Відомо, що універсальність – це властивість конструкції машини, що характеризує можливість виконувати нею певну сукупність функціонально різнорідних виробничих операцій. Або однорідних операцій, але відмінних одна від одної об'єктами обробки – наприклад, дії з різними видами вантажів (штучні, рідкі, сипучі).
Практична комбінаторика
Можна відзначити наступні основні напрями створення типів універсальних машин:
- тих, які служать для виконання функціонально різнорідних операцій (перевізних, перевантажувальних, технологічних);
- направлених на виконання в одному виробничому або технологічному процесі функціонально різнорідних операцій (комбіновані агрегати);
- призначених для агрегатування з ними устаткування різних типорозмірів і призначення.
Конструктивне виконання універсальних машин може бути різним. До найпоширенішого відносяться машини з комплектом змінних робочих органів для виконання функціонально-різнорідних операцій. На комбінованих машинах встановлюється одночасно декілька робочих органів, що включаються у роботу, як правило, одночасно.
Особливе місце займають універсальні машини (агрегати), у створення яких закладений принцип блочно-модульного і базового виконання. Така машина є мобільним енергетичним засобом, що об'єднує двигун, силову передачу і пост керування, на базі якого агрегатується обладнання (технологічні модулі) різного функціонального призначення.
Доцільність створення універсальних машин і агрегатів диктується наявністю певних умов, основними з яких є:
- різний час виконання робіт (операцій) по термінах і періодах;
- виконання робіт у територіально близьких регіонах, що забезпечує мінімальні витрати часу на переміщення машин;
- можливість застосування на різних роботах одного енергетичного засобу;
- простота і нетрудомістке виконання монтажно-демонтажних робіт зі змінними робочими органами;
- наявність об'єму робіт, що забезпечує достатньо високе завантаження універсальної машини протягом певного періоду або всього року.
Перераховані умови є необхідними, але недостатніми передумовами для створення універсальної техніки. Позаяк необхідно, аби з погляду економічної ефективності дія чинників, що стимулюють універсалізацію технічних засобів, переважала над тими, які діють у протилежному напрямі.
Блочно-модульне винахідництво
Універсалізація техніки двоїсто впливає на економічні наслідки як у сфері її проектування й виробництва, так і у царині експлуатації. З одного боку, універсалізація машини ускладнює конструкцію, вимагає більш високої кваліфікації її творців і обслуговуючого персоналу… що, зрештою, приводить до її здорожчання. Універсальні технічні засоби, як правило, менш продуктивні, ніж спеціалізовані - при здійсненні однойменних операцій. Більш низькою може бути і якість виконання операції за допомогою універсальної машини, ніж спеціальної.
З іншого погляду, універсалізація машин скорочує номенклатуру необхідних технічних засобів. Це дозволяє зменшити простої енергетичних засобів протягом року, знизити сумарні витрати на технічне обслуговування, ремонт і зберігання техніки, а також загальні витрати матеріалу (насамперед металу) на створення універсальної машини в порівнянні із комплексом спеціалізованих машин, яких вона одна може замінити.
Блочно-модульне і базове виконання універсальних машин (агрегатів) характеризується наявністю у них базової конструкції і складових частин, що агрегатуються з нею - робочого або технологічного обладнання. Кожне них має сукупність таких ознак, як функціональна визначеність, конструктивна завершеність відповідно до типорозмірного ряду.
Блочно-модульне конструювання отримує широше розповсюдження на базі відповідних типів тракторів і самохідних шасі, що використовуються як основний енергетичний засіб.
У практиці конструювання складної сучасної техніки можна виділити два основні напрями. Це, по-перше, розробка модифікацій вже існуючих виробів з метою зміни або розширення їх функціональних властивостей. І, по-друге, проектування нових видів, що не мають прототипу або аналога. В першому випадку у розпорядженні конструктора існує ряд готових складових частин і технічних рішень, які можуть бути застосовані в новій розробці.
Використання базового енергетичного засобу і сполучення його з модульними технологічними складовими дозволяє також істотно скоротити освоєння у виробництві перспективних конструкцій. При цьому модульні складові частини повинні відповідати на своєму рівні розукрупнення наступним вимогам:
- конструктивної і функціональної закінченості;
- відповідності типорозмірному ряду;
- конструктивній і функціональній сумісності (параметричній, енергетичній, ергономічній тощо);
- мати приєднувальні габаритні розміри, кратні енергетичному засобу;
- мати можливості перекомпонування у відповідності до компонувальної схеми агрегату;
- відповідати максимально можливому рівню розукрупнення фінального агрегату.
