Функционально-стоимостной анализ шин изделия «ПР8503» Январь апрель 2007

Провести ФСА изготовления шин изделия «ПР8503» с целью повышения технологичности изготовления и снижения производственных затрат обеспечить: Снижение материалоемкости не менее чем на 20%. Снижение общей трудоемкости не менее чем на 20%. Генеральный директор А.И.Зайцев Провести ФСА изготовления шин изделия «ПР8503» с целью повышения технологичности изготовления и снижения производственных затрат обеспечить: Снижение материалоемкости не менее чем на 20%. Снижение общей трудоемкости не менее чем на 20%. Генеральный директор А.И.Зайцев

Исследовательская рабочая группа (ИРГ): Дмитриев Сергей Анатольевич, руководитель, ОФСА Третьякова Лариса Евгеньевна, участник, ОГТ Мосман Петр Георгиевич, методист, ОФСА Терсков Николай Александрович, участник, ОФСА Гришина Людмила Евгеньевна, участник, ОГК Сосновский Юрий Дмитриевич, СПТО

Большое количество отходов Более 50% материала заготовки шин идет в отход.

Источники отхода материала шин

Большое количество оснастки большое количество штампов (~18шт) недостачное количество прессов (2-3шт) низкая производственная программа (3000 изд. в год вместо ) + + основная часть рабочего времени уходит на переналадку оборудования (соотношение 1:10)

Несоответствие конструкции требованиям нормативной документации использование болтового соединения использование гибкого медного соединения Недостатки:

Использование латунных зажимов на нулевой шине Шина заземления шкафа ПР 8503 Место сварки рамы с шиной Стальная окрашенная рама дорогой латунный зажим пайка зажима к стальному уголку нерациональное размещение зажимов на раме Недостатки:

Концептуальный этап На концептуальном этапе разработаны 10 базовых концепций, позволяющих решить большинство задач, выявленных на аналитическом этапе. Концепции имеют различный эффект и степень внесения изменений в существующую конструкцию и технологию изготовления объекта анализа.

Ранжирование концепций

КОНЦЕПЦИЯ 1.1:Переход от производства заготовок для шин со специализированных штампов на универсальное Ранг 1 оборудование. Предлагается в целях существенной экономии рабочего времени, материала, за счет применения встречного раскроя деталей на листе, инструмента, за счет отказа от большой номенклатуры специализированных штампов, перевести производство заготовок шин со штампов на универсальный дыропробивной станок или на станок гидроабразивной резки.

Существующее разнообразие вариантов схем ПР8503 приводит к большому ассортименту комплектующих, в том числе и шин. Для обеспечения такого многообразия требуется большое количество оснастки, штампов. Большое количество штампов, при упавшей производственной программе приводит к тому, что основная часть рабочего времени уходит на переналадку оборудования. Соотношение времени работа/наладка = 1:10. КОНЦЕПЦИЯ 1.1:Переход от производства заготовок для шин со специализированных штампов на универсальное Ранг 1 оборудование.

Предлагается, для изготовления заготовок шин, использовать универсальное оборудование, причем с применением встречного раскроя деталей на листе. КОНЦЕПЦИЯ 1.1:Переход от производства заготовок для шин со специализированных штампов на универсальное Ранг 1 оборудование.

ДОСТОИНСТВА Значительное сокращение рабочего времени, идущего на пробивку заготовок шин. Сокращение номенклатуры технологической оснастки. Снижение энергоемкости производства. Отсутствие жестких ограничений по конструкции, накладываемых оснасткой. Оперативность. Снижение материалоемкости деталей за счет применения эффективного «встречного» раскроя деталей на листе. ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ Возможен повышенный, по сравнению со сталью, износ инструмента при пробивке алюминия. (для дыропробивного станка) Нехватка инструмента для пробивки толщин деталей более 3,5мм.(для дыропробивного станка) СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ Приобретение инструмента, для пробивки деталей более 3,5мм (для дыропробивного станка) Приобретение оборудования для гидро-абразивной резки КОНЦЕПЦИЯ 1.1:Переход от производства заготовок для шин со специализированных штампов на универсальное Ранг 1 оборудование.

КОНЦЕПЦИЯ 1.5: «Вертикальные» шины. Ранг 1 Предлагается изменить положение основного тела шины с параллельного плоскости основания автоматов на перпендикулярное. При этом появляется возможность соединить все автоматы, включая и вводной аппарат, цельной шиной, без разрезов, болтовых соединений, сварных или паяных стыков. Стоимость алюминия 297 руб (для ПР ) Стоимость меди 460 руб.

