stringtranslate.com

Взаимозаменяемые части

Ford часто использовал взаимозаменяемые детали между моделями автомобилей для экономии затрат, но постепенно отказался от этого метода после того, как уступил долю рынка Chevrolet.

Взаимозаменяемые детали — это детали (компоненты), которые идентичны для практических целей. Они изготавливаются по спецификациям , которые гарантируют, что они настолько близки к идентичным, что подойдут к любой сборке того же типа. Одна такая деталь может свободно заменить другую, без какой-либо индивидуальной подгонки, такой как подгонка . Такая взаимозаменяемость позволяет легко собирать новые устройства и ремонтировать существующие устройства, при этом минимизируя как время, так и навыки, требуемые от человека, выполняющего сборку или ремонт.

Концепция взаимозаменяемости имела решающее значение для внедрения сборочной линии в начале XX века и стала важным элементом некоторых современных производств, но отсутствует в других важных отраслях.

Взаимозаменяемость деталей была достигнута путем объединения ряда инноваций и усовершенствований в операциях обработки и изобретения нескольких станков , таких как токарный станок с суппортом , токарно-винторезный станок , револьверный токарный станок , фрезерный станок и строгальный станок по металлу . Дополнительные инновации включали кондукторы для направления станков, приспособления для удержания заготовки в правильном положении, а также блоки и калибры для проверки точности готовых деталей. [1] [ нужна страница ] Электрификация позволила приводить в действие отдельные станки с помощью электродвигателей, исключив линейные приводы вала от паровых двигателей или гидроэнергии и обеспечив более высокие скорости, что сделало возможным современное крупномасштабное производство. [2] Современные станки часто имеют числовое программное управление (ЧПУ), которое превратилось в ЧПУ (компьютеризированное числовое управление), когда стали доступны микропроцессоры.

Методы промышленного производства взаимозаменяемых деталей в Соединенных Штатах были впервые разработаны в девятнадцатом веке. Термин «американская система производства» иногда применялся к ним в то время, в отличие от более ранних методов. В течение нескольких десятилетий такие методы использовались в разных странах, поэтому «американская система» теперь является термином исторической справки, а не современной промышленной номенклатуры.

Первое использование

Доказательства использования взаимозаменяемых деталей можно проследить более чем на две тысячи лет назад, до Карфагена в Первую Пуническую войну . Карфагенские корабли имели стандартизированные, взаимозаменяемые детали, которые даже поставлялись с инструкциями по сборке, похожими на «вставьте вкладку А в слот B», отмеченными на них. [3]

Истоки современной концепции

В конце XVIII века французский генерал Жан-Батист Вакетт де Грибоваль продвигал стандартизированное оружие в том, что стало известно как Система Грибоваля после того, как она была выпущена как королевский приказ в 1765 году. (В то время система была сосредоточена больше на артиллерии, чем на мушкетах или пистолетах .) Одним из достижений системы было то, что цельнолитые пушки были расточены с точными допусками, что позволяло делать стенки тоньше, чем у пушек, отлитых с полыми сердечниками. Однако, поскольку сердечники часто были нецентральными, толщина стенки определяла размер канала ствола. Стандартизированная расточка была сделана для более коротких пушек, не жертвуя точностью и дальностью из-за более плотной посадки снарядов ; она также позволяла стандартизировать снаряды. [1] [ нужна страница ]

До XVIII века такие устройства, как ружья, изготавливались оружейниками по одному за раз уникальным способом. Если требовалась замена одного отдельного компонента огнестрельного оружия, все оружие либо отправлялось к опытному оружейнику для индивидуального ремонта, либо выбрасывалось и заменялось другим огнестрельным оружием. В XVIII и начале XIX веков постепенно развивалась идея замены этих методов системой взаимозаменяемого производства. [4] [5] Разработка заняла десятилетия и в ней участвовало много людей. [4] [5]

Грибоваль оказал покровительство Оноре Блану , который попытался внедрить систему Грибоваля на уровне мушкетов. Около 1778 года Оноре Блан начал производить некоторые из первых образцов огнестрельного оружия со сменными кремневыми замками , хотя они были тщательно изготовлены мастерами. Блан продемонстрировал перед комитетом ученых, что его мушкеты могут быть оснащены кремневыми замками, выбранными наугад из кучи деталей. [1] [ нужна страница ]

В 1785 году мушкеты со сменными замками привлекли внимание посла США во Франции Томаса Джефферсона благодаря усилиям Оноре Бланка. Джефферсон безуспешно пытался убедить Бланка переехать в Америку, затем написал американскому военному министру с этой идеей, а когда вернулся в США, работал над финансированием ее разработки. Президент Джордж Вашингтон одобрил концепцию, и в 1798 году Эли Уитни подписал контракт на массовое производство 12 000 мушкетов, изготовленных по новой системе. [6] [ нужна цитата для проверки ] [7]

