Унификация, типизация и агрегатирование машин

Унификация — это приведение объектов одинакового функцио­нального назначения к единообразию (например, к оптимальной конструкции) по установленному признаку и рациональное сокра­щение числа этих объектов на основе данных об их эффективной применяемости. Таким образом, при унификации устанавливают минимально необходимое, но достаточное число типов, видов, ти­поразмеров, изделий, сборочных единиц и деталей, обладающих высокими показателями качества и полной взаимозаменяемостью.

Унификация помогает выделить отдельные образцы, прототипы которых в тех или иных размерах и параметрических вариантах при­меняются во многих изделиях. Выделение этих представителей и всех их прототипов, расположение их в ряд по возрастающей или убыва­ющей величине основного параметра, упорядочение этого ряда в соответствии с рядами предпочтительных чисел позволяет создавать типы объектов и типоразмеров. Кроме того, появление благодаря унификации достаточно большого спроса на отдельные детали и узлы, приводящего к укрупнению партий, дает возможность даже на заво­дах с единичным типом производства ограничивать поточное изго­товление, создавать специализированные линии, участки, цеха. В настоящее время перед унификацией стоят следующие задачи:

• уменьшение многообразия имеющихся видов, типов и типо­размеров изделий одинакового функционального назначения путем изменения в необходимых случаях конструкций или конст­руктивных элементов, основных и второстепенных размеров и т.д.;

• изменение конструкций и исполнительных размеров, марок материала, технической и термохимической обработки, точности изготовления аналогичных деталей, применяемых на разных заво­дах с целью внедрения автоматических линий, допускающих эко­номически выгодную переналадку при данных размерах серийно­го выпуска деталей;

• создание комплексов взаимозаменяемых агрегатов, узлов и деталей, предназначенных для сборки значительно большей но­менклатуры машин, механизмов, аппаратов или приборов (по сравнению с существующими неунифицированными аналогичны­ми изделиями) путем добавления некоторого количества специ­альных (оригинальных) узлов и деталей;

• пересмотр видов, типов и типоразмеров, изготовляемых или приобретаемых для комплектации изделий для замены морально устаревших или недостаточно качественных более современны­ми, надежными и долговечными изделиями.

В процессе развития унификации все более четко определяют­ся два основных ее направления: ограничительное и компоновоч­ное. Ограничительное направление характеризуется проведением анализа номенклатуры выпускаемых изделий и ограничение ее до минимально необходимой номенклатуры типоразмеров изделий и их элементов. Компоновочное направление характеризуется про­ведением анализа потребности и выявлением номенклатуры из­делий, необходимых народному хозяйству. Результатом этого ана­лиза является создание новых рядов машин и их промежуточных типоразмеров на основе компоновки из определенного набора унифицированных узлов, агрегатов или блоков, но в пределах стан­дартных действующих или создаваемых типоразмерных рядов.

По содержанию унификация подразделяется на:

• внутриразмерную, когда унификация охватывает все разно­видности (модификации) определенной машины как в отноше­нии ее базовой модели, так и в отношении модификаций этой модели;

• межразмерную, когда унифицируют не только модификации одной базовой модели, но и базовые модели машин разных раз­меров данного параметрического ряда;

• межтиповую, когда унификация распространяется на маши­ны разных типов, входящих в различные параметрические ряды.

Унификация может проводиться на заводском, отраслевом и межотраслевом уровнях.

Заводская (в рамках завода), отраслевая и межотраслевая (для ряда заводов отрасли или отраслей) унификация в машинострое­нии и приборостроении может охватывать номенклатуру изделий, сборочных единиц и деталей, которые производят и применяют в различных отраслях народного хозяйства.

Из рис. 8.4 видно, что наряду с классификацией, базой унификации является стандартизация с ее системой предпочтительных чисел, которая позволяет установить оптимальные значения размеров и параметров стандартизованных объектов, а также разработать комплекс государственных стандартов на основные нормы, обеспечивающие взаимозаменяемость унифицированных де­талей и узлов.

Рис. 8.4. Последовательность работ по унификации в машиностроении и приборостроении

Эффективность работ по унификации характеризуется уровнем унификации.

Под уровнем унификации и стандартизации изделий понимают насыщенность их соответственно унифицированными и стан­дартными составными частями (деталями, узлами, механизмами), и наиболее часто для их расчета используются коэффициенты применяемости и повторяемости.

Коэффициент применяемости К_прпоказывает уровень применяемости составных частей, т.е. уровень использования во вновь разрабатываемых конструкциях деталей, узлов, механизмов, применявшихся ранее в предшествовавших аналогичных конструкциях. Рассчитывают по количеству типоразмеров, по составным частям изделия или в стоимостном выражении.

Коэффициент применяемости в различных отраслях промышленности в основном определяют с помощью дифференцированных показателей, характеризующих уровень (степень) унификации изделий (в %):

1. Показатель уровня стандартизации и унификации по числу типоразмеров определяют по формуле:

, (8.1)

где n — общее число типоразмеров; n₀ — число оригинальных типоразмеров, которые разработаны впервые для данного изделия. Типоразмером называют такой предмет производства (деталь, узел, машину, прибор), который имеет определенную конструкцию (присущую только данному предмету), конкретные параметры и размеры и записывается отдельной позицией в графу специфика­ции изделия.

