Унификация объектов по области применения делится на конструкторскую и технологическую. При конструкторской унификации в качестве объекта выступают конструкции изделий и их элементы, а при технологической унификации - технологические процессы, оборудование, оснастка и их элементы.

В конструкторской унификации можно выделить следующие основные направления.

Создание универсальных конструкций на базе передового опыта разработки определенного типа систем; высшей формой универсализации конструкций является их стандартизация.

Создание конструкций изделий из отдельных блоков, которые являясь единым целым, могут применяться в различной комплектации при разработке систем с отличающимися техническими характеристиками.

Соблюдение преемственности технических решений, которая проявляется в заимствовании составных частей изделий из одной конструкции в другую. Преемственность составных частей имеет две разновидности: заимствование их предшествующих разработок, одна из которых может быть базовой; заимствование в рамках разрабатываемой конструкции и из других одновременно создаваемых изделий.

Однако следует иметь в виду следующие отрицательные стороны конструкторской унификации, которые принимают во внимание:

Преемственность новой конструкции с предшествующими разработками может в ряде случаев привести к "фиксации" отдельных технических характеристик, достигнутых на момент создания изделий предшественников.

Выходные параметры отдельных заимствованных составных частей не всегда полностью удовлетворяют разработчика, так как могу и не обеспечивать требуемый уровень отдельных технических характеристик новой конструкции.

3. Применение унифицированных составных частей может привести к повышению массы конструкции, а следовательно, к увеличению ее материалоемкости, что может быть обусловлено введением дополнительных элементов для конструктивной увязки заимствованных составных частей, а также повышенными значениями их массы по сравнению с массой аналогичных оригинальных конструктивных решений.

Конструкторская унификация тесно связана с технологической. Примером может служить увеличение преемственности технологических процессов и оснастки при повышении удельного веса заимствованных элементов в конструкциях изделий.

Основные направления технологической унификации:

Преемственность производственной базы, технологических процессов и средств их оснащения. Отработка конструкции вновь создаваемых изделий на технологичность, особенно в направлении обеспечения ее конструктивно-технологической преемственности с предшествующими конструкциями, а также соблюдение условия изготовления последовательного ряда однотипных изделий на одном предприятии обеспечивает сокращение затрат на подготовку производственной базы для выпуска новых изделий.

Создание типовой, универсальной, переналаживаемой и сборно-разборной технологической оснастки, а также применение принципов стандартизации при ее разработке. Стандартизация элементов конструкции технологической оснастки и применение принципов типизации и универсализации, сборности и переналаживаемости при ее создании приводит к уменьшению объемов работ, затрат трудовых, материальных, стоимостных и временных ресурсов, требуемых для проведения технологической подготовки производства.

Применение типовых технологических процессов способствует внедрению групповых форм организации труда, сокращает сроки и затраты на разработку необходимой документации в процессе технологической подготовки производства. Степень использования типовых технологических процессов в значительной мере определяется стандартизацией и унификацией конструктивных элементов деталей.

Отличительной особенностью технологической унификации является возможность использования ее методов при изготовлении как унифицированных, так и оригинальных составных частей новых изделий. Значение технологической унификации возрастает с увеличением конструктивной сложности изделий, обуславливающей рост требуемого количества технологических процессов и оснастки для обеспечения высокого качества изделий.

Широкое внедрение унификации в производство будет только в том случае, если у производителя существуют побудительные мотивы к решению этой задачи. С одной стороны, таким мотивом является необходимость в условиях рынка переходить на выпуск новых изделий высокого качества в короткие сроки и с минимальными издержками, с другой, получение экономического эффекта от применения унификации. Решение обеих задач возможно, если любому унифицированному изделию соответствуют унифицированные средства технологического обеспечения и организационные формы производственного процесса.

В связи с этим необходима унификация с позиций системного подхода, в основе которого лежит взаимосвязанная унификация объектов производственной цепочки "изделие - технологический процесс - технологическая система - организация производственного процесса". В машиностроительном производстве системный подход заключается в том, что для унифицированного изделия используются унифицированные средства технологического обеспечения: технологический процесс, оборудование и оснастка, рабочие места.

