При ремонте и модернизации самолетов в Нижнем Новгороде применен нестандартный, но эффективный метод
На ежегодном конкурсе проектов по совершенствованию производственной системы OAK в 2019 году один из его участников – ведущий инженер-конструктор ОКБ нижегородского авиационного завода «Сокол» (филиал корпорации «МиГ») Алексей Ленкин получил сразу два приза – победитель секции «Проектирование, конструкторское сопровождение, летные испытания» и «Быстрый эффект». По оценкам жюри конкурса, проект «Внедрение 3D-прототипирования на НАЗ “Сокол”», выполненное группой из инженеров ОКБ под руководством Алексея, отличалось большой оригинальностью, изяществом решения и нестандартностью в поиске путей его реализации. А результат – выявление и исправление ошибки, допущенной при проектировании, - обходится теперь дешевле на 98,7 %!
«Это один из проектов, который дает каждому из нас возможность подтвердить тот факт, что и “один в поле воин” в части, касающейся приложения своего интеллекта для решения конкретной задачи, – сказал, подводя итоги конкурса, председатель конкурсной комиссии, заместитель генерального директора ОАК по производству и техническому развитию Сергей Смирнов. – В данном случае, это была интересная инженерная задача. Пусть – это частная задача, и ее решение, к сожалению, не может быть применено в крупносерийном производстве. Но, вместе с тем, это было блестящее решение узконаправленной задачи. И из решения таких узконаправленных задач и получается в целом большой успех».
«Установить нет возможности»
В ходе ремонта и модернизации самолетов МиГ-31 на заводе «Сокол» выявилась проблема: вновь изготовленные детали не всегда соответствовали требуемым параметрам. Бывало, что не тот оказывался зазор со смежными конструкциями, бывало они не прилегали к поверхности, не совпадали крепежные отверстия. При всем том, что все эти детали были разработаны в соответствии с серийной конструкторской документацией.
Причина быстро обнаружилась: по результатам замеров оказалось, что сами самолеты, поступающие на «Сокол», не вполне соответствуют серийной конструкторской документации. Возможно, это произошло из-за погрешностей при первоначальной сборке. Кроме того, не могли не сказаться 30 и более лет эксплуатации «МиГов». За это время машины пережили уже не один ремонт. Ремонтировали их не только на «Соколе», но и на авиаремонтных заводах, и в строевых частях. И не всегда результаты этого ремонта достаточно точно документировались. Где-то на детали самолетов установили усиливающие накладки, где-то изменили прокладку трубопровода, где-то перенесли крепежные отверстия.
«Получалось, что мы детали разработали, изготовили, время и деньги потратили, а установить их нет возможности», – делился проблемой Алексей Ленкин. По статистике при ремонте и модернизации МиГ-31 на «Соколе» получилось, что примерно каждая пятая вновь разработанная в ОКБ и изготовленная на заводе деталь требовала переделки заново. Анализ проблемы определил цель будущего проекта: снизить сразу на порядок время и финансовые затраты на выявление и исправление несоответствий при разработке новой конструкции.
Решение за 88 дней
В ходе реализации проекта был произведен производственный анализ, разработаны текущая и целевая карты процесса, внедрены улучшения и проведен анализ полученных результатов.
До проекта работа шла по следующей схеме:
- выдавалось задание на проектирование;
- конструктор производил проектирование в электронном виде и оформлял конструкторскую документацию;
- проходило ее утверждение и согласование;
- затем разрабатывалась технология и изготавливалась нужная оснастка;
- наконец, изготавливался первый опытный образец;
- и проходила его пробная установка на изделие.
Вот тут-то и могло выяснится, что деталь невозможно установить. Вины конструктора в этом не было: при разработке новой детали он пользовался полноценной документацией на МиГ. Не было вины и производства: рабочие в точном соответствии с полученными чертежами изготавливали деталь. Но в итоге страдало дело. Когда выяснялось, что деталь «не лезет ни в какие рамки», конструкторская документация дорабатывалась, и весь цикл повторялся заново.
Возникали сразу несколько проблем. На этапе проектирования не было гарантии, что будущая конструкция будет соответствовать требуемым параметрам. Выявление несоответствия уже первого образца обходилось слишком дорого. И, наконец, возникал слишком длительный временной интервал между разработкой конструкции и выявлением несоответствия: от выдачи задания на проектирование до обнаружения «трабла» в среднем проходило 340 часов.
Средняя себестоимость изготовления деталей, ошибки в конструкции которых были выявлены только после изготовления и испытания первых образцов, составляла от 2 тыс. до 78,5 тыс. руб. При этом, большинство деталей для устранения всех несоответствий переделывались один, некоторые – два и даже три раза.
«Я стал искать способ, как можно решить проблему выявления несоответствия еще на этапе проектирования, – рассказывает Алексей Ленкин. – Пришел к выводу, что помочь здесь может 3D-прототипирование». Инженер понял, что еще до оформления конструкторской документации можно напечатать прототип будущего изделия на 3D-принтере. Рабочая конструкторская документация на МиГ-31 не оцифрована. Чтобы сделать 3D-модель надо было бы сначала оцифровать деталь. Но после модернизации в ОКБ «Сокола» разработка новых деталей идет в цифровом виде, поскольку их дальнейшее изготовление происходит на станках с числовым программным управлением. Тем самым, 3D-модели детали делаются в ОКБ по любому. Почему бы их не использовать и для печати на 3D-принтере?