Существующая конструкция шины не обеспечивает требование нормативных документов, в частности СНиП , которые заключаются в требовании соединять аппараты неразрывным участком проводника, без болтовых соединений. КОНЦЕПЦИЯ 1.5: «Вертикальные» шины. Ранг 1

Значительная часть сечения шины представляет собой неиспользуемый материал, так как разные, по величине, токи проходят по постоянному сечению шины, что создает излишки материала. Также значительный отход материала (до 50-60%) обусловлен конструктивными вырезами. КОНЦЕПЦИЯ 1.5: «Вертикальные» шины. Ранг 1

Вдвое сокращены конструктивные отходы, так как при такой компоновке токоведущие отростки располагаются только с одной стороны шины. Новая конструкция шин требует вдвое меньше операций гибки, две операции на токоведущий отросток в существующей конструкции против одной операции гибки в предлагаемой. Исключается дорогое гибкое медное соединение.

КОНЦЕПЦИЯ 1.5: «Вертикальные» шины. Ранг 1 Компоновка автоматов с новым вариантом шин Автоматы второго ряда условно не показаны

КОНЦЕПЦИЯ 1.5: «Вертикальные» шины. Ранг 1

ДОСТОИНСТВА Реализация данной концепции позволит: Сократить потребление алюминия, для производства шин на 25-40%. Исключить гибкое соединение шины с вводным аппаратом, что даст экономию в 1,6 кг меди. Существенно сократить трудозатраты, (минимум на 50%). Привести в соответствие конструкцию шины с требованием нормативной документации, в частности СНиП Более компактное расположение автоматов. ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ Возможно потребуется разработка технологических приспособлений для гибки шин и приобретение инструмента для пробивки алюминиевых заготовок на дыропробивном станке. Так же потребуется переработка конструкции оболочки «ПР' а». СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ Необходима технологическая проработка возможностей изготовления заготовок и гибки предлагаемой конструкции шин. Необходимо разработать и изготовить модернизированный вариант оболочки и шасси «ПР'а» Необходимо провести испытания на надежность новой конструкции. КОНЦЕПЦИЯ 1.5: «Вертикальные» шины. Ранг 1

КОНЦЕПЦИЯ 3.1: Замена латунных зажимов стальными. Ранг 1 В исследуемом изделии ПР 8503 предлагается применить вместо латунного зажима (для 2-х проводов) два стальных зажима. Два зажима могут крепиться к одной шине. Применение данных зажимов снижает трудоемкость сборки изделия (исключение пайки), сокращает материалы, затрачиваемые на изготовление зажимов (латунь).

КОНЦЕПЦИЯ 3.1: Замена латунных зажимов стальными. Ранг 1 Пайка зажимов к раме Недостатки литого латунного зажима: Использование дорогой литейной технологии Большое количество мех. обработки Использование дорогой латуни Пропускание тока, через зажим

КОНЦЕПЦИЯ 3.1: Замена латунных зажимов стальными. Ранг 1 Предлагаемая конструкция стального зажима Испытания модели зажима в программном комплексе «CosmosWorks» Штампованный стальной зажим

КОНЦЕПЦИЯ 3.1: Замена латунных зажимов стальными. Ранг 1 ДОСТОИНСТВА Снижение материалоемкости изготовления изделия. Снижение трудозатрат на сборку и изготовление изделия. Исключение пайки зажимов к стальной раме. ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ Не выявлены. СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ 1. Спроектировать и изготовить зажимы. 2. Провести испытания стальных зажимов.

КОНЦЕПЦИЯ 1.6: Рама-шина заземления. Ранг 2 В исследуемом изделии ПР 8503 предлагается применить вместо отдельной шины заземления (к которой припаиваются латунные зажимы) стальную раму, выполняющую функцию шасси изделия. Раму изготавливается из оцинкованного железа для исключения операции «окраска» с одновременной возможностью для непосредственного заземления проводов с помощью стальных зажимов.

КОНЦЕПЦИЯ 1.6: Рама-шина заземления. Ранг 2 Пайка зажимов к раме Несоответствие места подсоединения кабеля и места нулевого зажима

КОНЦЕПЦИЯ 1.6: Рама-шина заземления. Ранг 2 Использование в качестве нулевой шины рамы ПР'а, выполненной из оцинкованной стали Использование вместо литых зажимов стальных штампованных Распределение зажимов по раме

КОНЦЕПЦИЯ 1.6: Рама-шина заземления. Ранг 2 ДОСТОИНСТВА Снижение трудозатрат на сборку изделия. Исключение пайки зажимов к стальной раме. Исключение сварки. Сокращение длинны проводников. Исключение латунных зажимов. ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ В углах сгиба рамы наименьшее образуется сечение. Необходимы испытания для подтверждения концепции. СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ 1.Спроектировать и изготовить раму для изделия ПР. 2.Провести испытания рамы в соответствии с требованиями ПУЭ.