Анализ унификации объектов каждого звена производственной цепочки и их взаимосвязей показывает следующее.

К объектам унификации звена "изделие" относится само изделие и его составные части: агрегаты, механизмы, устройства, детали; унификация носит, как правило, отраслевой характер (унификация автомобилей, строительных машин, станков и т.п.). В отношении унификации объектов, входящих в состав изделий в качестве его элементов, можно констатировать, что чем ниже уровень объекта в иерархии элементов изделия (например, подшипники, зубчатые колеса), тем в большей степени они приобретают межотраслевой характер. Проведен сравнительно большой объем работ по унификации объектов звена "изделие", но еще остается большое количество как изделий, так и их элементов, не охваченных унификацией.

Большая работа проведена по унификации и элементов изделий на уровне механизмов и устройств (например, унификация редукторов, подшипников, на уровне деталей; зубчатых колес; крепежа и др.). Чем ниже уровень, на котором располагается элемент в иерархии элементов изделия, тем вероятнее его более широкое применение в многочисленных изделиях и тем больший эффект ожидается от унификации.

Объектами унификации звена "технологический процесс" является как сам технологический процесс, так и его составляющие - маршрутный процесс и операция.

Здесь, в отличие от звена "изделие", результаты унификации значительно скромнее; объяснить это можно огромным разнообразием технологических процессов, являющихся результатом таких объективных факторов, как разная оснащенность машиностроительных предприятий технологическим оборудованием и оснасткой, различие в объемах выпускаемой продукции в единицу времени, различие производственных условий.

Когда разрабатывается типовой или унифицированный технологический процесс, то всегда за ним закрепляется определенное технологическое оборудование. Если на предприятии этого оборудования нет, то возникает проблема в реализации процесса. С другой стороны, в повседневной практике в силу организационных причин часто возникает проблема, например, в обеспечении процесса требуемой технологической оснасткой, и тогда приходится в спешном порядке подыскивать или изготавливать другую оснастку, не заложенную унифицированным процессом, а следовательно, изменять и технологический процесс.

В отличие от изделий, которые можно унифицировать по одному-двум параметрам, унификация технологических процессов по одному-двум признакам не дает эффекта. Это связано с тем, что наличие у детали одной группы какой-либо дополнительной характеристики может не позволить применить унифицированный технологический процесс.

Это подтверждает применение типовых технологических процессов. На практике очень часто приходится при разработке рабочего технологического процесса исключать или заменять ту или иную операцию из типового процесса, не говоря уже об изменениях в режимах обработки на операциях. Учет всех существенных особенностей детали, влияющих на технологический процесс, приведет к снижению количества деталей в группе, что потребует большего числа унифицированных технологических процессов. В результате эффект от унификации получится незначительным.

Еще одной причиной, снижающей эффект унификации технологических процессов, является их невысокая устойчивость во времени из-за непрерывного развития методов изготовления и средств технологического оснащения, а также самих изготавливаемых изделий. В итоге в большей степени эффект можно ожидать от унификации маршрутных технологических процессов, отличающихся меньшим числом характеристик.

Унификация объекта звена "технологическая система" по объему и уровню близка к унификации объектов звена "изделие", так как но те же машины, состоящие из механизмов, устройств, деталей, подпадающие под категорию объектов звена "изделие". Все достижения в унификации последних в значительной степени справедливы и для них.

Следует отметить недостатки унификации технологических систем. Например, отсутствует унификация обрабатывающих и сборочных технологических систем как самостоятельных объектов, и их подменяют станками, сборочным оборудованием, являющимися составными частями технологических систем. В результате, при проектировании технологических процессов приходится подбирать среди существующего оборудования не технологические системы, а их составные части.

Другим важным недостатком является отсутствие унификации элементов технологических систем: инструментальных наладок, приспособлений, контрольно-измерительных устройств. В итоге это не позволяет; установить связи между унифицированными объектами звеньев "технологический процесс" и "технологическая система".

В качестве объектов звена "организация производственного процесса " можно рассматривать производственные цехи, участки, рабочие места. Объекты этого звена, как и звена "технологический процесс", оказались практически не унифицированы.