Между 4 июля 1793 года и 25 ноября 1795 года лондонский оружейник Генри Нок доставил 12 010 «безвинтовых» или « герцогских » замков в Британское управление артиллерии . [8] Эти замки должны были быть взаимозаменяемыми, поскольку изготавливались в больших объемах на паровой фабрике с использованием калибров и токарных станков. Последующие эксперименты показали, что компоненты замка были взаимозаменяемы с большей скоростью, чем компоненты более позднего британского мушкета New Land Pattern и американского мушкета M1816. [8]

Луи де Тусар , бежавший от Французской революции, вступил в Корпус артиллеристов США в 1795 году и написал влиятельное руководство для артиллеристов, в котором подчеркивалась важность стандартизации. [1] [ нужна страница ]

Выполнение

Многочисленные изобретатели начали пытаться реализовать принцип, описанный Бланком. Разработка станков и требуемых производственных методов потребовала бы больших расходов для Департамента вооружений США , и в течение нескольких лет, пока пытались добиться взаимозаменяемости, производимое огнестрельное оружие стоило дороже в производстве. К 1853 году появились доказательства того, что взаимозаменяемые детали, затем усовершенствованные Федеральными оружейными палатами, привели к экономии. Департамент вооружений свободно делился используемыми технологиями с внешними поставщиками. [1] [ нужна страница ]

Эли Уитни и ранняя попытка

В США Эли Уитни увидел потенциальную выгоду от разработки «взаимозаменяемых частей» для огнестрельного оружия армии Соединенных Штатов. В июле 1801 года он построил десять ружей, все из которых содержали одни и те же детали и механизмы, затем разобрал их перед Конгрессом Соединенных Штатов . Он поместил детали в смешанную кучу и с помощью собрал все огнестрельное оружие перед Конгрессом, во многом так же, как это сделал Бланк несколько лет назад. [9]

Конгресс был очарован и приказал ввести стандарт для всего оборудования Соединенных Штатов. Использование взаимозаменяемых деталей устранило проблемы прошлых эпох, связанные с трудностью или невозможностью производства новых деталей для старого оборудования. Если одна часть огнестрельного оружия выходила из строя, можно было заказать другую, и огнестрельное оружие не нужно было выбрасывать. Загвоздка была в том, что ружья Уитни были дорогими и изготавливались вручную квалифицированными мастерами.

Чарльз Фитч приписывал Уитни успешное выполнение контракта на огнестрельное оружие со сменными частями, используя Американскую систему , [4] но историки Мерритт Роу Смит и Роберт Б. Гордон с тех пор определили, что Уитни на самом деле никогда не достигал производства сменных частей. Однако оружейная компания его семьи сделала это после его смерти.

Парусные блоки Брюнеля

Блок полиспаста для такелажа на парусном судне

Массовое производство с использованием взаимозаменяемых деталей было впервые осуществлено в 1803 году Марком Изамбардом Брюнелем в сотрудничестве с Генри Модсли и Саймоном Гудричем под руководством (и при участии) бригадного генерала сэра Сэмюэля Бентама [10] , генерального инспектора военно-морских работ на верфи Портсмута , верфь Портсмута , Хэмпшир , Англия. В то время наполеоновская война была в самом разгаре, и Королевский флот находился в состоянии расширения, требующем производства 100 000 полиспастов в год. Бентам уже достиг замечательной эффективности в доках, внедрив машины с силовым приводом и реорганизовав систему верфи.

Токарно-винторезные станки Генри Модсли ( около  1800 г. ) позволили наладить крупномасштабное промышленное производство взаимозаменяемых винтов.

Марк Брюнель, инженер-новатор, и Модсли, отец-основатель технологии станков , который разработал первый промышленно применимый токарно-винторезный станок в 1800 году, который впервые стандартизировал размеры резьбы винта , [11] совместно работали над планами по производству оборудования для изготовления блоков; предложение было представлено Адмиралтейству, которое согласилось поручить его услуги. К 1805 году верфь была полностью обновлена ​​революционным, специально разработанным оборудованием в то время, когда изделия все еще изготавливались индивидуально с различными компонентами. Всего требовалось 45 машин для выполнения 22 процессов на блоках, которые могли быть изготовлены в трех разных размерах. Машины были почти полностью сделаны из металла, что повысило их точность и долговечность. Машины делали маркировку и углубления на блоках, чтобы обеспечить выравнивание на протяжении всего процесса. Одним из многочисленных преимуществ этого нового метода было повышение производительности труда из-за менее трудоемких требований к управлению оборудованием. Ричард Бимиш, помощник сына Брюнеля и инженера, Изамбарда Кингдома Брюнеля , писал:

Таким образом, десять человек с помощью этой машины могут с единообразием, быстротой и легкостью выполнить то, что раньше требовало неуверенного труда ста десяти человек.

