раза, а условно-постоянные увеличить в 4 раза?

Задание 3. Определить сокращение затрат на подготовку производства в связи с созданием конструктивного ряда, состоящего из пяти модификаций базовой машины.

Конструктивный ряд заменяет пять различных машин, у которых средний коэффициент преемственности kпр = 0,25. Общее число деталей всех пяти машин 5670. Затраты на подготовку производства одной оригинальной детали составляют в среднем по заводурублей, причем 70% этой суммы относятся к расходам на изготовление технологической оснастки, а остальные 30% - затраты на создание технологических процессов и проектирование оснастки. Для обеспечения достаточной пропускной способности приспособлений при изготовлении преемственных деталей машин конструктивного ряда требуется дублировать 40% оснастки. Характеристика конструктивного ряда следующая:

Модификации	Число деталей в конструкции	В том числе оригинальных
Базовая конструкция 1 2 3 4	1200 1150 1080 0990 1250	1000 0250 0100 0120 0180

Задание 4. До создания стандарта на штуцера ежегодно разрабатывалось 70 типоразмеров штуцеров. Трудоемкость разработки чертежей составляла 140 н-ч. После разработки стандарта число типоразмеров сократилось до 10, трудоемкость конструкторских работ снизилась на 30%. Затраты на разработку стандарта составили Зст = 125 тыс. руб. Средняя заработная плата за 1 ч работы конструктора составляет 35 руб. Накладные расходы конструкторского бюро составляют 80% от заработной платы.

Определить экономический эффект от создания стандарта.

Задание 5. Разработанный на предприятии альбом стандартов позволил повысить обобщенный коэффициент унификации и стандартизации на 0,2. Себестоимость выпускаемой продукции составляет S = 860 000 руб. Аннулировано 560 документов, затраты на подготовку каждого из них составляли бы в среднем 120 руб.

Определить полученную экономию.

Задание 6. Корпус цилиндра массой mд = 2 кг изготавливается из чугуна марки СЧ20. Метод получения исходной заготовки – литье в земляную форму по пятому квалитету, масса заготовки mз = 2,62 кг. Трудоемкость механической обработки детали Тоб = 45 мин. (при базовой трудоемкости аналога Тб = 58 мин.). Технологическая себестоимость детали Sд = 145 руб. (при базовой технологической себестоимости аналога Sб = 170 руб.). Определить показатели технологичности конструкции детали, используя данные конструкционного анализа, приведенные в табл.1.

Таблица 1

Наименование поверхности	Количество поверхностей	Количество унифици-рованных элементов	Квалитет точности	Параметр шерохова-тости, мкм
Отверстие корпуса	1	1	7	0,32
Торец фланца	2	-	14	1,25
Фаска	2	2	12	20
Резьбовое отверстие	8	8	9	20
Верх основания	2	-	14	5
Отверстие основания	4	4	12	40
Низ основания	1	-	14	2,5
Итого	Qэ = 20	Qуэ = 15