Таким образом, наблюдается разный уровень унификации звеньев производственной цепочки. Если унификация объектов звена "изделие" нашла достаточно широкое распространение, то унификация объектов звеньев "технологический процесс" и "организация производственного процесса" практически отсутствует.

Наиболее важным недостатком является отсутствие тесных связей между унифицированными объектами звеньев производственной цепочки. Если между объектами первых звеньев связь в какой-то мере существует, то дальше она практически исчезает. Например, к широко распространенным узлам и деталям, имеющим общемашиностроительное назначение (подшипники качения, зубчатые колеса и т.п.), можно встретить соответствующие унифицированные или типовые технологические процессы и технологические средства. В других случаях эта связь проявляется по отдельным унифицированным параметрам, например, стандартным значениям размера диаметра отверстий деталей соответствуют размеры мерного инструмента (сверла, зенкера, развертки).

Слабые связи между унифицированными объектами звеньев можно объяснить, во-первых, отсутствием постановки такой задачи, во-вторых, независимостью развития этих объектов и, в третьих, неравномерностью степени унификации объектов звеньев производственной цепочки. В итоге отсутствуют тесные связи между их классификациями, которые невозможно объединить в единую систему. К примеру, при разработке типовых технологических процессов изготовления деталей они классифицируются в соответствии с конструктивными формами, требованиями к точности деталей. В свою очередь, при создании станков связь их с типовыми процессами отсутствует и станки классифицируются по методу обработки (сверлильные, фрезерные и т.п.).

При отсутствии тесных связей между унифицированными объектами звеньев производственной цепочки эффект от применения унификации будет минимальным. К примеру, если для унифицированной детали нет соответствующего унифицированного технологического процесса, то эффект от ее унификации будет только за счет снижения трудоемкости проектирования. Если же унифицированному технологическому процессу нет соответствующей унифицированной технологической системы, эффект будет только от сокращения трудоемкости проектирования процесса. В этом случае для унифицированной детали придется проектировать индивидуальный технологический процесс, а к унифицированному технологическому процессу - технологическую систему.

Следовательно, главный резерв повышения эффективности от применения унификации - обеспечение связей между унифицированными объектами производственной цепочки. Иными словами, унифицированному объекту звена "изделие" должен соответствовать унифицированный объект звена "технологический процесс", а ему - унифицированный объект звена "технологическая система" и т.д. При этом надо отметить, что на фоне непрерывного развития и усложнения техники, роста разнообразия средств ее технологического обеспечения, роль унификации чрезвычайно возрастает. Поэтому дальнейшее развитие унификации в машиностроении должно осуществляться с позиций системного подхода, когда унификации одновременно подвергаются связанные между собой объекты всех звеньев производственной цепочки.

Системный подход базируется на установлении связей по вертикали между объектами одного звена и по горизонтали между объектами звеньев производственной цепочки, когда на каждом уровне объекту звена "изделие" должен соответствовать объект звена "технологический процесс" и т.д.

На эффективность унификации большое влияние оказывают такие характеристики объекта как его разнообразие, устойчивость, повторяемость.

Унификация должна начинаться с обоснования выбора объекта, гарантирующего наибольший эффект.

Проблема унификации состоит еще и в том, что объект описывается некоторым множеством характеристик, и чем большее число характеристик объекта охвачено унификацией, тем ближе он будет приближаться к замещаемым объектам, но при этом будет расти и число унифицированных объектов. В связи с этим по мере роста сложности объекта растет доля частичной унификации, когда объект подвергается унификации по одной или нескольким характеристикам.

Унификация объектов звеньев производственной цепочки должна осуществляться слева направо, т.е. сначала унификации подвергается объект звена "изделие", затем объект его уровня звена "технологический процесс" и т.д.

Необходимо отметить, что уровень разнообразия объектов последующих звеньев производственной цепочки выше уровня разнообразия объектов предыдущих звеньев. Например, одному изделию соответствует несколько технологических процессов. Это связано с тем, что при выпуске изделия в разных объемах требуются разные технологические процессы. В свою очередь один и тот же технологический процесс может быть реализован с помощью разных технологических систем.

