W czasach, kiedy uzyskanie przewagi konkurencyjnej jest coraz trudniejsze warto sięgnąć do wypróbowanych i znanych metod na jej uzyskanie. Jedną z nich jest unifikacja, czyli inaczej mówiąc metoda normalizacji, której celem jest zmniejszenie różnorodności wyrobów. Powstaje poprzez ujednolicenie cech i umożliwiając zamienne stosowanie różnych części lub zespołów maszyn prowadzi do zwiększenia uniwersalności wyrobów.
Unifikacja umożliwia produkcję wielkoseryjną, co jest istotne ze względów ekonomicznych. Przy zastosowaniu tej metody zyskuje się też czas potrzebny do budowy maszyny lub urządzenia technologicznego z zespołów zunifikowanych – maszyny buduje się z części lub zespołów znajdujących się w magazynie, a dokumentacja nowej maszyny powstającej z zespołów i części zunifikowanych jest często bardzo prosta, a więc powstaje szybko. Zyskuje się też na jakości, gdyż produkowane od jakiegoś czasu te same zespoły zunifikowane najczęściej są doprowadzone do perfekcji jakościowej.
Maszynami, w których stosuje się zespoły zunifikowane lub znormalizowane, są m.in.: obrabiarki zespołowe i uniwersalne, obrabiarki do drewna, maszyny montażowe i przyrządy do obróbki plastycznej. W znanych zespołach zunifikowanych w obrabiarkach zespołowych występują przykładowo: kompletne wrzecienniki wiertarskie (niekiedy z posuwem pinolowym), zespoły posuwowe, na których montuje się wrzecienniki wiertarskie, frezarskie i wytaczarskie (które nie mają posuwu pinolowego), podstawy, stoły robocze (w tym obrotowe), narzędzia wraz z oprawkami, zespoły hydrauliczne itp. Z takich zespołów można nie tylko wykonać obrabiarkę – u producenta tych zespołów, ale także i w swoim zakładzie, o ile mamy konstruktora, który wie jak to zrobić. Na ogół konieczne jest wtedy zaprojektowanie i wykonanie specjalnego przyrządu dla detalu obrabianego na tej obrabiarce, lub przyrządów, jeżeli ma to być obrabiarka wielostanowiskowa.
W jednej z fabryk obrabiarek, w której stosuje się daleko posuniętą unifikację, zunifikowano wrzeciona, wałki pośrednie, korpusy wrzecienników wielowrzecionowych, koła zębate itd. Wałki pośrednie wymagały ustalenia płaszczyzn zazębiania kół zębatych. I tak, przyjęto, że wałki mogą być trzypłaszczyznowe lub pięciopłaszczyznowe w ściśle określonych położeniach. Trzypłaszczyznowe stosuje się wtedy, gdy płaszczyzny zazębiania występują jako – płaszczyzna pojedyncza, dwie płaszczyzny lub trzy. Jak koła zębate występują tylko w jednej płaszczyźnie, to w dwóch pozostałych płaszczyznach jest puste miejsce. Ograniczono w ten sposób liczbę typów wałków, które wraz z łożyskami stanowiły zunifikowany zespół. Wymagało to też zunifikowania kół zębatych. Przyjęto szerokość koła 26 mm, osadzonego na wałku za pomocą wielowypustu ewolwentowego. Moduł zębów kół zębatych przyjęto od 2 do 6. Również średnice wałków wraz z łożyskami zostały sprowadzone do trzech rozmiarów. Wynikały z tego dalsze konsekwencje, jak wielkość skrzynek (korpusów), których wymiary powstały z długości wałków i maksymalnych średnic kół zębatych.
