Стандартизация и унификация в конструкторской подготовке производства

Одним из эффективных направлений, позволяющих повысить качество проектируемых изделий, уменьшить трудоемкость, сократить время конструкторской подготовки, является применение конструкторских решений, базирующихся на принципах унификации и стандартизации. При использовании в проектировании 70-80% унифицированных и стандартных элементов конструкции цикл создания и освоения новых машин сокращается на 15-20%.

Конструктивная унификация – это сокращение необоснованного многообразия конструкторских решений. Унификация устраняет излишнее разнообразие типов конструкций самих изделий, форм и размеров деталей и заготовок, профилей и марок материалов и создает условия для специализированного производства повторяющихся изделий и их элементов.

Унификация является базой агрегатирования, т.е. создания изделий путем их компановки из ограниченного числа унифицированных элементов, а также конструкционной преемственности, которая означает применение в конструкции нового изделия уже освоенных в производстве сборочных единиц и деталей. Унификация дополняет стандартизацию, это своего рода конструкторская стандартизация.

Стандартизация – это установление необходимого минимума типов и параметров машин, механизмов, приборов, средств автоматизации, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий с учетом развития отрасли.

Стандарт – это устойчивый образец, он закрепляет достижения в области технического прогресса и новой техники, которые разработаны, проверены и могут быть применены в широком масштабе в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве. Он является строго обязательным. При проектировании новых машин в первую очередь должны быть применены изделия и нормы из государственных стандартов.

Государственная система стандартизации, установив основные положения в этой области, предусматривает следующие категории стандартов: государственные стандарты (ГОСТ), отраслевые стандарты (ОСТ) и стандарты предприятий (СТП).

ГОСТ – одна из основных категорий стандартов, установленных государственной системой стандартизации.

ОСТы устанавливаются на продукцию, не относящуюся к объектам государственной стандартизации, например на технологическую оснастку, инструмент, специфические для данной отрасли технологические процессы, а также на нормы, правила, требования, термины и обозначения, регламентация которых необходима для обеспечения взаимосвязи в производственно-технической деятельности предприятий и организаций отрасли. ОСТы обязательны для всех предприятий и организаций данной отрасли.

Стандарты предприятий устанавливаются на продукцию одного или нескольких предприятий (заводов).

Основной задачей заводской стандартизации является создание максимального числа сходных, геометрически подобных либо аналогичных элементов в изделиях не только одного, но и различного назначения.

Заводская стандартизация значительно упрощает, удешевляет и ускоряет техническую подготовку.

Важнейшей задачей стандартизации является отбор всего лучшего из того, что имеется, узаконение его и внедрение в промышленность с целью повышения технического уровня и качества продукции при одновременном снижении затрат на производство и эксплуатацию изделия. Стандартизация базируется на результатах научных исследований и обобщении практического опыта. В настоящее время большое количество стандартов предприятия и отрасли создается в рамках комплексных систем управления качеством продукции, в том числе стандарты по прогнозированию технического уровня производства и качества продукции, по организации разработки и постановки новой продукции на производство и многие другие.

В процессе проектирования конструктор обязан широко использовать все стандарты, относящиеся к проектируемому объекту. Особенно эффективно применение стандартных деталей, узлов и агрегатов, изготовляемых в централизованном порядке на специализированных заводах. К числу основных методов конструктивной стандартизации относятся: внедрение конструктивных стандартов (нормалей), создание параметрических рядов (гамм) машин, агрегатирование, обеспечение конструктивной преемственности.

Внедрение конструктивных стандартов на заводах проводится по двум направлениям: 1) разработка и внедрение стандартов; 2) нормализационный контроль (нормоконтроль чертежей и других конструкторских документов).

Разработка стандартов основывается на систематизации и обобщении передового конструкторского опыта, отраженного в государственных, отраслевых и заводских стандартах, в сводных таблицах применяемости отдельных марок металлов, подшипников, крепежных деталей, конструктивных элементов (модели зубчатых колес, допуски и посадки, резьбы и др.), в результатах лабораторных и эксплуатационных испытаний узлов, деталей; в данных нормализационного контроля.

Введение нормоконтроля имеет большое воспитательное и организующее значение. Нормоконтроль стимулирует у конструкторов уважение к стандартам и унификации. Еще одна задача нормоконтроля – проверка правильности выполнения конструкторских документов в соответствии с требованиями ЕСКД.

Кроме того, нормоконтролеры ведут учет ошибок в документации, консультируют разработчиков по вопросам ее оформления, систематизируют поступающие нормативные документы.

Создание параметрических рядов (гамм) – один из наиболее эффективных методов конструирования изделий. Под параметрическим рядом подразумевается совокупность изготовляемых на данном заводе или в данной отрасли машин, приборов или иного оборудования одного эксплуатационного назначения, аналогичных по кинематике или по рабочему процессу, но различных по габаритам, мощностным или эксплуатационным параметрам.

Каждый параметрический ряд имеет свое основание (базовая модель) и полученные от этого основания производные. Конструирование начинается с выбора основания.

Параметрические ряды формируют в каждой отрасли перспективный типаж изделий, что экономически благоприятно ограничивает их возможную номенклатуру.

Благодаря унификации в пределах параметрического ряда удается на основе принципов агрегатирования создать необходимое количество изделий за счет небольшого числа типоразмеров сборочных единиц.