К 1808 году годовой объем производства достиг 130 000 блоков, а часть оборудования продолжала работать вплоть до середины двадцатого века. [12] [13] [14] [15] [16] [17]

Часы Терри: успех в дереве

Деревянная шестерня от одних из высоких часов Терри, демонстрирующая использование фрезерованных зубцов.

Эли Терри использовал сменные детали, используя фрезерный станок, еще в 1800 году. Уорд Франсильон, часовщик, пришел к выводу в своем исследовании, что Терри уже реализовал сменные детали еще в 1800 году. В исследовании были изучены несколько часов Терри, произведенных в период с 1800 по 1807 год. Детали были маркированы и заменены по мере необходимости. Исследование пришло к выводу, что все детали часов были взаимозаменяемыми. Самым первым массовым производством с использованием сменных деталей в Америке был контракт Эли Терри с Портером 1806 года, который предусматривал производство 4000 часов за три года. [18] В течение этого контракта Терри изготовил четыре тысячи деревянных шестеренчатых механизмов с высоким корпусом, в то время как среднегодовой показатель составлял около дюжины. [19] В отличие от Эли Уитни , Терри производил свою продукцию без государственного финансирования. Терри увидел потенциал часов, которые могут стать предметом домашнего обихода. Используя фрезерный станок, Терри смог массово производить часовые колеса и пластины по несколько десятков одновременно. Кондукторы и шаблоны использовались для изготовления одинаковых шестерен, так что все части могли быть собраны с использованием сборочной линии . [19]

Норт и Холл: успех в металле

Решающий шаг к взаимозаменяемости металлических деталей был сделан Симеоном Нортом , работавшим всего в нескольких милях от Эли Терри . Норт создал один из первых в мире настоящих фрезерных станков для обработки металла, которая раньше выполнялась вручную напильником. Диана Мьюир полагает, что фрезерный станок Норта был запущен около 1816 года. [20] Мьюир, Мерритт Роу Смит и Роберт Б. Гордон согласны с тем, что до 1832 года и Симеон Норт, и Джон Холл могли массово производить сложные машины с подвижными частями (пушки), используя систему, которая подразумевала использование грубо кованых деталей, с фрезерным станком, который фрезеровал детали до почти правильного размера, а затем «подтачивал вручную с помощью опиловочных шаблонов». [21]

Историки расходятся во мнении о том, кто внес решающее усовершенствование — Холл или Норт. Меррит Роу Смит считает, что это сделал Холл. [22] [23] Мьюир демонстрирует тесные личные связи и профессиональные союзы между Симеоном Нортом и соседними механиками, массово производившими деревянные часы, чтобы доказать, что процесс изготовления ружей со сменными частями, скорее всего, был изобретен Нортом в подражание успешным методам, используемым в массовом производстве часов. [20] Возможно, этот вопрос невозможно будет решить с абсолютной уверенностью, если в будущем не всплывут неизвестные сейчас документы.

Конец 19-го и начало 20-го веков: распространение в обрабатывающей промышленности

Опытные инженеры и машинисты, многие из которых имели опыт работы в оружейном деле, распространили взаимозаменяемые производственные технологии на другие отрасли американской промышленности, включая производителей часов и швейных машин Wilcox and Gibbs и Wheeler and Wilson, которые использовали взаимозаменяемые детали до 1860 года. [1] [ нужна страница ] [24] Позднее систему взаимозаменяемых деталей приняли швейная машина Singer Corporation (1860-е-70-е годы), производитель жаток McCormick Harvesting Machine Company (1870-е-1880-е годы) [1] [ нужна страница ] и несколько крупных производителей паровых двигателей, таких как Corliss (середина 1880-х годов) [25] , а также производители локомотивов. Пишущие машинки появились несколько лет спустя. Затем в 1880-х годах началось крупномасштабное производство велосипедов с использованием системы взаимозаменяемых деталей. [1] [ нужна страница ]

В течение этих десятилетий настоящая взаимозаменяемость выросла из редкого и трудного достижения в повседневную возможность во всех отраслях обрабатывающей промышленности. [1] [ нужна страница ] В 1950-х и 1960-х годах историки технологий расширили мировое понимание истории развития. Мало кто за пределами этой академической дисциплины знал много об этой теме до недавнего времени, в 1980-х и 1990-х годах, когда академические знания начали находить более широкую аудиторию. Еще в 1960-х годах, когда Альфред П. Слоан опубликовал свои знаменитые мемуары и трактат по менеджменту « Мои годы с General Motors» , даже многолетний президент и председатель крупнейшего производственного предприятия, которое когда-либо существовало, знал очень мало об истории развития, за исключением того, что сказал следующее:

