книги из ГПНТБ / Барташев Л.В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин

единицы и детали также сильно разнились между собой и по форме, и по размерам.

Это конструктивное многообразие вынуждало вести работу на универсальном, малопроизводительном оборудовании, применяя малоэффективную технологию, обусловленную мелкосерийным характером производства.

Проблему унификации завод решил, создав параметрический ряд на базе принципиально новой конструкции шахтной лебедки типа ЛВД, заменившей 7 ранее выпускавшихся моделей; эта ле­ бедка отличается более высокими технико-экономическими пока­ зателями, в ряде случаев превосходящими лучшие зарубежные машины («Ходмен», «Меко» и др.).

Рис. 8. Общий вид шахтной лебедки типа ЛВД:

1 — рама; 2 — планетарный редуктор; 3 — барабан; 4 — электродвигатель

Было создано два основных типа таких лебедок — ЛВД-1 и ЛВД-2, каждый из которых имеет по 4 модели (первый—с тяго­ вым усилием от 900 до 630 кгс и второй— от 1800 до 1250 кгс), получение которых достигается применением в каждом типораз­ мере двух типов двигателей с одинаковыми присоединительными размерами и изменением передаточного отношения путем замены одной пары шестерен в редукторе. Не прибегая к изменению кон­ струкции лебедок, на них можно устанавливать как электрический, так и пневматический двигатель (рис. 8).

Увеличение числа стандартных и унифицированных деталей во всех модификациях обоих типов лебедок, а также значительное число одинаковых в них оригинальных деталей привело к тому, что внутри каждого типоразмера процент унификации достиг 98,5. Была достигнута также почти полная унификация отдельных кон­ структивных элементов (резьб, модулей зубьев шестерен, пазов, диаметров отверстий и пр.), сокращение номенклатуры проката и марок стального и чугунного литья, а также общее уменьшение расхода всех материалов Сроки проектирования лебедок сокра­ тились на 65—70%.

70

Проведенная унификация позволила вместо индивидуальных технологических процессов перейти на 5 типовых и 102 групповых процесса для изготовления базовых корпусных деталей с широким использованием технологической оснастки, обладающей также большим числом стандартизованных и унифицированных деталей; процент унификации составил 97. Сроки проектирования оснастки сократились в среднем на 75%.

Однако унификация отнюдь не всегда бывает экономически целесообразной, что легко себе представить, если учесть, что основ­ ным ее достоинством является возможность укрупнения партионности и связанный с этим переход па более прогрессивную техно­ логию и организацию производства. Если же масштабы выпуска по каждому типоразмеру машин (например, электродвигателей мощностью до 100 кет) настолько велики, что сами по себе предо­ пределяют н возможность, и необходимость эффективного исполь­ зования высокопроизводительной техники, то унификация никаких выгод не принесет. Больше .того, при объединении ряда машин разных типоразмеров в единую гамму почти всегда становится неизбежным утяжеление конструкций малых размеров, что свя­ зано с перерасходом материалов'. В отдельных случаях это может привести к убыткам.

Практика показывает, что если размер выпуска после унифи­ кации не достиг того предела, за которым возникает необходимость дублирования оснастки, специального оборудования и пр., то со­ здание конструктивного ряда принесет экономию— в противном случае может быть получен и обратный результат (особенно, когда в себестоимости изделия велик удельный вес затрат на материалы).

Может случиться, что переход на унифицированные конструк­ ции не принесет никаких выгод заводу-изготовителю, но в экс­ плуатации такие конструкции окажутся весьма экономичными.

Для отдельных видов оборудования (как, например, для элек­ тромоторов) расход запасных частей невелик, а сам ремонт сводится к устранению мелких повреждений (в обмотках моторов). Ясно, что в этом случае унификация машин и для их потребителей ни­ каких особых выгод не принесет. Что же касается коэффициента использования машин по мощности, то, конечно, при дифферен­ цированных типоразмерах он выше, чем после унификации, а по­ тому может случиться, что потерн электроэнергии повлекут за собой издержки, превышающие экономию на амортизационных расходах (как правило, снижающихся после унификации).

Таким образом, противоречивость отдельных показателей обя­ зывает к тому, чтобы до перехода на унифицированные ряды про­ вести тщательный экономический анализ, взвесить и сопоставить

71

между собой все плюсы и минусы, которые при этом могут иметь место.

Определение размера экономии, которая может быть получена на производстве при переходе от индивидуальных конструкций к унифицированным, включает сопоставительные расчеты по трем статьям: затраты на материал, расходы по заработной плате и расходы, связанные с работой оборудования.

При этом могут быть использованы следующие расчетные фер-

водства. Вся же экономия, характеризующая итоговый результат унификации, получится суммированием величин экономии на рас­

шиеся на нем три типоразмера вентиляторов. При этом расходы по технической подготовке производства уменьшились на 1600 р.