Тогда станет возможным провести пробную установку 3D-прототипа и сразу понять – подходит он или нет. Если выявилось бы несоответствие, то сразу можно было доработать конструкторскую документацию и еще раз напечатать прототип для примерки. Когда прототип подходил для предназначенного ему места, деталь можно было запускать в производство. То есть, в реальное, дорогостоящее производство будут допускаться только те детали, которые прошли проверку на прототипе.
Первоначально целью проекта нижегородцев стало, ни много ни мало, снизить стоимость ошибки в 11 раз! Именно столько в среднем получалась по их прикидкам себестоимость печати прототипа на 3D-принтере. Старт проекту был дан 3 сентября 2018 года, а завершился он уже 30 ноября. На все ушло 88 дней!
AliExpress в помощь
3D-печать представляет собой технологию быстрого макетирования, позволяющую создать пластиковый прототип будущего изделия в короткий срок с минимальными затратами. Для ее внедрения нижегородцы приобрели комплектующие для 3D-принтера.
Проект Алексея вызвал бурное обсуждение на ОАКовском конкурсе проектов по совершенствованию производственной системы корпорации, а история с принтером оказалась особенно пикантной. «Вы покупали готовый принтер или собирали из отдельных частей?» – интересовались коллеги Ленкина из других компаний. «Покупали по частям». – «А где?» – «В Китае». – «Адрес в Китае уточнить можете?» – «Сайт AliExpress.com», – с улыбкой ответил Алексей, вызвав фурор в зале.
Покупка принтера, похоже, была основная сложность в реализации проекта 3D-прототипирования. «Теперь примерку деталей производит сам конструктор с помощью цеховых рабочих, – рассказывает Алексей Ленкин. – Это удобно, поскольку сам конструктор сразу видит несоответствия, если такие выявляются при примерке напечатанного прототипа. Конструктор сразу может замерить отклонения и решить, что нужно поправить».
После внедрения 3D-проектирования детали и еще до оформления конструкторской документации появились этапы печати 3D-прототипа и его пробной установки на изделие. В отличие от предыдущего процесса, новый цикл не требует задействования производства, включает всего лишь четыре этапа, а не 10, и длится он в 11 раз меньше, чем до внедрения улучшений, – всего в среднем 29 часов.
Затраты на приобретение комплектующих – сиречь 3D-принтера и расходных материалов для него, составили 16 тыс. руб. Себестоимость печати, например, прототипа фигурной прокладки более чем в 70 раз ниже изготовления «боевой» детали. Себестоимость печати прототипа кронштейна для сигнализатора замка основной опоры шасси дешевле почти в 200 раз самой детали. Разлет себестоимости изготовления оригинальных деталей и печати прототипов достаточно большой: например, труба трубопровода примерно в 50 раз дороже ее прототипа, а специальный рычаг обойдется в 550 раз дороже печати его прототипа.
Есть при 3D-печати и свои «тонкие» места. Например, возможно отклонение размеров прототипа от размеров электронной модели. Для компенсации этого пришлось своевременно калибровать принтер, а при подготовке модели к печати делать поправку на усадку пластика. Кроме того, на печать большой детали не всегда хватает продолжительности рабочего дня. Временной мерой для компенсации этого стала печать детали по частям с последующей склейкой. Но это потребовало дополнительного времени, возможно было также появление отклонений из-за неточной склейки. «Следовательно, при полноценном внедрении 3D-печати на предприятии нужно организовать круглосуточную лабораторию прототипирования, для эффективной загрузки оборудования и возможности печати деталей без швов, с более высокой точностью», – считает Алексей Ленкин.
Эффект, превзошедший ожидания
Средняя себестоимость прототипирования, которая была достигнута при реальном использовании такого метода для тех же самых деталей, по которым велся расчет средних затрат на изготовление, при изначальной цели в 2 000 руб. составила 300 руб. При том, что средняя себестоимость изготовления «боевой» детали осталась той же, что и до введения улучшения, – более 22 тыс. руб. Тем самым, стоимость конструкторской ошибки при 3D-прототипировании снизилась не в расчетные 11, а в реальные 75 раз! Эффект от проекта превзошел ожидания даже своих разработчиков.
И еще немного экономики. Количество деталей, разработанных в течение одного года, ошибки в конструкции которых были выявлены только после изготовления первых образцов, составило 42 штуки. Суммарные затраты на их изготовление составили почти 1 млн руб. Суммарные затраты на прототипирование тех же деталей составляют чуть более 12 тыс. руб. Требуемый объем инвестиций – те самые 16 000 руб. на принтер через AliExpress. При этом, срок окупаемости проекта составил менее месяца, а фактически – с первого напечатанного прототипа. Тем самым, благодаря 3D-прототипированию, выявление и исправление ошибки, допущенной при проектировании, обходится теперь дешевле на 98,7 %.