Zostało jedenaście typowielkości korpusów skrzynek w wersji odlewanej lub spawanej, z których dało się zmontować prawie każdy wrzeciennik wielowrzecionowy w bardzo krótkim czasie, ponieważ wszystkie części do montażu były na regałach w magazynie. Trzeba było tylko wykonać w korpusie wrzeciennika otwory pod wrzeciona i wałki pośrednie. Wszystkie zespoły i detale zostały skatalogowane, łącznie z kołami zębatymi. W specjalnym wykonaniu były tylko koła z korekcją, ale i te dobierane z półwyrobów katalogowych. Dokumentacją takiego wrzeciennika był schemat kinematyczny z odnośnikami i numerami katalogowymi poszczególnych zespołów i detali. W rzucie od przodu na zestawieniu schematycznym wrzeciennika podawano położenie ponumerowanych osi wrzecion i wałków pośrednich, a na przekrojach cząstkowych – otwory pod łożyska, zwykle dwie lub trzy typowielkości, wtedy z pełnym wymiarowaniem, chociaż pewnie i to mogłoby się znaleźć w katalogu. Do tego specyfikacja. Dokumentacja wrzeciennika i obrabiarki powstawała na ogół w jeden dzień lub nawet krócej, w kilka godzin. Dalej powodowało to zmiany organizacyjne i technologiczne w fabryce. Uproszczono wydział produkcji kół zębatych, wałków, korpusów i montażu. Technologia została znacząco uproszczona. Rozdzielcy i monterzy posiadali katalogi zunifikowanych zespołów i po numerach katalogowych orientowali się, w jaki sposób montować wałki, czy wrzeciona. Na fali sukcesu unifikacji skrzynek wielowrzecionowych wiertarskich, zunifikowano bardzo dużo innych zespołów, jak np. wrzecienniki frezarskie, doprowadzając do trzech typowielkości, przyrządy, narzędzia i inne, a także zawężono ilości rodzajów stosowanych części normalnych, jak np. śruby, nakrętki, kołki, podkładki itp., tu zwykle wystarczyło maksymalnie pięć typowielkości. Często bardzo skomplikowana maszyna powstawała w bardzo krótkim czasie, nawet kilku dni. Wzrosła także jakość. Było mało błędów, bo jakość produkowanych w seriach podobnych detali była doprowadzona do perfekcji. Wprowadzono większą płynność w produkcji, gdyż poza zaplanowanymi pracami można było w chwilach przestojów produkować detale i zespoły zunifikowane „na magazyn”. Efekty wprowadzenia tak głębokiej unifikacji przerosły wyobrażenia.
Uprościła się produkcja, wzrosła wydajność, znacznie, nawet dziesięciokrotnie.
Przy tego typu sytuacji najważniejsze są dobre założenia i prawidłowy system kodowania. Te sprawy należy dobrze przemyśleć lub wykonać we współpracy z profesjonalną firmą. Przy małej liczbie detali i zespołów jest to względnie proste, lecz przy większej ich liczbie ilość miejsc (cyfr) kodu powiększa się do kilkunastu. Przy komputerowym zarządzaniu w fabryce jest to jednak konieczne. Na tym w skrócie opisanym przykładzie widać jak ogromny postęp i zysk jest możliwy do uzyskania dzięki przemyślanej unifikacji i to nie tylko w fabryce obrabiarek zespołowych. Znane są przypadki udanej unifikacji w fabryce produkującej urządzenia i maszyny do przenoszenia (duże przenośniki) różnych materiałów, jak śmieci, czy gruz. Zunifikowano tam detale i zespoły przenośników, uzyskując podobne efekty do opisanych przy unifikacji obrabiarek zespołowych.
Nawet płytki pod wsporniki czy nogi przenośników, w postaci płytki z otworami fasolkowymi, doprowadzono do trzech typowielkości, które wykonywane były na prasie metodą wykrawania. Przed tym wykonywane były na frezarce, w bardzo różnych wymiarach.
W przemyśle motoryzacyjnym, w budowie przyrządów do zgrzewania karoserii, czy też jej elementów, również istnieje duży obszar dla unifikacji. Niektóre narzędziownie opracowały katalogi elementów do budowy przyrządów. Kiedyś wydawano katalogi części do budowy przyrządów do obróbki plastycznej i było tam bardzo dużo zunifikowanych części i zespołów, które mogły być produkowane w kooperacji, w zakładzie o znacznie niższych kosztach produkcji niż narzędziownia. W przypadku budowy przyrządów normalizacja osiągnęła inny jeszcze etap. Możliwe jest zbudowanie przyrządu ze zunifikowanych części, a po zrealizowaniu produkcji zdemontowanie części przyrządu i zbudowanie innego, dla innych produkowanych detali. W przyrządach spawalniczych, też istnieje duża możliwość unifikacji. Przede wszystkim mam na myśli wsporniki przyrządów spawalniczych, które mogą być sprowadzone do kilku typowielkości, nawet tylko trzech. Można je wykonać jako odlewane lub spawane. Wszystkie – o jednakowej wysokości, które później mają dokręcane przedłużenie na wymaganą wysokość. Jednak trudny, frezowany fragment tego wspornika, spawany, odlewany lub wykrawany i tłoczony, może być wykonany seryjnie wcześniej – na magazyn.
Nawet płyty (ramy, korpusy) przyrządów mogą być zunifikowane i doprowadzone do kilku typowielkości. Wraz z elementami mocującymi i katalogową pneumatyką umożliwia to o wiele szybsze budowanie przyrządów, nie wspominając o znacznie niższej cenie takiego przyrządu, i o jego jakości. Istnieją nawet programy komputerowe do wspomagania projektowania zunifikowanych przyrządów spawalniczych, które dorysowują w dokumentacji zunifikowane detale przyrządów.