КОНЦЕПЦИЯ 1.2: Переход от производства гнутых шин со специализированных штампов на универсальный Ранг 3 гибочный станок. Предлагается в целях существенной экономии рабочего времени, за счет отказа от большой номенклатуры специализированных штампов, перевести производство операций по гибке шин со штампов на универсальный гибочный станок.

большое количество штампов (~18шт) недостачное количество прессов (2-3шт) низкая производственная программа (3000 изд. в год вместо ) + + основная часть рабочего времени уходит на переналадку оборудования (соотношение 1:10) КОНЦЕПЦИЯ 1.2: Переход от производства гнутых шин со специализированных штампов на универсальный Ранг 3 гибочный станок.

В условиях мелкосерийного производства экономически более выгодно применять универсальное оборудование, которое имеет сравнительно небольшой набор сменного инструмента, позволяющего производить большую номенклатуру изделий и быстро перенастраиваться на изготовление новых изделий. Предлагается, для произведения гибочных операций над шинами, использовать универсальный листогибочный станок.

КОНЦЕПЦИЯ 1.2: Переход от производства гнутых шин со специализированных штампов на универсальный Ранг 3 гибочный станок. ДОСТОИНСТВА Унификация конструкций шин. Сокращение рабочего времени, идущего на гибку шин. Сокращение номенклатуры технологической оснастки. Снижение энергоемкости производства. Отсутствие жестких ограничений по конструкции, накладываемых оснасткой. Оперативность. ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ Несоответствие конструкции шин к требованиям технологичности их изготовления на новом оборудовании. Отсутствие инструмента для гибки листов толщиной более 3мм. СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ Необходимо пересмотреть конструкции шин на предмет технологичности их изготовления на новом оборудовании. Приобрести или изготовить инструмент для гибки листов толщиной более 3мм.

КОНЦЕПЦИЯ 1.3: Холодная сварка шин из однородных полос. Ранг 3 Предлагается изготавливать шины из отрезков алюминиевых полос, механически соединенных встык холодной сваркой. Исключается ненадежное и трудоемкое соединение пайкой или штамповка из целой пластины с большими отходами.

КОНЦЕПЦИЯ 1.3: Холодная сварка шин из однородных полос. Ранг 3 При штамповки шины из цельной полосы большая часть материала, до 50-60%, идет в отход. Также шина имеет не оптимизированное сечение по току, что создает необоснованные излишки материала.

КОНЦЕПЦИЯ 1.3: Холодная сварка шин из однородных полос. Ранг 3 Изготовление заготовок шин, с использованием технологии «Холодной сварки» Токоведущие отростки привариваются к основному телу шины при помощи «Холодной сварки»

КОНЦЕПЦИЯ 1.3: Холодная сварка шин из однородных полос. Ранг 3 Схемы процесса и примеры технологии холодной сварки Стыковая холодная сварка Тавровая холодная сварка

ДОСТОИНСТВА Применение холодной сварки имеет следующие преимущества: соединение происходит без нагрева, поэтому металл при сварке не "портится"; сварной стык прочнее самого металла; надежное соединение алюминия с медью; при замене пайки не нужны флюсы, припои, присадочные материалы; отпадет необходимость в защитных газах (например, дорогостоящего аргона); Данная концепция позволяет при обеспечении требуемой производительности существенно сократить отходы при производстве шин за счет изготовления шин из алюминиевых полос. Возможность соединения с медью позволяет устранить недостаток « Ослабление зажатия контактов». Так как может быть создана медная контактная площадка для подключения к зажимам выключателя. ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ Возможна недостаточная производительность при использовании гидравлических прессов. Требуется более точные оценки возможности реализации концепции для всех типоразмеров шин. Требуется проведение экспериментальных работ по оценке возможности реализации концепции. Требуется разработка оснастки для реализации предложения. Возможно проявление противоречия между разнообразием типоразмеров шин и стоимостью и количеством оснастки. Сокращение ряда операций приведет к высвобождению рабочих. СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ Предлагается получить консультации в необходимом объеме у разработчиков технологии. КОНЦЕПЦИЯ 1.3: Холодная сварка шин из однородных полос. Ранг 3

КОНЦЕПЦИЯ 4.1: Медные ленточные шины сложной конфигурации. Ранг 3 Предлагается с целью минимизации расхода меди и снижения трудоемкости изготовления шин сложной пространственной конфигурации выполнять их из лент, с отдельными сваренными участками.