3. Повышение технологичности изделия

Минимальное число сборочных единиц и деталей в изделии и минимальное число деталей в сборочных единицах (чем меньше деталей, тем меньше трудоемкость сборки).

Отсутствие взаимосвязанных технических условий на конструкцию изделия (наличие взаимосвязанных технических условий существенно усложняет процесс их обеспечения).

Отсутствие параллельно связанных размерных цепей (наличие параллельно связанных размерных цепей в изделии повышает трудоемкость как технологической подготовки сборки изделия, так и трудоемкость самого процесса сборки).

В процессе сборки изделия, содержащего параллельно связанные размерные цепи, при достижении точности методом пригонки или регулировки нередко получается так, что погрешность из одной размерной цепи переходит в другую. Это бывает тогда, когда в качестве компенсирующего выбирают общее звено.

При обеспечении точности размерных цепей желательно применение в первую очередь методов полной и неполной взаимозаменяемости.

Наличие у изделия базовой детали (желательно, чтобы не только изделие, но и все его сборочные единицы имели базовые детали). Базовая деталь должна отличаться высокой жесткостью, чтобы ее упругие деформации практически не влияли на точность расположения сборочных единиц и деталей изделия.

Обеспечение определенности базирования деталей в изделии за счет создания у деталей полных комплектов конструкторских баз и соответствия их требованиям к базам.

Обеспечению определенности базирования способствует наличие у деталей полных комплектов конструкторских баз и соответствие их правилам базирования. Если эти условия не выполняются, то, с одной стороны, возникают единичные и многократные изменения положения деталей в машине во время ее эксплуатации, т.е. неопределенность базирования, а с другой, - трудности в обеспечении заданной точности в процессе сборки машины.

Наличие типовых и унифицированных элементов в изделии, что существенно упрощает и сокращает технологическую подготовку производства, ее трудоемкость и сроки.

Возможность разделения изделия на сборочные единицы. Изделие приобретает высокую степень технологичности, если его механизмы устройства, агрегаты одновременно являются и его технологическими сборочными единицами. Это дает возможность осуществлять сборку из предварительно собранных и проверенных сборочных единиц, организовывать параллельную сборку, строить сборочный процесс в форме общей сборки и сборки технологических сборочных единиц, применять поточный вид организации сборочных процессов.

Сборочные единицы должны быть рассчитаны на минимальное количество различных видов технологических процессов сборки (соединение болтами, клепкой, сваркой, пайкой и т.д.), быть по возможности простыми и представлять собой законченное изделие для определенного производственного участка, а также иметь минимально возможное количество сочленений.

Конструкция сборочной единицы должна обеспечивать возможность проведения регулировочных и контрольных операций; частные регулировки не должны нарушать регулировки сложной сборочной единицы.

Конструкция изделия должна предусматривать возможность его сборки без сложных приспособлений, желательно с одной стороны, а также свободный доступ для монтажа всех деталей и сборочных единиц и измерения подвода инструментов к местам соединения деталей.

Для удобства ремонта и обслуживания изделия его конструкция должна быть удобной для разборки; необходимо предусматривать применение простых инструментов для регулировки, различного рода съемников и других несложных приспособлений. Безусловно, не рекомендуется восстанавливать и ремонтировать детали, трудно извлекаемые из машины, требующие специальной оснастки, дорогого технологического процесса и др.

При создании конструкции следует заранее предусматривать, какие элементы, детали или агрегаты подлежат в течение срока службы замене или восстановлению и какое число раз; в первую очередь имеются в виду быстроизнашивающиеся элементы рабочего оборудования, например, кромки ножа, отвала, зубья ковша землеройных и землеройно-транспортных машин и т.п.; их крепление с одной стороны должно быть прочным и надежным, а с другой стороны, - быстроразъемным.

Повышение технологичности конструкции детали обеспечивается следующими мероприятиями:

Целью автоматизации производства является повышение производительности труда, улучшение качества продукции, устранение человека от непосредственного участия в производственном процессе и в первую очередь от тяжелых работ и работ в условиях, опасных для здоровья.