Расходы на основные материалы для одного вентилятора оригинальной кон­

унификации стали 14 р. Расходы, связанные с работой оборудования, составляли 18, 16 и 15 р., после унификации стали 12 р. Годовая программа по каждому типо­ размеру вентиляторов равна 600 шт.

72

Однако эффективность перехода на унифицированные конструк­ ции сказывается не только на затратах по технической подготовке производства и на производственных издержках завода-изгото­ вителя. Унифицированные конструкции обычно обладают более высокими качественными характеристиками и это не может бла­ готворно не отразиться на снижении эксплуатационных расходов у завода-потребителя1 . Кроме того, наличие парка унифицирован­ ных машинных сборочных единиц и механизмов упрощает и уде­ шевляет ремонт машин, способствуя сокращению сроков ремонта.

Все это в целом позволяет установить хотя бы в укрупненных цифрах размер того народнохозяйственного эффекта, который может быть получен от тщательно подготовленный и экономически обоснованной унификации 2 .

Для того чтобы активизировать работу конструкторов в отно­ шении максимально возможного и целесообразного увеличения числа унифицированных сборочных единиц и стандартизованных деталей в создаваемых ими конструкциях, необходимо создать для этого соответствующие материальные стимулы.

Из зарубежной практики известно, что ряд фирм (например, краностроительный завод в Руланде, ГДР) выплачивает конструк­ торам за каждый лист, взятый из архива и полезно использован­ ный в новой конструкции, столько же, сколько платят за ориги­ нальную разработку, считая это для себя выгодным — не нужны новые технологические разработки, новая оснастка, освоение и пр.

К сожалению, на многих наших заводах и в конструкторских бюро установлен совершенно иной порядок — конструктор полу­ чает тем больше, чем сложнее и «оригинальнее» запроектирован­ ная им деталь, а за использование чертежей уже освоенных кон­ струкцией он ничего не получает. Отсюда — естественное стрем­ ление «изобретать» и нередко без особой технической и экономи­ ческой целесообразности.

Ряд заводов (в частности, ленинградских) встали уже на путь экономического стимулирования конструкторов в целях повыше­ ния степени унификации выпускаемых ими машин, разработав для этого специальные инструкции и шкалы премирования; эти шкалы построены с учетом конструктивной и технологической сложности используемых деталей. Пример такой шкалы, приме­ няемой на заводе им. Козицкого, представляющей собой дифферен­ цированные по видам работ и группам сложности размеры эко­ номии от внедрения одного наименования детали, дан в табл. .8; в зависимости от суммы экономии премиальное вознаграждение устанавливается по принятым в БРИЗе ставкам оплаты за рацио­ нализаторское предложение.

дМетодика определения экономического эффекта от внедрения машин по­

73

Таблица 8

Экономическая эффективность, получаемая от замены одного наименования оригинальных деталей, освоенных в производстве, унифицированными

Унификация машинных конструкций может, конечно, и не за­ мыкаться рамками одного предприятия, а выходить за его пределы, охватывая несколько заводов, или проводиться в масштабе целой отрасли и даже всего народного хозяйства. Таким путем могут быть унифицированы все детали общемашиностроительного на­ значения (валики, шестерни, пружины, втулки и пр.), а также механизмы, отдельные агрегаты, широко используемые в ряде отраслей (редукторы, муфты, тормоза, пневмо- и гидроаппара­ тура, контрольно-измерительные приборы и т. п.).

Конструктивная унификация в своем последовательном и не­ уклонном развитии принимает все новые, более совершенные и эффективные формы. Высшей ступенью такого развития является широкое использование принципа агрегатирования.

Принцип агрегатирования (блочности) — второй из перечис­ ленных выше — предусматривает возможность создания конструк­ ций из обособленных сборочных единиц и механизмов, монти­ руемых на одной (чаще всего) базовой детали, причем удобство и трудоемкость сборочных и монтажных работ непосредственно зависят от выбранного способа компоновки машины. Чем в боль­ шей степени удается реализовать этот принцип при проектарова-

74

ним машины, тем быстрее пройдет и будет дешевле техническая подготовка производства, тем большее число сборочных операции можно будет вести одновременно разными по своей квалификации

сборочных единиц и агрегатов из одного ряда (межразмерная уни­ фикация), но используют также несколько рядов (межтиповая унификация), поскольку сборочные единицы и агрегаты, образуюющие машину, находят себе применениев конструкциях различного служебного назначения.

Возможность обособленного проектирования отдельных эле­ ментов машин не только позволяет вести его широким фронтом, привлекая для этого высококвалифицированных конструкторов соответствующего профиля, что, конечно, положительно сказы­ вается и на качестве и на сроках работы, но и самую работу орга­ низовать на началах параллельного графика, обеспечив ей необ­ ходимую координацию, увязку и руководство.

