2.4.2. Унификация, агрегатирование и специализация
Унификация, агрегатирование и специализация - понятия, связанные с повышением качества и количества выпускаемых изделий. Разработка новых машин и совершенствование конструкции, уже изготовляемых, требует всё новых и новых деталей и сборочных единиц. Их производство не может оставаться на индивидуальном и мелкосерийном уровне с присущими им недостатками (дороговизной, большими сроками конструирования и изготовления и т.д.)
Выходом из такого положения является специализация производства.
Специализация представляет собой способ организации производства на основе комплектования его конструктивно-технологически подобной по типоразмерам номенклатурой выпускаемой продукции.
Специализация предприятий оказывает существенное влияние на ускорение технического прогресса в промышленности и может быть предметной, подетальной, технологической.
Признаками, определяющими специализацию, являются характер выпускаемой продукции (изделие, деталь, заготовка) и особенности ее производства (полное изготовление отдельных технологических процессов, например, сборка, литье, штамповка, ремонт и др.).
Для организации специализированного производства необходимо:
осуществить централизацию производства изделий в количестве, достаточном для полной нагрузки автоматизированного производства;
использовать такое автоматическое оборудование, которое обеспечивает получение высококачественной продукции при приемлемой для потребителя цене;
обеспечить стабильное качество исходных материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий в выпускаемой продукции.
Из всех видов специализации особое место занимает подетальная, обеспечивающая значительное повышение эффективности производства и его технического уровня.
Для организации такого специализированного производства необходим массовый выпуск соответствующих деталей. Добиться этого позволяет унификация (от лат. unio - единство и facere - деталь, т.е. приведение чего-либо к единообразию, к единой форме или системе) - это приведение объектов функционального одинакового назначения к единообразию (например, к оптимальной конструкции) по установленному признаку и рациональное сокращение числа этих объектов на основе данных об эффективной применяемости.
В основе унификации рядов деталей, узлов, агрегатов, машин и приборов лежит их конструктивное подобие, которое определяется общностью рабочего процесса, условий работы изделий, т.е. общностью эксплуатационных требований. К ним, например, относятся характер нагрузки и режим ее изменения, температурные условия, силовая и тепловая напряженность и др.
Унификация может распространяться на параметрические и типоразмерные ряды машин, их типы, составные части (узлы) и детали. Различают следующие виды унификации.
Внутриразмерная унификация всех модификаций определенного изделия с базовой моделью или между собой внутри одного типоразмера. Например, степень унификации автомобилей Минского автомобильного завода - 82-93%, автомобилей ЗИЛ - 80%.
Межразмерная унификация базовых моделей или их модификаций (между разными размерами параметрического ряда изделий, но внутри одного типа). Степень такой унификации может составлять до 35%.
Межтиповая унификация изделий, относящихся к различным параметрическим рядам и различным типам. Например, на Минском станкостроительном заводе им. Октябрьской революции унифицированы в один межтиповой ряд продольно-фрезерные, продольно-строгальные, продольно-шлифовальные станки на основе стандартной ширины обрабатываемых заготовок, установленных по ряду R 10(800,1000,1250 и 1600 мм). Это позволило применять для всех указанных станков 45% унифицированных узлов.
Заводская (в рамках завода) и отраслевая (для ряда заводов отрасли) унификация может охватывать номенклатуру изделий, их составные части и детали, которые производят и применяют в различных отраслях народного хозяйства (межотраслевая унификация).
В России проведена унификация и разработано около 250 стандартов на крепежные детали, свыше 400 стандартов на арматуру и соединения трубопроводов (вентили, клапаны, тройники, краны), более 500 стандартов на редукторы, муфты, шкивы. Большая работа выполнена по унификации и стандартизации линейной, кузнечнопрессовой оснастки, станочных приспособлений, инструмента и т.д.
Наиболее простой метод унификации деталей и агрегатов общемашиностроительного назначения заключается в замене группы близких по конструкции и размерам типов одним оптимальным типоразмером, использование которого не связано с существенными трудностями в какой-либо сфере применения, Этот метод широко используют для деталей и узлов машин с ограниченным числом параметров, определяющих их конструкцию (шайбы, винты, болты, гайки, уплотнения и др.). В других случаях требуется более сложный предварительный анализ конструкций и параметров унифицируемых объектов, оценка качества их функционирования и проведения расчетно-конструкторских работ. При этом большое внимание следует уделять влиянию конструктивных элементов на эксплуатационные качества унифицируемых деталей и агрегатов. Например, необходимо уменьшать концентрацию напряжений, особенно в местах контакта деталей, проводить оптимизацию формы деталей и предусматривать плавные переходы от одной поверхности детали к другой.