Ціле і його компоненти
При роботі універсальних машин їх змінне робоче обладнання використовується лише при виконанні певних операцій виробничого процесу. Це обумовлює відмінність у річному завантаженні окремих частин машини. Так, при роботі універсальної машини сільськогосподарського призначення вона тільки на основній операції може бути зайнята цілком (це стосується насамперед базової конструкції, на якій монтується змінне робоче обладнання), а на решті операцій беруть участь у роботі лише її окремі частини.
Максимізація рівня уніфікації може призвести до зниження технічного рівня машин. Вибір критерію для оцінки оптимальних значень рівня уніфікації повинен бути заснований на його відносній простоті і чіткому фізичному значенні. Одним із таких критеріїв рівня уніфікації може бути народногосподарський ефект від виробництва й експлуатації блочно-модульного агрегату. Його застосовують при виборі оптимального варіанту проектних параметрів. Оскільки рівень уніфікації нової конструкції формується у процесі розробки, його можна розглядати як проектний параметр, що підлягає оптимізації разом з основними технічними характеристиками конструкції. Сумісна оптимізація багатьох параметрів не дозволяє досягти оптимального значення усіх технічних характеристик. У такому разі було б правильно говорити про вибір варіантів конструкції із раціональними значеннями, близькими до оптимальних.
Використаний у практиці конструювання принцип уніфікації при створенні блочно-модульних агрегатів дозволяє отримати ряд переваг, основними з яких є наступні:
- у сфері виробництва - скорочення термінів і зниження вартості дослідно-конструкторських дослідницьких робіт при створенні технічно досконаліших агрегатів, скорочення термінів, зниження витрат на підготовку й освоєння виробництва агрегатів завдяки застосуванню типової технології, оснащення, пристосувань тощо; зниження вартості енергосилових модулів і підвищення їх техніко-економічних показників шляхом збільшення масовості випуску складальних одиниць; технічне забезпечення якостей і надійності складальних одиниць на стадії проектування і виробництва;
- у сфері експлуатації - скорочення термінів і зниження витрат на освоєння блочно-модульних агрегатів у господарствах, оскільки виключається необхідність перепідготовки трактористів і забезпечується високий рівень експлуатації протягом усього терміну служби енергосилових модулів; скорочення часу перебування на складах, що призводить до економії оборотних фондів при одночасному поліпшенні постачання запасними частинами; підвищення ремонтопридатності складальних одиниць і деталей завдяки уніфікації або типізації їх конструкції, застосуванню типової технології і однотипного ремонтного обладнання; підвищення якості і зниження вартості ремонту.
«Цеглини» машинобудування
Все це в сукупності сприяє підвищенню ефективності використання блочно-модульних агрегатів у господарстві.
Досвід уніфікації й тенденції розвитку світового тракторобудування свідчать про те, що принципи створення тракторів з уніфікацією по «горизонталі» (усередині сімейства тракторів відповідного тягового класу) не можуть вважатися оптимальними. Тому наразі назріла необхідність уніфікації між тракторами різних тягових класів. Труднощі вирішення цієї задачі обумовлені тим, що уніфікація деталей тракторів великих тягових класів із деталями тракторів менших тягових класів технічно складна, а зворотна уніфікація може виявитися нераціональною через погіршення показників трактора і зниження його технічного рівня.
Методика оптимізації уніфікації блочно-модульних агрегатів дозволяє значною мірою виключити відзначені недоліки. Основні положення цієї методики припускають попередню оцінку економічної ефективності на стадії виробництва різних варіантів уніфікації тракторів у порівнянні з неуніфікованими, розробленими з мінімально допустимими запасами міцності, габаритами і масою; аналіз впливу різних варіантів уніфікації на технічний рівень машини і можливість забезпечення подальшого вдосконалення машини у процесі її виробництва; заключну оцінку економічної ефективності машин.
Такий підхід відкриває широкі можливості для науково обґрунтованого вибору оптимального рівня уніфікації й типізації всього ряду блочно-модульних агрегатів. Проте при цьому повинна витримуватися основна умова: технічний рівень блочно-модульних агрегатів, створених на базі уніфікованих і типізованих збірних одиниць, повинен не бути нижчим за рівень кращих аналогів або перевищувати його.
Високий технічний рівень машин може підтримуватися таким протягом всього періоду виробництва тільки в тому випадку, якщо складальні одиниці, що типізуються й уніфіковані, створюються з урахуванням чинника часу: в конструкцію деталей закладають можливість їх удосконалення з часом без створення нової виробничої бази. Основні параметри складальних одиниць треба вибирати з урахуванням перспективи розвитку світового тракторобудування і забезпечувати можливість подальшого вдосконалення їх техніко-економічних показників без істотного зниження рівня уніфікації. Також конструктивно-технологічні показники складальних одиниць і агрегатів повинні забезпечувати можливість створення на їх основі типорозмірного ряду.