КОНЦЕПЦИЯ 4.1: Медные ленточные шины сложной конфигурации. Ранг 3 Пайка (ручной труд) Гибка отрезков на штампе Перерасход меди (несогласованность сечения шины и тока)

КОНЦЕПЦИЯ 4.1: Медные ленточные шины сложной конфигурации. Ранг 3

Лента с бобины Ролики контактной сварки Укладка лент в шинопровод

КОНЦЕПЦИЯ 4.1: Медные ленточные шины сложной конфигурации. Ранг 3 Изготовление шинопроводов сложной конфигурации укладкой лент

Свойства многослойных шин: Надежность – многослойные плоские шины обеспечивают высокое качество технологического процесса. Исключаются погрешности системы из-за неидентичности дискретных проводников, улучшается контакт и снижаются затраты на обслуживание. Габаритные размеры и вес - использование многослойных шин позволяет создать компактную конструкцию силовых модулей, что приводит к уменьшению массы и габаритов всего изделия. Интерфейс – разнообразие конструкций и гибкость (в прямом и переносном смысле) многослойных шин позволяет создать проект с возможностью соединения фактически с любым типом интерфейса. Тепловые характеристики - уменьшение размеров силовой системы усложняет отвод тепла. Широкие тонкие проводники многослойных шин благоприятно сказываются на вентиляционной способности системы и улучшают рассеяние тепловой энергии. Изменение сечения токопровода изменением количества брикетируемых лент реализуется в существующих конструкциях токопроводников. Обработка пакета медных лент, при котором происходит механическая фиксация лент относительно друг друга и увеличение жесткости пакета лент осуществляется в существующей на ДЗНВА технологии брикетирования гибких токопроводников. Предложенная технология позволяет формировать путем задания длин укладки лент и расстояния между укладываемыми лентами произвольные конфигурации токопроводников. КОНЦЕПЦИЯ 4.1: Медные ленточные шины сложной конфигурации. Ранг 3

ДОСТОИНСТВА Реализация концепции позволяет в сравнении с существующей технологией изготовления медных шин: согласовать сечение проводника с протекающим током на всех участках электрической схемы, что до минимума снижает массу медных проводников. устранить ручной труд, автоматизировать процесс изготовления шин произвольной конфигурации. ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ Предложенная концепция требует конструкторской и технологической проработки. Проектирования и изготовления нового оборудования, существенных финансовых затрат. СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ Концепция может быть проработана на этапе верификации. КОНЦЕПЦИЯ 4.1: Медные ленточные шины сложной конфигурации. Ранг 3

КОНЦЕПЦИЯ 3.2: Переход к разрезным сварным шинам. Ранг 3 Предлагается разделить шину на две симметричные части, с оптимально подобранным сечением по току на протяжении всей длины шины, и соединяющимися между собой и отводом от вводного аппарата при помощи сварного шва. Причем сварной шов может быть выполнен при помощи технологии холодной сварки, плазменной сварки или дуговой сварки.

КОНЦЕПЦИЯ 3.2: Переход к разрезным сварным шинам. Ранг 3 Существующая конструкция шины имеет конструктивно заложенные, излишки материала Существующая конструкция шины имеет болтовое соединение, между основным телом шины и гибким медным проводником, который соединяется с вводным автоматом.

КОНЦЕПЦИЯ 3.2: Переход к разрезным сварным шинам. Ранг 3 Для экономии материала предлагается изготавливать шины переменного сечения, в соответствии с током проходящим через конкретный участок. Конструктивно это можно реализовать разделив шину на два плеча. Каждое плечо можно легко изготовить с переменным сечением основной части шины, согласовав с током, протекающим через конкретный участок шины

КОНЦЕПЦИЯ 3.2: Переход к разрезным сварным шинам. Ранг 3 Оптимизировано сечение шины Правое и левое плечо могут быть разными Отсутствие гибкого медного соединения Обеспечено требование «неразрывности» шины

КОНЦЕПЦИЯ 3.2: Переход к разрезным сварным шинам. Ранг 3

ДОСТОИНСТВА Сократить потребление алюминия, для производства шин на 25-40%. Исключить гибкое соединение шины с вводным аппаратом, что даст экономию в 1,6 кг меди. Существенно сократить трудозатраты. Привести в соответствие конструкцию шины с требованием нормативной документации, в частности СНиП Более компактное расположение автоматов (первый вариант). Возможность изготовления полностью на универсальном оборудовании. Возможность гибкого подхода к комплектованию автоматами «ПР'а» ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ Возможно возникновение проблем с вписыванием новой компоновке автоматов в старый корпус и шасси. СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ Пересмотреть конструкцию и технологию изготовления корпуса и шасси «ПР'а» Приобрести оборудование для сварки алюминия. Требуется изготовление опытного образца и его испытания на надежность. КОНЦЕПЦИЯ 3.2: Переход к разрезным сварным шинам. Ранг 3