Блочность конструкций дает возможность наладить производ­ ство отдельных сборочных единиц и механизмов на обособленных специализированных участках, в специализированных цехах и на специализированных заводах, открывая пути к широкой ме­ ханизации и автоматизации такого производства. Кроме того, сборка агрегатиррванных машин может осуществляться потреби­ телями, которые, приобретя нужные им части и механизмы у спе­ циализированных заводов, сами собирают машины в желаемой компоновке на основе типовой технологии. Так, например, на Горьковском автомобильном заводе за 5 мес. была создана линия из 33 станков с полной автоматизацией вспомогательных опера­ ций с 331 одновременно работающим инструментом. Использова­ ние принципа агрегатирования в этих станках обеспечило очень высокой процент (75—90) унификации деталей.

оборудования заняло в 3—4 раза меньше времени, чем при про­ ектировании специальных станков.

Опыт ряда московских заводов (карбюраторного, «Динамо», тормозного и др.), проделавших аналогичные работы в последние

ваться на другие объекты производства, что обеспечивает эффек­ тивность их использования даже при мелкосерийном выпуске продукции.

. Разработка и регламентация типажа агрегатных элементов, наиболее пригодных в соответствующих комбинациях для созда­ ния нужных каждой отрасли машин, имеет огромное практическое

75

значение. Широкое использование принципа агрегатирования по­ зволяет значительно сократить сроки проектирования и освое­ ния производства новых машин, повышает их качество, увели­ чивает пропускную способность машиностроительных заводов

В ряде отраслей машиностроения (станкостроение, энерге­ тическое, химическое, сварочное и др.) эта работа успешно про­ водится и уже достигнуты большие экономические результаты. Так, в станкостроении разработаны и специализированными за­ водами выпускаются быстросъемные переналаживаемые агрегаты в виде силовых и револьверных головок, сменных и регулируемых насадок, несущих элементов и пр. Их применение при создании высокопроизводительного оборудования обеспечивает высокую точность обрабатываемых деталей, уменьшает потребное число рабочих, позволяет в 8—10 раз сократить цикл и стоимость осна­ щения производства и получить значительную экономию на про­ изводственных издержках как головных заводов, так и заводов, изготовляющих эти агрегаты.

Метод агрегатирования успешно применяется и в химическом машиностроении, в производстве центрифуг и компрессоров, теплообменников, вулканпзационных гидравлических прессов, а также в сложных промышленных комплексах.

На Сумском машиностроительном заводе им. Фрунзе, Там­ бовском механическом, «Уралхиммаше», заводе «Красный Октябрь» в г. Фастове, где были проведены такие работы, уровень унифи­ кации поднялся до 90%. Из 8—12 стандартных элементов (рис. 9) представляется возможным собирать до 700 типоразмеров емкост­ ных аппаратов объемом от 0,2 до 1000 м3 . Объем конструкторских работ при этом сокращается примерно вдвое, уменьшается общее число типоразмеров деталей: по корпусам для теплообменников — с 35 диаметров до 8, по люкам — с 1000 типоразмеров до 33; про­ изводительность труда увеличивается в 1,5 раза.

С большой остротой встал вопрос об агрегатировании свароч­ ного оборудования и перехода на типовые компоновки для сварки продольных и кольцевых швов в связи с пятикратным увеличе­ нием выпуска сварных изделий в течение ближайших 15—20 лет. Перспективы использования автоматической дуговой сварки в су­ достроении, строительстве, транспортном, химическом машино­ строении и в ряде других отраслей значительно расширяются из-за возрастающего применения алюминиевых и титановых сплавов. Это требует большого количества специального и специализи­ рованного оборудования, организация выпуска которого в необ­ ходимых масштабах может быть проведена только при условии широкого использования принципа агрегатирования.

Оказалось целесообразным все свариваемые детали и сборочные единицы классифицировать по общности конструктивно-техноло­ гических признаков, создав четыре их класса:

76

1. Детали и сборочные единицы с прямолинейными швами на плоскостях' и линейчатых поверхностях.

2.Детали с кольцевыми швами на плоскостях и поверхностях вращения.

3.Детали с винтовыми швами, расположенными на цилиндри­

ческих поверхностях вращения с прямолинейной образующей.

цессах сварки строится вся разработка типовых компоновок сва­ рочного оборудования для продольных и кольцевых швов; в этих компоновках обеспечивается тождественность типовых решений как' самих компоновок, так и отдельных элементов и сборочных единиц при их максимальной уификации и стандартизации.

