КАК ДА НАМАЛИМ ТЕГЛОТО И ЦЕНАТА НА ПРОДУКТА
Александър Иванович Скуратович[email protected]Независим консултант и обучител по TRIZ, FSA и Lean Manufacturing
В моята консултантска практика има ситуации, когато клиент иска да намали теглото и/или себестойността на производството на даден продукт, без да нарушава качеството на функционирането му. Понякога успоредно с това се изисква отстраняване на недостатъците на продукта и повишаване на надеждността на неговата работа. В същото време, като правило, клиентът не е готов, не може или не иска да промени принципа на работа на продукта, не може да използва съвременни издръжливи и леки материали и е лишен от възможността да използва модерно технологично оборудване.
Клиентът знае и активно използва добре познати типични инженерни техники и начини за намаляване на теглото и разходите, но това не е достатъчно. Как TRIZ и FSA могат да помогнат в този случай?
В арсенала на TRIZ и FSA са натрупани много инструменти и техники, които позволяват разкриване на скрити резерви за намаляване на теглото и цената на продукта. Тези техники могат значително да допълнят и разширят възможностите на разработчиците на технологии. Например, това са такива техники и процедури като: идентифициране и премахване на дублирането на функции, премахване на излишъка в нивото на изпълнение на функциите, процедурата за "сгъване" на структурата на продукта, поелементният икономически анализ на Соболев, въвеждане на "празнота" в материали и части, някои методи за премахване на технически противоречия и други.
Най-добрият начин да намалите теглото и цената на даден продукт е да премахнете части от продукта като „ненужни“. Без детайли - без маса, без производствен процес, не струва нищо! Понякога е възможно да се преустрои структурата на продукта, така че неговите компоненти или самият продукт да станат "ненужни".
През 2007 г. с колегата ми в TRIZ и FSA Петр Чуксин участвахме в проектаза усъвършенстване на оголващи хедери на британската компания Shelbourne Reynolds за зърнокомбайни. Гребенният хедер реализира перспективна технология за прибиране на зърнени култури - оголване. Същността му е, че се жънат само класове със зърно, а стъблата на растенията остават на полето. Комбайните, оборудвани с такива хедери, консумират 40% по-малко гориво, а производителността им се увеличава 2-3 пъти. Тези комбайни са търсени в САЩ, Австралия, Бразилия, европейски страни. Но използването на хедерите Shelbourne Reynolds в българските полета е ограничено от малък брой мощни чуждестранни комбайни. Най-популярният в чужбина 9-метров хедер за оголване тежи около 3 тона (фиг. 1). Не всички български комбайни могат да работят с него. Затова нашият български клиент и съсобственик на Shelbourne Reynolds получи задачата да намери начини да намали теглото на хедерите за оголване и да адаптира най-лекия от тях с работна ширина 5,4 метра към българския комбайн NIVA.

Служителите на Shelbourne Reynolds приеха тези предизвикателства с изненада. Те усъвършенстват хедера от много години, знаят го до последната гайка. Дизайнът изглежда логичен и оптимален. Комбайнът не се счупи, той се е доказал добре, фермерите са щастливи да го купуват. Фирмата е лидер в производството на оголващи колектори. И тогава идват инженери от България и казват, че трябва да се намали масата му! Но как? За какво? Нищо не може да бъде изхвърлено от комбайна! Необходими са всички възли и части!
Главният дизайнер на този хедер и собственик на компанията Кийт Шелбърн каза, че ако намалим теглото му дори с 5%, тогава той лично ще ни подаде ръка. Но когато започнахме да работим заедно, британцитеколегите се убедиха на практика в ефективността на методите TRIZ и FSA. В резултат намерихме начини да намалим теглото с 20 и дори 30% (виж фиг. 8 в края на статията), а Шелбърн не само ни подаде ръка, но и се снима с нас на фона на фирмения банер (фиг. 2).

Този резултат е постигнат чрез активното прилагане на добре познатата в TRIZ процедура на "сгъване" към спомагателните елементи на структурата на заглавката. Но не всички спомагателни части могат да бъдат премахнати от дизайна на машината. Как в този случай да се намали теглото и цената на продукта?
В случая много помага поелементният икономически анализ на Соболев. Основната идея на този метод е изборът на основните и спомагателни елементи на част или сглобка и премахването или промяната на спомагателните елементи по такъв начин, че масата на частта, трудоемкостта на нейното производство или нейната цена да станат по-ниски.
Например, когато проучвахме производствения процес на секциите на зъбците на стрипера на ротора на хедера (Фигура 3), установихме, че 36% от скъпата неръждаема стомана се губи (Фигура 4).


