13. Конструкторская унификация и стандартизация: показатели и эффективность

Под конструктивной стандартизацией понимается такое направление в разработке конструкции новой машины, при котором она компонуется с максимальным использованием элементов определенного функцио­нального назначения, освоенных ранее в производстве в качестве нор­мализованных, стандартизованных или унифицированных деталей, узлов и агрегатов. Каждый из таких элементов, выполняя в машине определен­ные функции, характеризуется своими постоянными конструктивными и эксплуатационными параметрами. Эти элементы, будучи конструк­тивно и технологически отработанными и испытанными во многих других машинах, обладают высокими эксплуатационными и техноло­гическими качествами, обеспечивающими быстрое освоение производ­ства и улучшение технико-экономических показателей проектируемой машины.

Осуществление нормализационного направления в конструирова­нии машин существенно меняет методы проектирования. При обычном проектировании за основу принималось функциональное назначение машины. Форма, размеры и другие показатели отдельных ее узлов были производными, вытекающими из характеристики машины в целом, и поэтому в значительной мере зависели от субъективных факторов ор­ганизации конструирования на данном заводе. При стандартизации эксплуатационные показатели машины должны быть обеспечены главным образом путем правильного выбора схемы компоновки уже имеющихся узлов. При таком методе конструирования имеется возможность тща­тельно и квалифицированно изучить закономерности изменения форм, размеров, способов производства отдельных элементов конструкции в зависимости от ее функционального назначения, действующих на­грузок, условий эксплуатации, материалов, направления технического прогресса и др. Это, в свою очередь, открывает большие возможности для разработки и внедрения обобщенных методов расчета, выбора форм и создания конструкций узлов и деталей машин с применением новей­шей техники и ЭВМ.

В основе конструктивной стандартизации, осуществляемой путем унификации деталей узлов и других элементов машин, лежит следую­щий принцип: машина, какой бы сложной она ни была, состоит из отдельных более или менее простых элементов, применяемых в маши­нах разного назначения. Другими словами, несмотря на огромное раз­нообразие, машины и их узлы по назначению и конструкции имеют много общих признаков.

Государственные стандарты — это перечень единых требований к продукции данного назначения, изготовленной в любой части стра­ны. Применительно к машиностроительной продукции это стандарты: на основные параметры; типы, виды и марки изделий; конструкцию и размеры; технические требования; методы испытания; маркировку, хранение, упаковку и транспортировку; технические характеристики продукции. Задача стандартов — обеспечение на всей территории стра­ны изготовления продукции данного назначения и отдельных ее эле­ментов с едиными параметрами и показателями.

Местные и отраслевые стандарты — это установленные единые требования к деталям, узлам, агрегатам, изготавливаемым в пределах данного предприятия (заводские стандарты) или отрасли промышлен­ности (отраслевые стандарты). Стандартизация проводится не только по отдельным общемашиностроительным деталям (винты, болты, шпильки, гайки и др.), деталям общего назначения (поршни, шкивы, маховики, втулки и т.д.), но и по отдельным крупным элементам конструкций ма­шин и агрегатов (поршневая группа, кривошипно-шатунные и силовые механизмы, гидроаппаратура, силовые и шпиндельные головки, меха­низмы передач и др.).

Унификация — это приведение различных видов продукции и средств ее производства к наименьшему числу типоразмеров, марок, форм и т.п. Примером может служить использование унифицированных двигателей в строительном, дорожном, сельскохозяйственном, транспортном ма­шиностроении, судостроительной промышленности и т.д.

На все стандартизованные и унифицированные детали составляют­ся альбомы чертежей.

Таким образом, при конструктивной стандартизации разработка про­екта конструкции состоит из четырех основных этапов:

1. максимальное расчленение конструкции будущей машины на отдельные элементы, выполняющие в данной машине определенные функции;

2. тщательное исследование возможности использования уже разра­ботанных и освоенных в производстве элементов конструкции;

3. разработка конструкции оригинальных деталей и узлов, непосред­ственно определяющих функциональное назначение машины в целом;

4. компоновка и установление взаимодействия стандартизованных и оригинальных элементов в машине, удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к конструкции новых машин.