В автоматизации производства можно выделить два направления автоматизацию производственных процессов и инженерного труда.

Автоматизация производства развивалась постепенно. На первой ступени были автоматизированы станки. В станке-полуавтомате автоматизировано управление только рабочим процессом, а загрузка и разгрузка осуществляется человеком. В станке-автомате или автоматической сборочной машине уже автоматизированы дополнительно операции загрузки и разгрузки.

Следующая ступень автоматизации устранение человека от участия в настройке технологической системы на изготовление первого изделия и ее подналадка во времени.

Объединение станков-автоматов в линию позволяет получить более высокий уровень автоматизации. Применение автоматических линий в крупносерийном и массовом производстве дает существенный экономический эффект.

Автоматизация в машиностроении в первой половине XX столетия касалась в основном массового производства и только в 50-е годы автоматизация в единичном и мелкосерийном производствах стала осуществляться с помощью станков с ЧПУ.

Современное производство требует высокой гибкости и мобильности, способности быстро и с минимальными издержками переходить на выпуск новых изделий. Применение станков с ЧПУ способствовало решению этой задачи.

Станки с ЧПУ способны сравнительно быстро переналаживаться с обработки одной детали на обработку детали другого типоразмера. При этом существенно сокращаются затраты подготовительно-заключительного времени и вспомогательного времени, автоматизируется процесс обработки, а функции рабочего заключаются главным образом в загрузке и разгрузке станка. Широкоуниверсальные многооперационные станки (обрабатывающие центры) способны за одну установку обработать заготовку с пяти сторон, различными методами: например, сверлением, фрезерованием, растачиванием. При этом на обрабатывающих центрах в силу их высокого качества и уровня автоматизации удается получить более высокий эффект. Однако стоимость обрабатывающих центров на один-два порядка выше при невысокой технологической производительности, так как поверхности заготовки обрабатываются последовательно с одного шпинделя. Таким образом, стоимость одной станко-минуты резко увеличивается.

Высокая стоимость, невысокая производительность, сложность в эксплуатации и обслуживании станков с ЧПУ сдерживают повышение эффективности производства. Резервы повышения эффективности автоматизации производственных процессов на базе станков с ЧПУ заключаются, прежде всего, в максимальном использовании годового фонда времени.

Другой резерв повышения эффективности автоматизации скрыт в сокращении времени пролеживания заготовки в процессе ее изготовления. Например, в мелкосерийном производстве заготовка только около 10 % времени находится в рабочей зоне, остальные 90 % она пролеживает у станка или на складе в ожидании обработки, или транспортируется.

Есть еще один существенный аспект автоматизации, имеющий не столько экономическое значение, сколько социальное, заключающийся в том, что автоматизация освобождает человека oт утомительного, однообразного труда и делает его труд безопасным. Последнее становится все более важным и не толь ко вследствие вредности некоторых видов производств, но и вследствие высокой и постоянно растущей энергонасыщенности станков в производственных помещениях. Это означает существенное повышение концентрации механизмов в помещениях, способствующих опасности нахождения человека в рабочей зоне технологической системы.

Таким образом, чтобы получить максимальный эффект от автоматизации, последняя должна обеспечить полное использование годового фонда времени работы оборудования, высокую производительность и минимальное пролеживание заготовок в процессе их изготовления. Все это решается созданием гибкого производства на базе безлюдной технологии. Такие гибкие производства получили название гибких производственных систем (ГПС).

При этом понятие "гибкость" не следует отождествлять с понятием "переналаживаемое", так как последнее предполагает прерывание производственного процесса для переналадки оборудования.

Создание полностью автоматизированного производства начиналось с комплексной автоматизации с последующим переходом к компьютеризованному интегрированному производству.

Компьютеризированное интегрированное производство отличается от комплексной автоматизации тем, что при последней автоматизируются отдельные производственные процессы, функции, задачи (основные, вспомогательные, обслуживающие) без увязки их в единую систему; тогда как интеграция производства предполагает объединение их в единую систему управления, при сохранении автономности их работы.

Гибкая производственная система - это совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.