В настоящее время многие элементы конструкции приводные цепи, клиновые ремни, большинство крепежных деталей, арматуры и многие другие унифицированные детали изготавливают на специализированных заводах. Это дает возможность значительно уменьшить себестоимость и повысить качество деталей. Например, трудоемкость изготовления болтов и гаек на специализированном предприятии в 10 раз ниже, чем на неспециализированном.
Основой унификации является систематизация и классификация.
Систематизация предметов, явлений или понятий преследует цель расположить их в определенном порядке и последовательности, образующей четкую систему, удобную для пользования. При систематизации необходимо учитывать взаимосвязь объектов. Наиболее простой формой систематизации является алфавитная система расположения объектов. Такую систему используют, например, в энциклопедических и политехнических справочниках, в библиографиях и т.п. Применяют также порядковую нумерацию систематизируемых объектов или расположение их в хронологической последовательности. Например, Госстандарт России регистрирует ГОСТы по порядку номеров, после которого в каждом стандарте указывают год его утверждения (например, ГОСТ 16093-81 "Резьба метрическая. Допуски. Посадки с зазором"). Для систематизации параметров и размеров машин, их частей и деталей рекомендуются ряды предпочтительных чисел.
В народном хозяйстве России широкое распространение получила разновидность систематизации - классификация. Она преследует цель расположить предметы, явления или понятия по классам, подклассам и разрядам в зависимости от их общих признаков. Чаще всего классификацию проводят по десятичной системе. На ее основе создан единый классификатор продукции. Универсальная десятичная классификация (УДК) принята в качестве международной системы рубрикации индексами технической и гуманитарной литературы. Например: УДК 62 - техника; УДК 621 - общее машиностроение и электроника; УДК 621.3 - электроника и т.п.
Симплификация - форма стандартизации, цель которой - уменьшить число типов или других разновидностей изделий до числа, достаточного для удовлетворения существующих в данное время потребностей. Такое определение дано СТАКО. При симплификации обычно исключают разновидности изделий, их составных частей и деталей, . которые не являются необходимыми. В объекты симплификации не вносят какие-либо технические усовершенствования.
Типизация конструкций изделий - разработка и установление типовых конструкций, содержащих конструктивные параметры, общие для изделий, сборочных единиц и деталей. При типизации не только анализируют уже существующие типы и типоразмеры изделий, их составные части и детали, но и разрабатывают новые, перспективные, учитывающие достижения науки и техники и развитие промышленности. Часто результатом такой работы является установление соответствующих рядов изделий, их составных частей и деталей.
Типизация технологических процессов - разработка и установление технологического процесса для производства однотипных деталей или сборки однотипных составных частей или изделий той или иной классификационной группы. Типизации технологических процессов должна предшествовать работа по классификации деталей, сборочных единиц и изделий и установление типовых представителей, обладающих наибольшим числом признаков, характерных для деталей, сборочных единиц и изделий данной классификационной группы. В нашей стране типизация технологических процессов получила широкое распространение.
Развитие стандартизации при изготовлении изделий машиностроения шло от унификации отдельных деталей к унификации сборочных единиц общего применения (муфты, насосы и др.). Следующей ступенью стандартизации является агрегатирование т.е. унификация агрегатов сложных машин.
Агрегатирование - принцип создание машин, оборудования и приборов их унифицированных стандартных агрегатов (автономных узлов), устанавливаемых в изделии в различном числе и комбинациях. Эти агрегаты должны обладать полной взаимозаменяемостью по всем эксплуатационным показателям и присоединительным размерам.