Конечной целью конструктивной стандартизации на заводе является создание стандартизованного ряда (гаммы) машин.

Под конструктив­но-стандартизованным рядом понимается группа конструктивно однородных машин одинакового или разного назначения, аналогичных по кинематике, рабочему процессу, формам и параметрам основных элемен­тов, способу получения с их помощью продукции или методам обработки, но различных по габаритам, мощности, скорости, грузоподъемности и другим эксплуатационным параметрам.

Каждый конструктивный ряд имеет свое основание — так называе­мую базовую модель — и производные от нее, полученные на основе применения нормализованных и унифицированных узлов.

Использование стандартизованных деталей при разработке конст­руктивных рядов позволяет осуществлять быструю и эффективную мо­дернизацию выпускаемых машин внутри ряда, поскольку отдельные усовершенствованные детали и узлы используются во всех машинах.

Объектами нормализационного контроля являются: степень конст­руктивной преемственности; комплектность и оформление чертежей; правильность оформления основных надписей; правильность изобра­жения и надписей на чертежах; правильность выбора размеров, допусков и посадок; правильность выбора конструктивных элементов деталей.

Проверка степени конструктивной преемственности выявляет, на­сколько конструктор использовал при разработке проекта узла или дета­ли действующие стандарты, отраслевые и заводские нормали, унифици­рованные детали, а также заимствовал их из конструкции выпускаемых машин. Эффективный метод организации такого контроля — создание на заводе в составе службы стандартизации электронной картотеки применяемости заимствованных, стандартных деталей и других изде­лий, состоящей из множества электронных карточек.

Карточка применяемости составляется на каждую деталь (каждый узел), используемую в разных изделиях, и должна содержать:

• эскиз детали с указанием основных размеров;

• характеристику детали как части конструкции, ее обозначение, номер и т.д.;

• краткую характеристику детали как объекта изготовления (материал, все размеры, применяемость конструктивных элементов);

• наименование и номер узла и изделий, в которых она применяется, и в каком количестве;

• сведения о наличии специальной оснастки.

Рассматривая чертеж оригинальной детали, контролер обращается прежде всего к картотеке и отыскивает карточки применяемости сход­ных деталей. При сомнении в необходимости оригинальной детали он находит чертеж детали, уже освоенной в производстве, и путем сравне­ния чертежей новой и существующей конструкций устанавливает воз­можность полной или частичной замены оригинальной детали. Если такая возможность имеется, новый чертеж возвращается конструктору для переделки в соответствии с рекомендацией контролера.

После контроля конструктивной стандартизации и преемственности и внесения в конструкторские документы соответствующих исправлений проводится их проверка на правильность оформления и соблюдение действующих стандартов. Цель контроля правильности выбора размеров, допусков, посадок — уменьшение их разнообразия и степени использо­вания предпочтительных чисел и стандартных размеров и проверка обоснованности применения допусков.

Контроль правильного выбора конструктивных элементов (отверстий, радиусов, канавок, резьб, передач, закругления пазов и др.) также осуще­ствляется с целью уменьшения их разнообразия в новых конструкциях.

Стандартизация конструкции оценивается с помощью коэффици­ентов конструктивной преемственности, конструктивной стандартизации, применяемости материалов, унификации узлов, унификации изделия в целом и др.

Коэффициент конструктивной преемственности (К_пр) характеризует степень применения в конструкции новой машины ранее освоенных в производстве деталей и определяется отношением их количества (Д_ос) к общему количеству деталей в новой машине (Д):

К_пр = Д_ос/Д.

Коэффициент конструктивной стандартизации (К_ст) определяется отношением количества стандартных и стандартизованных деталей (Д_ст), использованных в новой конструкции, к общему их числу (Д):

К_ст = Д_ст/Д.

Коэффициент применяемости конструктивных элементов (К_п.э) харак­теризует степень повторения одних и тех же конструктивных элементов в различных деталях и определяется отношением общего количества типоразмеров конструктивных элементов (Э) в конструкции нового из­делия (резьб, диаметров отверстий, радиусов закруглений и др.) к ко­личеству использованных (Э_исп):

К_п.э = Э/Э_исп.