2. Показатель уровня стандартизации и унификации по состав­ным частям изделия определяют по формуле:

(8.2)

где N — общее число составных частей изделия; N₀ — число оригинальных составных частей изделия.

3. Показатель уровня стандартизации и унификации по стоимостному выражению определяют по формуле:

(8.3)

где С — стоимость общего числа составных частей изделия; С₀ — стоимость числа оригинальных составных частей изделия.

Любая из приведенных формул характеризует уровень унификации только с одной стороны. Более полную характеристику уровня унификации изделия может дать комплексный показатель — коэффициент применяемости, который можно представить в виде:

(8.4)

где С_у —средняя стоимость веса материала унифицированных деталей; С_т — средняя стоимость веса материала изделия в целом; h — средняя стоимость нормо-ч; А_у.в — вес всех унифицированных деталей в изделии; А_у.т — суммарная трудоемкость изготовления унифицированных деталей; А_д.в — общий вес изделия; А_д.т — полная трудоемкость изготовления изделия.

Коэффициент повторяемости составных частей в общем числе составных частей данного изделия К_п(%) характеризует уровень унификации и взаимозаменяемость составных частей изделий оп­ределенного типа:

, (8.5)

где N— общее число составных частей изделий, n — общее число оригинальных типоразмеров.

Среднюю повторяемость составных частей в изделии характе­ризует коэффициент повторяемости:

. (8.6)

Пример 8.1.Определить уровень стандартизации и унифика­ции продольнообрабатывающего станка по коэффициенту применяемости (по числу типоразмеров, по составным частям изделия и в стоимостном выражении), а также уровень унификации и взаимозаменяемости по коэффициенту повторяемости составных ча­стей и среднюю повторяемость составных частей данного изделия. Общее число типоразмеров n = 1657, число оригинальных типоразмеров n₀= 203, общее число деталей N= 5402, оригинальных N₀ = 620, стоимость всех деталей С =85000 руб., оригинальных — С₀ = 2 200 руб.

Решение. По формулам (8.1)—(8.3) определяем:

К_пр.т = [(1657 - 203)/1657] 100 = 87,7%;

К_пр.ч = [(5402 - 620) / 5402] 100 = 88,5%;

К_пр.с = [(85 000 - 27 200) / 85 000] 100 = 68%.

Коэффициент повторяемости рассчитываем по формулам (8.5) и (8.6):

К_п = [(5402 - 1657) / (5402 - 1)] 100 = 69,3%;

К_сп = 5402 / 1657 = 3,2.

Ограничительное направление унификации в мировой практике получило название симплификации.

Симплификация — форма стандартизации, цель которой уменьшить число типов или других разновидностей изделий до числа, достаточного для удовлетворения существующих в данное время потребностей. 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 установлению типовых представителей, обладающих наиболь­шим числом признаков, характерных для деталей, сборочных единиц и изделий данной классификационной группы.

Агрегатирование — принцип создания машин, оборудования, приборов и других изделий из унифицированных стандартных агрегатов (автономных сборочных единиц), устанавливаемых в изделии в различном числе и комбинациях. Эти агрегаты должны обладать полной взаимозаменяемостью по всем эксплуатационным показателям и присоединительным размерам. Выделение агрегатов выполняют на основе кинематического анализа машин и их составных частей с учетом применения их в других машинах. При этом стремятся, чтобы из минимального числа типоразмеров автономных агрегатов можно было создать максимальное число компоновок оборудования.

Важным преимуществом созданных на основе агрегатирования машин (технологического оборудования) является их конструктивная обратимость. Кроме того, агрегатирование дает возможность применять стандартные агрегаты и узлы в новых компоновках при изменении конструкций объектов производства.

Если унификация приводит к уменьшению числа типоразмеров унифицированных объектов, то агрегатирование дает возможность увеличивать число объектов специализированного назначения.

Агрегатирование расширяет и обеспечивает:

• область применения некоторых универсальных машин и обо­рудования путем создания условий для быстрой замены их рабо­чих органов (в этом случае универсальные машины приобретают свойства специализированных, обеспечивая высокую производи­тельность труда и необходимое качество работы);

• номенклатуру выпускаемых машин и оборудования путем модификации их основных Типов и создания различных исполнений, лучше отвечающих требованиям эксплуатации, чем машины и оборудование основных типов (базовых моделей) универсаль­ного назначения;

• комплектование (сборку) некоторых машин, механизмов, аппаратов, устройств и другого оборудования разного функцио­нального назначения из унифицированных взаимозаменяемых аг­регатов, узлов и деталей;

• номенклатуру продукции приборостроения благодаря при­менению блочного (агрегатного) способа их конструирования;

• дает возможность создавать приспособления и другую сложную технологическую механизированную и автоматизированную оснаст­ку на основе использования общих агрегатов и узлов и способствует организации высокопроизводительного ремонта машин и других изделий путем использования взаимозаменяемых агрегатов и узлов.

Внедрение принципов агрегатирования возможно во всех от­раслях машиностроения и приборостроения. В настоящее время метод агрегатирования находит широкое применение при созда­нии технологического оборудования и средств механизации са­мого различного назначения: металлорежущих и деревообрабаты­вающих станков, кузнечно-прессового и сварочного оборудова­ния, литейных машин, подъемно-транспортного оборудования, всех видов технологической оснастки.