Такова голямо количество отпадъци показва нерационално използване на материала и води до увеличаване на разходите за производство на секции и целия хедер.
Поставяме си задачата да намерим начини за по-рационално използване на площта на металния лист и намаляване на отпадъците.
Ако погледнете секциите на зъбите за отстраняване, можете да видите, че елементите, които изпълняват основната функция, са зъбите, а спомагателната част на секцията е обратнотоправа страна, през отворите, в които секциите са прикрепени към ротора на стрипера.
Формата на профила на зъбното колело е "пострадана" от множество изчисления, експерименти и тестове на прототипи, направени от предишни поколения изследователи и практици. Ясно е, че промяната на профила на зъбите е невъзможна и инженерите на компанията няма да поемат такъв риск. Как да бъдем?
Профилът на зъбите е правилен и за да могат секциите да заемат по-малко място върху листа, зъбите на едната секция може да се опитат да се поставят между зъбите на другата и частично да се набутат една в друга. Тази идея е очевидна и хрумна на мнозина, но печалбата беше малка.
А какво ще стане, ако „допуснем неприемливото“, както ни учи уважаваният ТРИЗ майстор Владимир Михайлович Герасимов (виж статията му „ПРИЕМЕТЕ НЕПРИЕМЛИВОТО“), и натикаме назъбените секции един в друг докрай?
Но тогава "пострадалият" профил ще се промени! И не можете да го промените!
Да, ще се промени, но малко - всеки зъб на сечението ще трябва да се изтъни с 1 mm - 0,5 mm на страна и те ще влизат един в друг като в пъзел (фиг. 5).

В резултат на това на лист метал могат да бъдат поставени 44 секции вместо 34! И това вече е много значителна икономия на метал. На среща с разработчиците на хедъра беше решено, че изтъняването на профила с толкова незначително количество не трябва да води до силно отслабване на зъбите.
Но вълнението толкова разглоби нас и разработчиците на комбайна, че на следващия ден, независимо един от друг, беше намерен още по-икономичен вариант. На праволинейната помощна част на секцията разположението на монтажните отвори не може да се променя, но материалът между тях може да приеме произволна форма, която е полезна за постигане на нашите цели. И ако е така, тогава можете да "натиснете" секциите една в друга испомагателни части, поддържащи разстоянието между монтажните отвори. Какво се получи от това може да се види на фиг. 6.

В резултат на това се оказа, че от един лист могат да бъдат изрязани 48 секции вместо 34! Беше още по-невероятно! В резултат на това се оказа, че е възможно значително да се намали количеството закупена скъпа стомана. Металните отпадъци намаляват от 36% на 10% (виж Фиг. 7).

Нещо повече, сега с едно преминаване лазерният нож реже не едната страна на една секция, а две страни на различни секции. В резултат на това производителността на операцията по рязане на секция се е повишила, а отпадъците и времето за рязане на секция са значително намалени (Таблица 1). Технологичната операция на режещите секции стана по-идеална. Това предложение беше реализирано в рамките на една седмица.
Таблица 1. Характеристики на оригиналната и новата технология за рязане на профили.

Сега това решение изглежда очевидно. Но тогава никой в компанията не видя този проблем и не се опита да го реши. Никой не е поставил задачата да намали цената на комбайна чрез намаляване на отпадъците от материали. Това беше нормален типичен процес на производство на части с обичайното ниво на отпадъци.
В резултат на съвместната ни работа с инженерите на компанията бяха направени повече от 60 предложения за опростяване на дизайна и технологията на производство на комбайна и намаляване на теглото му. Предложенията бяха разделени на две групи.
Първата група - предложения, за чието изпълнение не са необходими големи промени в конструкцията на комбайна и технологията на неговото производство. Прилагането на тези предложения намали теглото на комбайна с 20%.
Втората група предложения доведе допо-радикални промени в дизайна на хедера, до необходимостта от използване на по-леки и здрави материали. Но прилагането на тези предложения позволи да се намали теглото на комбайна с 30% (фиг. 8).

Фигура 9 показва модифициран хедер Shelbourne Reynolds за комбайн Niva. Масата и размерите му са значително по-ниски от серийните, като размерите и взаимното разположение на основните работни органи остават същите. На фигура 9, зад модифицирания хедър, ясно се виждат телата на серийните хедъри, които имат по-големи вертикални и хоризонтални размери от модифицирания. Сравнителните характеристики на хедерите Shelboure с оригинален и нов дизайн с работна ширина 5,4 метра са представени в таблица 2.

Таблица 2. Характеристики на оригиналните и модифицираните хедери с работна ширина 5,4 метра.

Работата по намаляване на теглото, размерите и цената на колектора за оголване отново показа високата ефективност на съвместното използване на такива инструменти TRIZ и FSA като процедурата за „сгъване“ на структурата на продукта и поелементния икономически анализ на Соболев.
Литература
- Герасимов В.М., Калиш В.С., Карпунин М.Г., Кузмин А.М., Литвин С.С. Основните разпоредби на методологията за извършване на функционален и разходен анализ: Насоки. Москва: Информ-ФСА, 1991.
Соболев Ю.М. Конструктор и икономика. Пермско книгоиздателство, 1987 г.