КОНЦЕПЦИЯ 1.4: Использование заднего присоединения автоматов к шинам. Ранг 3 Предлагается для присоединения шин и автоматов использовать задний тип присоединения. В таком варианте шины присоединяются к автоматам при помощи специальных вставок и располагаются за автоматами. Такое расположение шин позволяет производить более плотную компоновку автоматов, использовать простые в изготовлении шины, сократить затраты алюминия до 40%, снизить затраты рабочего времени в несколько раз.

КОНЦЕПЦИЯ 1.4: Использование заднего присоединения автоматов к шинам. Ранг 3 Автоматы соединяются между собой шинами, которые используют разъемы автоматов созданные для присоединения проводов. Из – за этого возникли следующие конструктивные компромиссы: Вынужденное использование пространственно- разнесенной конструкции шин Использование гибкого медного соединения До 60% материала идет в отход, из-за больших вырезов

КОНЦЕПЦИЯ 1.4: Использование заднего присоединения автоматов к шинам. Ранг 3 Предлагается использовать вариант заднего присоединения автоматов.

КОНЦЕПЦИЯ 1.4: Использование заднего присоединения автоматов к шинам. Ранг 3 Варианты шин заднего присоединения

Заднее присоединение шин с автоматам позволяет разнести шины в пространстве, без использования сложных конструкций шин, использовать ранее не задействованный вариант присоединения, который позволит по новому скомпоновать «ПР». Одностороннее расположение токоведущих отростков позволило согласовать сечение шины с протекающим по ней током. Сгиб на ребро позволяет использовать в качестве заготовки узкую ленту или вести раскрой деталей на листе (в случае изготовления заготовки на дыропробивном станке). Новая компоновка позволяет использовать плоские шины, с минимальным количеством сгибов. Сокращение операций гибки шин может быть достигнуто от 50 до 90%, в зависимости от варианта исполнения. КОНЦЕПЦИЯ 1.4: Использование заднего присоединения автоматов к шинам. Ранг 3

ДОСТОИНСТВА Снижение материалоемкости до 30% Снижение трудозатрат в несколько раз, т.к. из конструкции ушли сложные сгибы. Более удобное расположение вводного автомата, т.к. вводной кабель обычно подходит снизу. Резкое сокращение количества необходимой технологической оснастки. Возможность изготовления полностью на универсальном оборудовании. Отсутствие гибких медных шин (экономия 1,6кг меди на каждом изделии). Возможность гибкого подхода к комплектованию автоматами «ПР'а» ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ Измененная компоновка не вписывается в существующий корпус «ПР'а» СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ Требуется проработка модернизированного варианта корпуса и шасси. Требуется изготовление опытного образца и его испытания на надежность.

КОНЦЕПЦИЯ 1.7: Штамповка зажима с местным нагревом. Предлагается с целью сокращения операций термообработки при изготовления стального зажима из стали 65Г, использовать при штамповке скобы зажима осуществлять локальный нагрев скобы в местах изгибов.

КОНЦЕПЦИЯ 1.7: Штамповка зажима с местным нагревом. Скоба Пуансон Матрица

КОНЦЕПЦИЯ 1.7: Штамповка зажима с местным нагревом. Стальны е пластины Медные пластины

Расчеты показывают реализуемость предложной концепции, так как на заводе есть оборудование – стенды для испытания оборудования на токи КЗ, развивающее аналогичные токи в течении подобного интервала времени. Применение наборных штампов из чередующихся стальных и медных пластин разрешает противоречие: Штамп должен быть стальным для обеспечения прочности, износостойкости и штамп должен не быть стальным, медным для обеспечения снижения электрических потерь в стали и улучшения отвода тепла. ДОСТОИНСТВА Реализация концепции позволяет сократить операции термообработки скобы, стабилизировать упругие свойства скобы. ВОЗМОЖНЫЕ НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ Предложенная концепция требует конструкторской и технологической проработки, проектирования и изготовления нового оборудования, финансовых затрат. СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ Концепция может быть проработана на этапе верификации с использованием существующих стендов для испытаний аппаратуры на токи КЗ. КОНЦЕПЦИЯ 1.7: Штамповка зажима с местным нагревом.

Ожидаемый годовой экономический эффект не менее 3 млн.руб.