Bywa, że wprowadzanie unifikacji w zakładzie produkcyjnym napotyka na „pozatechniczne” przeszkody w postaci przyzwyczajeń i ambicji pracowników, gdzie opór przed zmianami jest duży. Wielu dąży do przeforsowania swoich najnowszych rozwiązań, a unifikacja zmusza do stosowania rozwiązań już istniejących, skonstruowanych przez kogoś innego. Niekiedy rzeczywiście lekko archaicznych, ale tanich i gotowych. Przykładowo, w amerykańskiej fabryce obrabiarek zespołowych La Salle stosuje się wrzeciennik frezarski skonstruowany w 1938 roku! Jest dobry i wciąż się sprawdza.
Metodyka realizacji procesu polega, w uproszczeniu, na przeprowadzeniu w pierwszym etapie typizacji, która jest wyborem (spośród wielu stosowanych już części, zespołów i całych wyrobów złożonych, o podobnym przeznaczeniu) takich konstrukcji, które w wyniku praktycznego sprawdzenia okazały się najbardziej celowe i sprawne. Typizacja wiąże się z redukcją liczby istniejących rozwiązań konstrukcyjnych do liczby wystarczającej w danych warunkach. Przykładami typizacji w dziedzinie obrabiarek mogą być np. konstrukcyjne węzły łożyskowe, układy kinematyczne skrzynek przekładniowych, mechanizmy wyłączania posuwów, listwy zderzakowe itp. We wspomnianej wcześniej fabryce obrabiarek przeprowadzono to w ten sposób, że wykonano fotokopie rysunków zestawieniowych (w wysokiej rozdzielczości) i umieszczono je w albumie formatu A4 w kilku egzemplarzach, z którego projektanci dobierali te rozwiązania dla projektowanych nowych obrabiarek, jednocześnie odnotowując fakt wyboru rozwiązania. Po pewnym czasie sprawdzono ilość zastosowań i te najczęściej używane rozwiązania poddano dalszemu etapowi, tj. unifikacji. Podstawą unifikacji powinny być wybrane elementy i zespoły typizowane. Unifikacja umożliwia zmniejszenie kosztów własnych wyrobów, skrócenie cyklu produkcyjnego w większym stopniu niż typizacja. Często na tym etapie się poprzestaje, bo efekty już są ogromne. Można z czasem zrobić następny krok – normalizację, która polega na sprowadzaniu różnorodności do stanu optymalnego, określonego i ustalonego w formie dokumentów – norm np. zakładowych.
Warto też wspomnieć o kosztach finansowych. Unifikacja wcale nie musi pochłaniać ogromnych kwot. Powinien powstać projektowy zespół kreatywny, w zależności od skali unifikacji – większy lub mniejszy, który tworzy założenia, systematykę i dokumentację pierwszych wzorcowych zespołów i części zunifikowanych. Narzuca też kodowanie i numerację oraz tworzy w miarę postępu unifikacji katalogi. Pozostałe zespoły zunifikowane, już nie wzorcowe, powstają w normalnej pracy konstrukcyjnej, przy wypełnieniu tabeli specyfikacji, aż do zapełnienia jej wszystkimi typowielkościami. Za te dalsze działania mogą już zapłacić klienci poszczególnych maszyn, w których te zunifikowane zespoły zastosowano.
W zasadzie lepiej jest, gdy unifikację przeprowadza się bezpośrednio w fabryce, bo konstruktorzy i technolodzy dobrze znają poszczególne zespoły i części konstrukcyjne, i ich słabe i mocne strony; znają też możliwości wykonawcze fabryki. Jednak nie można wykluczyć, że instytut lub politechnika, też by sobie z tym poradziły, przynajmniej w początkowym okresie, w którym należy ustalić założenia, tabele unifikacyjne i kody. Mogło by to też być dobrym rozwiązaniem przy dużym oporze wśród pracowników podczas unifikacji.
Obecnie dąży się do składania maszyn i urządzeń z gotowych zespołów i części. Wiele firm na świecie wyspecjalizowało się w budowie różnych zespołów, z których można złożyć nawet skomplikowaną i dokładną maszynę. Przeglądanie tych zespołów może pozwolić na znalezienie podobnych do naszych, które stosunkowo łatwo można wykorzystać w nowych konstrukcjach. Należy sięgać do tych rozwiązań, nawet choćby po to, aby zapoznać się z rozwiązaniami technicznymi i systematyką unifikacji, jeżeli podobne części i zespoły do tych, przez nas projektowanych, w tych katalogach się nie znajdują.
Aleksander Łukomski
Ilustracje w artykule (poza pierwszym zdjęciem) pochodzą z dokumentacji produktowej Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, dawniej Ośrodka Badawczo-Konstrukcyjnego KOPROTECH
artykuł pochodzi z wydania 1/2 (100/101) styczeń-luty 2016