[ Генри М. Лиланд ], я полагаю, был одним из тех, кто в основном отвечал за внедрение технологии взаимозаменяемых деталей в автомобильное производство. […] Мне было обращено внимание на то, что Эли Уитни задолго до этого начал разработку взаимозаменяемых деталей в связи с производством оружия, факт, который предполагает линию преемственности от Уитни к Лиланду в автомобильной промышленности. [26]

Одной из наиболее известных книг на эту тему, впервые опубликованной в 1984 году и снискавшей популярность среди читателей за пределами академических кругов, является книга Дэвида А. Хауншелла « От американской системы к массовому производству, 1800–1932: Развитие производственных технологий в Соединенных Штатах» . [1]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghij Хауншелл 1984.
  2. ^ Форд, Генри ; Кроутер, Сэмюэл (1930), Эдисон, каким я его знаю (PDF) , Нью-Йорк: Cosmopolitan Book Company, стр. 30, архивировано из оригинала (PDF) 2012-10-11 , извлечено 2011-09-29
  3. ^ Рим, Карфаген и Пунические войны
    Тем временем Карфаген производил массовые военные корабли. И это не преувеличение ни в отношении цифр, ни в отношении методов судостроения; карфагенские военные корабли строились из стандартных взаимозаменяемых частей. Мы знаем это не только из современных отчетов, но и из восстановленных карфагенских кораблей, таких как половина карфагенского корабля, показанная на (c) выше, которая была восстановлена ​​у берегов Марсалы на западной оконечности Сицилии; она была совершенно новой, когда ее потопили римляне, и на ней до сих пор сохранились отметки с инструкциями по сборке («вставить a в слот b» и т. д.). Другие восстановленные корабли имели идентичные части.
  4. ^ abc Fitch 1882, стр. 4.
  5. ^ ab Hounshell 1984, стр. 25–46.
  6. ^ Джеймс Берк , Connections (Little, Brown and Co.), 1978/1995 ISBN 0-316-11672-6 , стр. 150 
  7. ^ Бурстин, Дэниел Дж. (7 июля 2010 г.) [1965]. «От мастерства к ноу-хау: «циркулирующий поток»". Американцы: национальный опыт. Серия «Американцы» (том 2). Нью-Йорк: Knopf Doubleday Publishing Group. стр. 31, 32. ISBN 9780307756473. Получено 25 февраля 2024 г. . [...] 1 мая [1798 г.] Эли Уитни из Коннектикута написал министру финансов, предлагая свое оборудование, гидроэнергию и рабочих [...] для производства мушкетов. Уитни подписал контракт на десять тысяч мушкетов, фантастическое количество по тем временам, которые должны были быть поставлены в течение двадцати восьми месяцев.
  8. ^ ab Уильямс, Дэвид; Худ, Джейми; Спенсер, Дон; Уильямс, Алан; Хардинг, Дэвид (2024-09-13). «„Замок герцога“: исследование взаимозаменяемости „безвинтового“ замка Генри Нока из Совета по артиллерийскому вооружению. Часть 1: материалы, машины и измерения». Arms & Armour : 33, 19–20. doi :10.1080/17416124.2024.2387930. ISSN  1741-6124.
  9. ^ Ван Дузен 2003.
  10. Купер 1984.
  11. ^ Квентин Р. Скрабец, младший (2005). «Металлургический век: Викторианский расцвет изобретений и промышленной науки». стр. 169. Макфарланд
  12. ^ "Создание современного мира – Рациональное производство" . Получено 20 февраля 2017 г. .
  13. ^ "PORTSMOUTH ROYAL DOCKYARD HISTORY". Архивировано из оригинала 26 февраля 2020 года . Получено 20 февраля 2017 года .
  14. ^ "Изготовление блоков - Новое направление в производстве: оборудование для изготовления блоков в Портсмуте". Архивировано из оригинала 2001-05-09 . Получено 2006-09-24 .
  15. ^ Гилберт 1965.
  16. Купер 1982.
  17. Купер 1984.
  18. ^ Эли Терри и настенные часы «Коннектикут»; Tect
  19. ^ ab Эли Терри и настенные часы Коннектикута; Текст
  20. ^ ab Muir 2000.
  21. ^ Гордон 1989.
  22. ^ Смит 1973.
  23. ^ Смит 1977.
  24. ^ Томсон, Росс (1989). Путь к механизированному производству обуви в Соединенных Штатах. Издательство Университета Северной Каролины. ISBN 978-0807818671.
  25. ^ Хантер, Луис С. (1985). История промышленной мощи в Соединенных Штатах, 1730–1930, т. 2: Паровая энергия . Шарлоттсвилл: Издательство Университета Вирджинии.
  26. Слоан 1964, стр. 20–21.

Библиография

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки