5.3.1.Методы стандартизации

Не секрет, что до недавнего прошлого преобладало индивидуальное проектирование, т.е. при конструировании новых объектов полностью и заново разрабатывали все механизмы, узлы и детали, даже такие распространенные, как болты, гайки и т.п. При этом не учитывался опыт проектирования и эксплуатации изделий аналогичного назначения. Такой подход к проектированию требовал больших затрат времени и высокой квалификации проектировщиков. Кроме того, высокий процент оригинальных деталей и узлов во вновь создаваемых изделиях вызывал увеличение сроков и стоимости изготовления и ремонта.

Вместе с тем различные машины, приборы и оборудование содержат большое число деталей, сборочных единиц, механизмов, имеющих одинаковое назначение. Например, подшипники всегда применяют для осуществления вращательного движения, зубчатые передачи служат для преобразования угловых скоростей и крутящих моментов в приводах машин и, независимо от вида машин, имеют много общего в своих конструкциях.

Подобное обстоятельство позволяет создавать типовые детали, узлы и механизмы, которые без каких-либо переделок можно применять в разнообразных конечных изделиях. Такие типовые изделия широкого применения обычно изготовляются на специализированных предприятиях, что значительно ускоряет и упрощает проектирование и изготовление новых объектов.

Рассмотрим два метода стандартизации: агрегатирование и унификация, которые касаются непосредственно проектированию.

Агрегатирование (в переводе с лат. – присоединение) – метод создания новых машин, приборов, оборудования путем компоновки стандартных и унифицированных деталей, сборочных единиц и механизмов, имеющих одинаковые геометрические размеры и назначение.

Рассмотрим сущность агрегатирования на следующем примере. Любой механизм для подъема грузов (например, грузоподъемная лебедка) состоит из электродвигателя, тормоза, зубчатой передачи и барабана, на котором закреплен трос, сообщающий грузу заданные перемещения. Эти узлы соединены между собой муфтами и смонтированы на сварных рамах или литых плитах. Такая конструктивная общность позволила стандартизировать и унифицировать основные узлы лебедок (муфты, тормоза, барабаны, подшипники и т.д.), оформить зубчатые передачи в виде зубчатых механизмов – редукторов и организовать серийное производство этих изделий. Благодаря этому проектирование лебедок в общих чертах сводится к выполнению необходимых расчетов, подбору по найденным параметрам стандартных узлов и механизмов, разработке общего вида и конструированию рамы или плиты. Таким образом, при изготовлении лебедок основное время затрачивают на изготовление рамы (плиты) и на монтаж готовых узлов и механизмов.

Унификация – метод стандартизации, заключающийся в рациональном сокращении числа типов, видов и размеров объектов одинакового назначения.

Унификацию проводят на основе изучения и анализа конструктивных вариантов и особенностей работы изделий аналогичного назначения (муфт, вариаторов, подшипников). Путем сопоставления различных вариантов создают один или несколько типов одноименных изделий и устанавливают ряд размеров, который полностью удовлетворяет запросы промышленности. Например, большинство деталей и сборочных единиц охладителя клинкера серии "Волга" (колосники, подколосниковые балки, приводы колосниковой решетки, конвейеры уборки просыпи и т.п.) унифицированы по всем или нескольким типоразмерам. Это позволило значительно снизить затраты на их изготовление и эксплуатацию, а также упростить обеспечение запасными частями.

Существуют следующие виды унификации машин: конструктивных элементов деталей, оригинальных деталей и узлов, марок и сортамента материалов, крепежных деталей, подшипников, электродов и т.д.

В первом случае унификации подвергают посадочные сопряжения, - резьбовые соединения, шпоночные и шлицевые соединения, зубчатые зацепления, фаски и галтели по типам, размерам и точности их изготовления. Этот вид унификации позволяет сократить номенклатуру обрабатывающего, мерительного и монтажного инструмента.

Унификация оригинальных узлов и деталей может быть внутренней (в пределах данного изделия) и внешней, когда детали заимствуются с иных машин данного или смежного заводов. При этом наибольший эффект дает заимствование деталей серийного производства (в их готовом виде).

Унификация марок, сортаментов материалов и комплектующих изделий, в том числе стандартных, облегчает решение вопросов снабжения заводов-изготовителей, ремонтных предприятий и эксплуатирующих организаций этими материалами, стандартными номенклатурными изделиями.

Унификация машин представляет собой эффективный и экономичный способ создания на базе исходной модели ряда ее производных одинакового назначения, но с различными показателями (мощности, производительности, емкости), или машин различного назначения, выполняющих качественно другие операции, или выпуск иной продукции.

Для выбора направлений работ по унификации и при оценке ее состояния целесообразно установить основные принципы, признаки и показатели унификации.

Главный принцип унификации заключается в проектировании и изготовлении систем машин и их составных частей, позволяющих комплектовать любую, вновь создаваемую машину ,из уже существующих составных частей – модулей, с добавлением незначительного числа оригинальных изделий, сборочных единиц или деталей. Эффект от унификации может быть значительно увеличен путем сбалансированного производства всех типоразмерных рядов сборочных единиц независимо от их ведомственной принадлежности на основе глубокой специализации и концентрации производства.

При выборе направлений работ и оценке состояния унификации машин целесообразно использовать три признака, сочетание которых характеризует соответствующий тип унификации.

Признак, характеризующий техническую сложность машины рассматривается на четырех уровнях: 1-й уровень – базовая машина (мельница, смеситель, трактор, база самоходного стрелового крана), 2-й уровень – агрегат (совокупность элементов машины: двигатель, редуктор, муфта сцепления), 3-й уровень – сборочная единица (ротор, вал в сборе, гидроцилиндр), 4-й уровень – деталь.

Видовой признак: внутривидовая и межвидовая унификация. Первая характеризует состояние унификации в пределах одного вида машин (кранов стреловых, дробилок, смесителей), вторая – состояние унификации машин разных видов (например, унификация силовых установок, рулевых устройств на машины разных видов).

Следует иметь в виду, что внутривидовая унификация машин ограничена, так как типоразмерному ряду каждого вида машин будет соответствовать типоразмерный ряд его частей (например, размеры гидроцилиндров в тракторных погрузчиках соответствуют их грузоподъемности).

Межвидовая унификация благодаря мобильности позволяет упорядочить отраслевые ряды основных частей машин, сократить число их типоразмеров, повысить серийность выпуска основных частей машин, что создает возможности для специализации их производства. В силу этого межвидовая унификация имеет большие потенциальные возможности.

Отраслевой признак: внутриотраслевая и межотраслевая унификация.

Первая охватывает унифицированные части машин, производимых данной отраслью (министерством), вторая характеризует степень заимствования деталей сборочных единиц, базовых машин, производимых другими отраслями.

Уровень внутриотраслевой унификации, ее техническое содержание оказывают наиболее существенное влияние на организацию исследований и разработок, производственную базу отрасли и зависят от уровня развития предприятий и организаций отрасли. Этим и определяется важность внутриотраслевой унификации. В настоящее время наиболее важным направлением унификации в ПСМ является развитие межвидовой внутриотраслевой унификации машин отраслевого производства.

Важными показателями, оценивающими уровень, качество и надежность машин и оборудования, является уровень стандартизации и унификации.

При широкой специализации и кооперировании производства в изготовлении каждою сложного изделия участвуют инженеры и рабочие десятков и даже сотен заводов самых различных отраслей промышленности, нередко удаленных друг от друга на значительные расстояния. Очевидно, что становление единых правил и требований на проектирование, изготовление и эксплуатацию изделия является важной необходимостью. Первостепенное значение в решении этого вопроса имеет стандартизация.

Глубокая специализация в машиностроении наступает лишь при широкой унификации продукции и централизации ее производства. Этот принцип позволяет из относительно небольшого числа хорошо конструктивно и технологически обработанных унифицированных модулей, выпускаемых централизованно по прогрессивной технологии, создавать широкую гамму необходимых для отрасли машин, сокращать в 3...4 раза сроки проектирования и технологической подготовки серийного производства новой техники, а также значительно повышать надежность и качество выпускаемой машины. Для выполнения этой задачи в отрасли должны быть максимально задействованы все имеющиеся научно-исследовательские, конструкторские, технологические силы и производственные мощности, коренным образом перестроено мышление людей.

Унификация конечной продукции характеризуется несколькими показателями:

1. Степень унификации (коэффициент унификации)

, (5.22)

где Z_ун – количество унифицированных деталей;

Z - количество деталей в изделии;

или

, (5.23)

где Sm_ун – масса унифицированных деталей, кг;

m – общая масса изделия, кг;

или

, (5.24)

где SС_ун – стоимость унифицированных деталей, руб.;

С – стоимость изделия, руб.

Недостатком показателя h_ун по формуле (5.23) является то, что он не учитывает удельное значение унифицированных деталей в конструкции машины. Наиболее точным является расчёт h_ун по формуле (5.24).

2. Степень внутренней унификации оценивается коэффициентом повторяемости

, (5.25)

где N_н – число наименований деталей изделия;

N – общее число деталей в изделии.

Этот коэффициент легко определить на основании сводной спецификации. Он суммарно характеризует совершенство конструкции со стороны сокращения номенклатуры деталей. В хороших конструкциях h_ун.п = 40...60%.

Для дифференцируемой оценки степени унификации применяют следующие показатели:

3. Степень унификации оригинальных деталей

, (5.26)

где N_ун.орг – число унифицированных оригинальных деталей;

N_орг – общее число оригинальных деталей в изделии.

4. Степень унификации элементов конструкции

, (5.27)

где N_тр – число принятых типоразмеров данных элементов;

N_эл – общее число данных элементов в изделии.

Например, степень унификации резьб

, (5.28)

где N_{тр.резьб} – число типоразмеров резьб;

N_резьб – общее число резьбовых соединений в изделии.