Внедрение унификации и агрегатирования позволяет перейти от конструирования и производства необоснованно оригинального и дорогого оборудования и машин к созданию и выпуску их на основе проверенных оптимальных унифицированных агрегатов. При этом в создаваемых компоновках обеспечиваются оптимальные эксплуатационные показатели, а сроки проектирования и освоения новой техники сокращаются с 4-6 до 1,5-2 лет (за счет освоенных ранее и проверенных в эксплуатации агрегатов). Соответственно затраты на проектирование и освоение серийного производства снижаются в 1,5-2 раза, расчет и выпуск машин на тех же производственных мощностях, а себестоимость их изготовления уменьшается на 25-30%. Агрегатирование упрощает эксплуатацию изделий, сокращает их металлоемкость и издержки на ремонт.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что при частой сменяемости и модернизации изготовляемых изделий агрегатирование является наиболее прогрессивным методом конструирования, обеспечивающим ускорение технического прогресса и большой экономический эффект в народном хозяйстве. Безусловно, создавая принципиально новые машины или другие изделия нельзя обойтись без проектирования конструктивно новых составных частей этих изделий. Но их нужно проектировать из автономных агрегатов (составных частей), которые при дальнейшем развитии изделий можно было бы унифицировать.
В настоящее время принцип агрегатирования широко применяют при создании разнообразного оборудования и автоматических линий. На заводах работает сотни автоматических линий, собранных из унифицированных узлов. Например, на агрегатном станке устанавливают несколько силовых головок, присоединяя к которым соответствующие насадки можно выполнять сверлильно-расточные, резьбо-нарезные, фрезерные и другие работы.
Производительность агрегатных станков в несколько раз выше, чем универсальных. Узлы агрегатных станков допускают многократное использование; станки могут быть быстро переналажены на обработку других типов деталей.
В целях дальнейшего совершенствования и развития метода агрегатирования высокопроизводительных специальных и специализированных станков и автоматических линий разработана и осваивается в серийном производстве Единая система унифицированных узлов агрегатных станков и автоматических линий. Это позволит сократить номенклатуру выпускаемых узлов, обеспечить их взаимозаменяемость, повысить точность и жесткость конструкций, увеличить срок службы, расширить выпуск узлов на специализированных заводах и создать материальную базу Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП).
Принцип унификации и агрегатирования является обязательным при разработке стандартов на все новое оборудование. Он позволяет на основе базовой модели создавать производные машины одинакового назначения, но с различными эксплуатационными показателями (мощности, производительности и др.), или машины различного назначения, выполняющие качественно другие операции. При этом применяют метод секционирования, который заключается в разделении машин на . одинаковые унифицированные секции, из которых образуют путем простого набора производные машины (ковшовые элеваторы, скребковые и цепные транспортеры, насосы и т.п.). Используют также метод базового агрегата, который состоит в том, что путем присоединения к базовой модели машины специальных агрегатов получают производные машины разнообразного назначения.
Уровень стандартизации и унификации характеризуется следующими коэффициентами.
Коэффициент применяемости по типоразмерам деталей
где n - общее число типоразмеров деталей в изделии;
n0 - число оригинальных деталей, т.е. деталей ,разработанных впервые для данного изделия.
Коэффициент применяемости по деталям
где N - общее число деталей в изделии;
N0 - число оригинальных деталей.
Коэффициент применяемости по стоимости деталей
где С - стоимость всех деталей;
С0 - число оригинальных деталей.
Используют также коэффициент по трудоемкости, по массе деталей и др.
Качество машин и других изделий определяется большим числом факторов: совершенством конструкций и методов проектирования; расчетом машин (их составных частей и деталей) на прочность, надежность, долговечность и точность; качеством применяемого сырья, материалов, полуфабрикатов и покупных изделий; степенью унификации, агрегатирования и стандартизации; уровнем технологии и средств производства, контроля и испытаний; уровнем взаимозаменяемости, организации производства и эксплуатации машин; квалификацией рабочих и качеством их труда.
Для обеспечения высокого качества машин необходима оптимизация указанных факторов и строгая взаимная согласованность требований к качеству, как при проектировании, так и на этапах производства и эксплуатации. Решение этой задачи усложняется широкой межотраслевой кооперацией заводов. Например, для производства автомобилей используют свыше 4000 наименований покупных и кооперируемых изделий и материалов, тысячи видов технологического оборудования, инструмента и средств контроля, изготовляемых заводами многих отраслей промышленности. При больших масштабах производства и широких межотраслевых связях это может быть достигнуто только методом комплексной стандартизации.