Выбор оптимального параметрического ряда определяется исследованием потерь (возникающих, например, от завышения массы сборочной единицы при установке ее на изделие, требующей меньшей прочности) и выгод от снижения себестоимости с увеличением объема выпуска в связи с унификацией.

Агрегатирование – это форма унификации, состоящая в том, что создаются ряды унифицированных узлов и агрегатов, используемые для создания разнообразных изделий. Агрегатирование позволяет создавать сборно-разборное оборудование, состоящее из взаимозаменяемых нормализованных элементов, при необходимости оно может быть разобрано, а входящие в него агрегаты использованы в новых сочетаниях для создания другого оборудования. При этом в десятки раз сокращается число типов и размеров основных элементов конструкции оборудования.

Обеспечение конструктивной преемственности – другой (после агрегатирования) метод конструктивной стандартизации и унификации, под которой подразумевается применение в конструкции нового изделия, узлов и деталей ранее освоенных изделий, хорошо зарекомендовавших себя в работе, чье применение не отразится на качестве новых конструкций.

Степень стандартизации и унификации может быть охарактеризована следующими основными показателями.

Коэффициент преемственности К_пр определяется как отношение количества заимствованных типоразмеров составных частей в изделии (без оригинальных) к общему количеству типоразмеров составных частей в изделии П (в %):

,

где П₀ – количество оригинальных типоразмеров составных частей в изделии, разработанных впервые для данного изделия.

Количественная оценка не всегда в полной мере характеризует эффективность унификации. При высоком уровне унификации неунифицированные, оригинальные детали, составляя меньшую долю по количеству, могут быть весьма трудоемки в проектировании и изготовлении. Поэтому желательно оценить уровень унификации не только количественно, но и с качественной стороны – по массе, трудоемкости и стоимости.

Коэффициент унификации по массе можно рассчитать:

К _у.м =

где Q_у – масса унифицированных деталей; Q_об – масса всех деталей (всего изделия).

Коэффициент унификации по себестоимости исчисляется следующим образом:

К _у.с = или К _у.с =

где C_у и C_об – себестоимость единицы массы унифицированных деталей и всего изделия, соответственно; S_у и S_об – средняя стоимость одного нормо-часа унифицированных деталей и всего изделия соответственно.

Приведенные выше показатели унификации по массе, трудоемкости и стоимости можно представить в виде комплексного показателя:

К _у.к = .

Этот показатель характеризует отношение части производственных затрат на изготовление унифицированных деталей к производственным затратам на изготовление всего изделия в целом.

Коэффициент повторяемости К_n – отношение повторяющихся составных частей изделия (насыщенность изделия повторяющимися составными частями) в процентах, т.е. уровень внутрипроектной унификации изделия и взаимозаменяемость составных частей внутри изделия:

К_n =

где N – общее количество составных частей в изделии.

Коэффициент межпроектной (взаимной) унификации определяется по формуле:

К _м._у = х100,

где m – общее количество рассматриваемых проектов (изделий); n_i – количество типоразмеров составных частей в i- м проекте; n_max – максимальное количество типоразмеров составных частей одного проекта (изделия); К – общее количество типоразмеров в группе из n проектов.

Экономия (руб./шт.), которая может быть получена в производстве при переходе к унифицированным конструкциям, определяется в первую очередь сравнением затрат на материалы, заработную плату производственных рабочих и расходов, связанных с работой оборудования.

1. Экономия затрат на материалы вычисляется по формуле:

Э_м = - ,

где G_р – расход материала на одну деталь, кг; Ц_м – цена материала, р/кг; m_ун – число типоразмеров унифицированных деталей; «и» и «ун» - индексы, относящиеся к оригинальным и унифицированным конструкциям.

2. Экономия затрат по заработной плате рассчитывается по формуле:

Э_l = ,

где t_шт – норма штучного времени на деталь; l_ч – часовая заработная плата рабочего (включая дополнительную заработную плату и начисления).

3. Экономия затрат связанных с работой оборудования рассчитывается по формуле:

Э_о = ,

где S_мч – себестоимость машино-часа работы оборудования.

4. Общая экономия затрат (руб/год) рассчитывается по формуле:

Э_г =

где N_r – годовой объем выпуска.

Эффективность унификации в самом общем виде может быть выражена через коэффициент эффективности унификации, равный отношению полученного эффекта (экономии) от унификации (Э_у) к затратам, его вызвавшим (S_у):

К _э.у. = .

Научно-техническое и организационно-методическое руководство работами по стандартизации на предприятиях осуществляет конструкторско-технологическое бюро стандартизации. Основные задачи его следующие: а) организация разработки и внедрения стандартов и других документов по стандартизации на производимую продукцию; б) обеспечение соответствия показателей и норм, устанавливаемых в стандартах и других документах по стандартизации, требованиям научно-технического прогресса и действующего законодательства; в) осуществление нормоконтроля технической документации, разрабатываемой предприятием.

В организации работ по унификации и стандартизации есть пока ряд недостатков. Слабо развито специализированное производство унифицированных и стандартных сборочных единиц и деталей, объемы выпуска которых в данной связи занижены, что препятствует автоматизации их производства. В итоге многие виды техники имеют явно завышенную себестоимость и оптовую цену. Медленно происходит обновление стандартов и технических условий. Невысок удельный вес так называемых опережающих стандартов, позволяющих конструкторам учитывать при проектировании перспективные требования к изделиям ближайшего будущего.