В настоящее время существует необходимость определения показателя, позволяющего описать производственную номенклатуру машиностроительного предприятия и каждого конкретного ее представителя на основе параметров, непосредственно характеризующих машиностроительное изделие, его структуру и свойства. Такой показатель получил название конструктивно-технологической сложности машиностроительного изделия.

В общем случае конструктивно-технологическая сложность (КТС) машиностроительного изделия представляет собой неотъемлемое его свойство, учитывающее геометрические, структурные и субстантные свойства изделия и его структурных составляющих, а также предъявляемые к ним конструкторские и технологические требования в соответствии с существующим уровнем развития производительных сил.

Конструктивно-технологическая сложность может рассматриваться как мера затрат ресурсов на реализацию различных этапов жизненного цикла машиностроительного изделия.

Технологическим переделом будем называть совокупность технологических операций в машиностроительном производстве, характеризующуюся определенным сходством применяемых технологических способов обработки.
В таком случае конструктивно-технологическая сложность детали–сборочной единицы (ДСЕ) определяется как функция, аддитивная относительно конструктивно-технологической сложности непосредственно входящих в неё деталей–сборочных единиц и применяемых к ней технологических переделов:

где: m - количество ДСЕ, непосредственно входящих в данную ДСЕ;   - конструктивно-технологическая сложность j-ой ДСЕ нижнего уровня; n - количество технологических переделов, применяемых к ДСЕ;   - конструктивно-технологическая сложность, соответствующая i-му технологическому переделу, применяемому к конкретной ДСЕ.

Функция является рекурсивной и должна применяться в соответствии с иерархической структурой машиностроительного изделия, причем изделие является ДСЕ самого верхнего уровня, т.е. корнем дерева структуры изделия.

Конструктивно-технологическая сложность изготовления ДСЕ, являющейся терминальной вершиной дерева структуры, соответственно детали, определяется как функция:

Очевидно, что расчет конструктивно-технологической сложности, соответствующей конкретному технологическому переделу, должен производиться с использованием математической модели, разрабатываемой индивидуально для каждого передела. Для определения сложности технологического передела используется декомпозиция сущности (в данном случае передела) на отдельные сущности более низкого порядка (элементы).

В общем случае будем рассматривать m технологических переделов  , применяемых в машиностроительном производстве. Таким образом, существует множество технологических переделов  T={T_j|j=1,2,...,n}, охватывающее все технологические переделы, применяемые в машиностроении.
Для каждого передела определяет множество допустимых элементов E_i , относящихся к данному переделу, E_Tj={E_i|i=1,2,...,n} . Каждый элемент также относится к определенному классу элементов G_j , составляющих некоторое множество  G={G_j|j=1,2,...,l}. Каждый элемент E_i может быть отнесен только к одному из рассматриваемых классов  G_j.
Для каждого класса элементов определяется некоторое множество элементов B^Gj={b_h|h=1,2,...,r} , обеспечивающих порождение всех допустимых элементов данного класса  E^Gj={E_l|l=1,2,...,s}, где E^Gj с E^Tj. Таким образом, элементы, относящиеся к множеству B^Gj , называются порождающими элементами класса  G_j. Элементы E_i , относящиеся к множеству E^Tj , называются, соответственно, порожденными элементами.
Каждый элемент E_i характеризуется некоторой совокупностью параметров P^Ei={P^Ei_j|j=1,2,...p} , где  P^Ei с P. Каждый из параметров характеризуется некоторым множеством значений  Pz={pz}, мощность которого специфична для каждого конкретного параметра.
При анализе технологического передела, применяемого к конкретной ДСЕ, выделяются элементы, соответствующие порожденным элементам  E_i, относящимся к данному технологическому переделу.
Конструктивно-технологическая сложность технологического передела определяется в виде аддитивной функции, учитывающей сложности выделенных для конкретной ДСЕ элементов (Рисунок 1), относящихся к данному переделу:

где C_п – конструктивно-технологическая сложность технологического передела, применяемого к ДСЕ; l – число классов элементов технологического передела;  q_i – нормирующий коэффициент; s – количество порожденных элементов в j-м классе; n_i – количество однотипных элементов, соответствующих i-му порожденному элементу; C_Ek – сложность k-го элемента, соответствующего i-му порожденному элементу.

Рисунок 1 – Схема формирования показателя конструктивно-технологической сложности технологического передела

Конструктивно-технологическая сложность элемента определяется в виде функциональной зависимости, учитывающей параметры элемента и соответствующего изделия:

где,  P^Ei – множество параметров, характеризующих элемент E_i ; P^ДСЕ – множество параметров, характеризующих конкретную деталь–сборочную единицу, относительно которой рассматривается элемент; P – множество параметров, характеризующих машиностроительное изделие.
Конструктивно-технологическая сложность элемента может определяться для некоторых переделов как сложность связи между двумя элементами или ДСЕ.
Функция сложности для элемента, относящегося к некоторому технологическому переделу, должна рассматриваться как мультипликативная функция относительно ряда показателей, учитывающих конструкторско-технологические признаки элемента, детали–сборочной единицы и собственно изделия, представленные их параметрами P^Ei , P^ДСЕ , P.
Таким образом:

где,  Ki – i-й показатель; n – общее количество коэффициентов, определенных для данного технологического передела.
В настоящее время механическая обработка является одним из основных способов изготовления машиностроительных деталей с целью получения необходимой геометрической формы и обеспечения требуемых точности и качества поверхности в соответствии с предъявляемыми конструкторско-технологических требованиями.