Чем больше коэффициент применяемости, тем менее разнообразны применяемые конструктивные элементы.

Коэффициент унификации узлов (К_у.у) определяется отношением ко­личества применяемых в новой конструкции стандартизованных и уни­фицированных узлов (У_ун) к общему их количеству в машине (У):

К_у.у = У_ун/У.

Коэффициент применяемости материалов (К_м) характеризует сте­пень применения одних и тех же материалов, идущих на изготовление различных оригинальных деталей, и определяется отношением общего количества наименований оригинальных деталей (Д_ор) к количеству примененных типоразмеров материалов (М_прим)^:

К_м = Д_ор/М_прим.

Чем он выше, тем меньше разнообразие применяемых материалов и проще система материально-технического снабжения.

Общее состояние работ по стандартизации и унификации при раз­работке новой конструкции оценивается коэффициентом общей унифи­кации (К_о.у):

К_о.у = (Д_ос + Д_з + Д_пок + Д_ст)/Д,

где Д_з — количество наименований заимствованных деталей; Д_пок — об­щее количество покупных деталей.

Более точно этот показатель определяется отношением суммарной трудоемкости унифицированных, заимствованных и стандартизован­ных деталей к общей трудоемкости всех деталей, входящих в машину:

где T_{ст i}, T_{з i}, T_{пок i}, T_{ос i}, T_i — трудоемкость соответствующих деталей; к_{ст i}, к_з, к_пок, к_ос, к_д — количество наименований соответствующих деталей.

Для оценки работ по конструктивной стандартизации в масштабе предприятия при выпуске изделий нескольких наименований можно пользоваться средневзвешенным коэффициентом унификации.

Чем выше указанные коэффициенты, тем выше уровень стандарти­зации, ниже затраты на техническую подготовку производства и изго­товление изделий.

Эффективность конструктивной стандартизации заключается в повы­шении эксплуатационных и технологических качеств машин и эконо­мии средств, затрачиваемых на техническую подготовку производства и непосредственно в процессе их изготовления.

Улучшение эксплуатационных качеств машин при проведении кон­структорской стандартизации достигается различными путями.

1. Повышение долговечности машины. Это обеспечивается более высоким качеством и стойкостью стандартизованных деталей, узлов и агрегатов по сравнению с оригинальными, поскольку их конструкция тщательнее отработана, освоена в производстве, испытана и доведена до высоких эксплуатационных характеристик.

2. Расширение эксплуатационных характеристик машины. Этого до­биваются перекомпоновкой конструкции и переналадкой ее обратимых узлов в соответствии с условиями данного производства, а также мо­дернизацией в эксплуатации путем оснащения дополнительным смен­ным стандартным оборудованием и приспособлениями.

3. Снижение производственной и эксплуатационной металлоемкости машины. При производстве стандартизованных деталей можно приме­нять более экономные методы первичного формоизменения (штамповку, чеканку, точное литье и др.), эффективнее использовать методы упроч­нения, что намного снижает массу заготовок и готовых деталей.

4. Уменьшение расходов на содержание машины в эксплуатации. Этого добиваются за счет экономии горючих, смазочных материалов, а также затрат на ремонт. Кроме того, достигается экономия на амор­тизационных отчислениях, так как стоимость машины со стандартизо­ванными деталями и узлами значительно ниже.

Все это обеспечивает значительное снижение себестоимости продук­ции, производимой машиной, и тем самым повышает эффективность ее эксплуатации. Подсчитано, что затраты на эксплуатацию стандартных изделий сокращаются на 30-40 %.

Уменьшение затрат на техническую подготовку производства при осуществлении конструктивной стандартизации достигается за счет эко­номии средств на разработку конструкторских и технологических доку­ментов, проекта и на изготовление специальной оснастки и инструмента, а также на доводку конструкции в производстве и эксплуатации. На­пример, заимствование одной специальной детали средней сложности дает экономию на технической подготовке 500 чел.-ч.