77

Огромную практическую ценность, особенно в условиях мелко­ серийного производства, имеет присущее агрегатированному оборудованию свойство обратимости конструкций, допускающее многократное использование его стандартных элементов в раз­ личных комбинациях и сочетаниях при смене или частичном изме­ нении изготовляемых на нем изделий. Этим свойством обратимости обладают и роторные линии при стандартизации составляющих их элементов, допускающие возможность и одновременной обра­ ботки нескольких разнотипных деталей, и полной или частичной смены их в зависимости от возникающей потребности.

Агрегатирование станков и автоматических линий значительно снижает трудоемкость и цикл производства изготовляемой на них продукции благодаря уменьшению вспомогательного времени и совмещению его с машинным, а также благодаря многостаноч­ ному обслуживанию при полной автоматизации рабочего цикла станков. Само машинное врем-я также сокращается вследствие концентрации операций и применения многошпиндельной и мно­ гоместной обработки.

Агрегатирование позволяет значительно уменьшать потребные капиталовложения, поскольку снижается стоимость агрегатированных станков и уменьшается их число в связи с повышением производительности, сокращаются и эксплуатационные расходы по содержанию и ремонту оборудования, используемого более организованно и рационально.

Однако нужно отметить, что агрегатные конструкции имеют и недостатки — снижение жесткости, увеличение в отдельных случаях веса и др., что заставляет принимать соответствующие технические решения только после тщательного технико-эконо­ мического анализа. Расчетная методика такого анализа раньше уже была изложена.

Высокая эффективность создания машин из унифицированных и стандартных сборочных единиц и агрегатов побудила многие зарубежные фирмы и наши предприятия встать на путь широкого агрегатирования. Особенно ярко проявилась эта тенденция в стан­ костроении, производстве нестандартизованного оборудования (моечного, окрасочного, сушильного и т. п.), технологической оснастки и др. В связи с этим расширяется охват унификацией и стандартизацией элементов агрегатных станков и других машин, проводится расчленение сложных комплексов на отдельные группы, стандартизуются основные параметры базовых поверхностей, присоединительные размеры сборочных единиц и деталей; кроме того, вводятся дополнительные базовые поверхности и присоеди­ нительные отверстия, что расширяет диапазон комбинаций и ком­ поновок из одних и тех же единиц.

На этих основах ведется работа многих наших станкострои­ тельных, краностроительных заводов, заводов строительно-до­ рожных машин и др. Больших успехов в этом направлении доби­ лись станкостроительные фирмы в ГДР, ЧССР, ФРГ и США,

78

которые из стандартных элементов в короткие сроки собирают станки, предназначенные для выполнения разнообразных опера­ ций (сверление, расточка, развертывание, нарезание резьбы и др.) при автоматическом и полуавтоматическом цикле работы. Так, фирма «Браун и Шарп» принимает заказы на любую из 132 модификаций фрезерных станков с обязательством выполнения этих заказов в течение четырех-пяти недель.

Агрегатирование машин вносит коренные изменения не только в методику конструирования и организацию производства, но и радикально меняет принципы разработки технологических про­ цессов и их типизации [75].

Если при эксплуатации универсальных и специальных станков индивидуальных конструкций технология производства ориенти­ ровалась на имеющееся в наличии оборудование и, естественно, была ограничена в своих возможностях, то при использовании агрегатных станков, наоборот, заранее разработанные технологи­ ческие процессы по выбранным оптимальным вариантам пред­ определяют номенклатуру потребного оборудования и соответ­ ствующую компоновку его из стандартных частей и элементов.

Это позволяет обеспечить наиболее рациональные технологи­ ческие решения и получить со станков высококачественные де­ тали по минимальной себестоимости. Такое комплексное решение вопросов технологии производства и конструктивной компоновки требуемого для нее оборудования обновляет всю методику техни­ ческой подготовки и приводит к исключительно эффектиным ре­ шениям1 .

Третий принцип — принцип технологичности конструкций —

является основой для характеристики машины в технико-эконо­ мическом отношении.. Технологичность конструкций определяет такие ее качества, которые обеспечивают возможность изготовле­ ния машины в данных конкретных условиях с наименьшими за­ тратами труда, времени и материалов при использовании наиболее прогрессивных, экономически оправданных методов производства.

Требования к технологичности конструкции меняются в зави­ симости от многих производственных условий, в том числе от масштабов производства, степени цикличности, стадий техноло­ гического передела и пр. Технологичность заготовки еще не обеспе­ чивает технологичности механически обрабатываемой детали, а технологичность деталей еще не свидетельствует о технологич­ ности машины в целом.

' Деталь, технологичная в условиях мелкосерийного производ­ ства, может оказаться совершенно нетехнологичной при ее мас­ совом выпуске. С другой стороны, прогрессивная технология мас­ сового производства, обеспечивающая минимальную себестоимость

79