Как было отмечено выше, расчет конструктивно-технологической сложности, соответствующей конкретному технологическому переделу, должен производиться с использованием математической модели, разрабатываемой индивидуально для каждого передела в соответствии с существующей спецификой и технологией его реализации.

Применительно к технологическому переделу «механическая обработка» используется модель, в основу которой положена декомпозиция детали на элементарные поверхности, получившие название конструктивно-технологических элементов.

Конструктивно-технологический элемент представляет собой элементарную поверхность, которая характеризуется, с одной стороны, определенной геометрической формой, т.е. способом формирования, с другой стороны, конструкторско-технологическими параметрами, однозначно определяющими данный элемент.

Анализ номенклатуры деталей, изготавливаемых на машиностроительных предприятиях, выявил значительное многообразие конструктивно-технологических элементов и способов их получения.

В соответствии с предложенной моделью конструктивно-технологической сложности определено множество классов конструктивно-технологических элементов G={G_i|i=1,2,...,l}, где l=6 , таким образом, что  G₁=«Плоскости»,   G₂=«Контуры»,   G₃=«Уступы»,   G₄=«Пазы»,   G₅=«Отверстия»,   G₆=«Фасонные поверхности».

Порождающими элементами класса конструктивно-технологических элементов G_j называется некоторое множество элементов B^Gj={b_h|h=1,2,...,r} , являющихся носителями характерных конструктивных и технологических признаков данного класса и обеспечивающих порождение всех допустимых элементов данного класса E^Gj={E_l|l=1,2,...,s}.

Таким образом, для описания совокупности всех возможных конструктивно-технологических элементов в каждом классе определено множество порождающих элементов таким образом, что B^G1={Плоскость открытая}, B^G2={Контур линейный}, B^G3={Уступ прямой открытый}, B^G4={Паз прямоугольный открытый}, B^G5={Открытое цилиндрическое отверстие}, B^G6={Плоская фасонная поверхность, Наклонная фасонная поверхность}. Порождающий элемент «Плоскость открытая» определен как базовый элемент модели технологического передела «механическая обработка».

Каждому порождающему конструктивно-технологическому элементу приводится в соответствие нормативный технологический метод его изготовления, соответствующий существующему уровню развития производительных сил. Порождающему элементу «Плоскость открытая» (Рисунок 2), относящемуся к классу «Плоскости», в качестве нормативного метода изготовления приводится в соответствие фрезерование концевой фрезой.

Порождаемые конструктивно-технологические элементы формируются путем модификации геометрических, технологических и конструктивных характеристик, в частности, за счет изменения формы образующего профиля, либо комбинации нескольких базовых элементов. Они оставляют исходное множество элементов E^T={E_i|i=1,2,...n}, непосредственно используемых для формирования информационной модели обрабатываемой детали. В настоящее время мощность множества достигает нескольких десятков элементов (Рисунок 3), новые элементы могут вводиться по мере возникновения необходимости в соответствии с определенными правилами.

Поскольку каждый элемент E_i характеризуется некоторой совокупностью параметров P^Ei={P^Ei_j|j=1,2,...,p}, для технологического передела «механическая обработка» выделяется множества конструктивных Pk^Ei={Pk^Ei_l|l=1,2,...m} и технологических Pt^Ei={Pt^Ei_l|l=1,2,...n} параметров, где  Pk^EiuPt^Ei=P^Ei.
В рамках рассматриваемой модели важным показателем является нормативное время обработки порождающих конструктивно-технологических элементов. Для класса «Плоскости» в качестве порождающего определен конструктивно-технологический элемент «Плоскость открытая».

Рисунок 2 – Порождающий конструктивно-технологический элемент «Плоскость открытая»

В результате анализа представителей номенклатуры изготавливаемых машиностроительных деталей для конструктивно-технологического элемента «Плоскость открытая» определено множество параметров элемента   и их типовые значения (Таблица 1).

Таблица 1 – Типовые значения параметров порождающего элемента «Плоскость открытая»

Время обработки элемента рассчитывается по известной формуле: T_б=t_M=(L₀•i)/(Sz•z•n) . Для расчета по предложенной формуле использованы определенные значения технологических параметров (Таблица 2), в соответствии с которыми нормативное время обработки   составляет 5,48 мин.

Таблица 2 – Нормативные значения технологических параметров изготовления порождающего элемента «Плоскость открытая»