Взаимозаменяемые детали

Ford часто использовал взаимозаменяемые детали между моделями автомобилей, чтобы сэкономить на затратах, но их объем постепенно сокращался после того, как компания уступила долю рынка Chevrolet.

Взаимозаменяемые детали — это детали ( компоненты ), идентичные для практических целей. Они изготовлены в соответствии со спецификациями , которые гарантируют, что они настолько почти идентичны, что подходят к любой сборке того же типа. Одна такая деталь может свободно заменять другую, без какой-либо специальной подгонки, например подшивки . Такая взаимозаменяемость позволяет легко собирать новые устройства и облегчать ремонт существующих устройств, сводя при этом к минимуму время и навыки, необходимые от человека, выполняющего сборку или ремонт.

Концепция взаимозаменяемости имела решающее значение для внедрения сборочной линии в начале 20-го века и стала важным элементом некоторых современных производств, но отсутствует в других важных отраслях.

Взаимозаменяемость деталей была достигнута за счет сочетания ряда нововведений и усовершенствований в операциях механической обработки и изобретения нескольких станков , таких как токарно-винторезный станок , токарно-винторезный станок , револьверный станок , фрезерный станок и строгальный станок по металлу . Дополнительные нововведения включали приспособления для направления станков, приспособления для удержания заготовки в правильном положении, а также блоки и калибры для проверки точности готовых деталей. Электрификация позволила приводить в действие отдельные станки от электродвигателей, исключив приводы линейных валов от паровых двигателей или гидроэнергетики и обеспечив более высокие скорости, что сделало возможным современное крупномасштабное производство. Современные станки часто имеют числовое управление (ЧПУ), которое, когда стали доступны микропроцессоры, превратилось в ЧПУ (компьютерное числовое управление).

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

Первое использование

Свидетельства использования взаимозаменяемых частей можно проследить более чем за две тысячи лет до Карфагена во время Первой Пунической войны . Карфагенские корабли имели стандартизированные взаимозаменяемые детали, которые даже сопровождались инструкциями по сборке, похожими на пометку «Вставьте A в слот B».

Истоки современной концепции

В конце 18-го века французский генерал Жан-Батист Вакет де Грибоваль продвигал стандартизированное оружие в так называемой системе Грибоваль после того, как она была издана королевским приказом в 1765 году. (В то время система была ориентирована на артиллерию, больше чем на мушкеты. или пистолеты .) Одним из достижений системы было то, что цельнолитые пушки растачивались с точными допусками, что позволяло сделать стенки тоньше, чем у пушек с полыми сердечниками. Однако, поскольку сердечники часто располагались не по центру, толщина стенки определяла размер отверстия. Стандартизированная расточка, предназначенная для более коротких пушек без ущерба для точности и дальности из-за более плотного прилегания снарядов ; это также позволило стандартизировать снаряды.

по одному До XVIII века такие устройства, как ружья, изготавливались оружейниками уникальным способом. Если один компонент огнестрельного оружия нуждался в замене, все огнестрельное оружие нужно было либо отправить опытному оружейнику для индивидуального ремонта, либо выбросить и заменить другим огнестрельным оружием. В течение XVIII — начала XIX веков постепенно развивалась идея замены этих методов системой взаимозаменяемого производства. Разработка заняла десятилетия и в ней участвовало множество людей.

Грибоваль оказал покровительство Оноре Блану , который попытался внедрить Систему Грибоваля на уровне мушкетов. Примерно к 1778 году Оноре Блан начал производить одни из первых огнестрельных оружий со сменными кремневыми механизмами , хотя они были тщательно изготовлены мастерами. Блан продемонстрировал перед комитетом ученых, что его мушкеты могут быть оснащены кремневыми замками, выбранными наугад из груды деталей.

В 1785 году мушкеты со сменными замками привлекли внимание посла США во Франции Томаса Джефферсона благодаря усилиям Оноре Блана. Джефферсон безуспешно пытался убедить Блана переехать в Америку, затем написал с этой идеей американскому военному министру, а по возвращении в США работал над финансированием его развития. Президент Джордж Вашингтон одобрил эту концепцию, и в 1798 году Эли Уитни подписал контракт на серийное производство 12 000 мушкетов, построенных по новой системе.

Луи де Тузард , бежавший от Французской революции, присоединился к Корпорации артиллеристов США в 1795 году и написал влиятельное руководство для артиллеристов, в котором подчеркивалась важность стандартизации.

Выполнение

Многочисленные изобретатели начали пытаться реализовать описанный Бланком принцип. Разработка станков и необходимых производственных практик потребовала бы больших затрат для Департамента вооружений США , и в течение нескольких лет, несмотря на попытки добиться взаимозаменяемости, производимое огнестрельное оружие обходилось дороже в производстве. К 1853 году появились доказательства того, что взаимозаменяемые детали, усовершенствованные затем Федеральной оружейной палатой, привели к экономии. Департамент вооружения свободно делился используемыми технологиями с внешними поставщиками.

Эли Уитни и ранняя попытка

В США Эли Уитни увидел потенциальную выгоду от разработки «взаимозаменяемых деталей» для огнестрельного оружия вооруженных сил США. В июле 1801 года он построил десять орудий, содержащих одинаковые детали и механизмы, а затем разобрал их перед Конгрессом Соединенных Штатов . Он сложил детали в смешанную кучу и с его помощью собрал все огнестрельное оружие перед Конгрессом, как это сделал Блан несколько лет назад.

Конгресс был очарован и заказал стандарт для всего оборудования Соединенных Штатов. Использование взаимозаменяемых деталей устранило проблемы прежних эпох, связанные со сложностью или невозможностью производства новых деталей для старого оборудования. Если одна деталь огнестрельного оружия выйдет из строя, можно будет заказать другую, и огнестрельное оружие не придется выбрасывать. Загвоздка заключалась в том, что ружья Уитни были дорогими и изготавливались вручную квалифицированными мастерами.

Чарльз Фитч отметил, что Уитни успешно выполнила контракт на поставку огнестрельного оружия со взаимозаменяемыми деталями с использованием американской системы . но историки Мерритт Роу Смит и Роберт Б. Гордон с тех пор определили, что Уитни так и не добилась производства взаимозаменяемых деталей. Однако оружейная компания его семьи сделала это после его смерти.

Парусные блоки Брюнеля

Полиспаст для такелажа на парусном судне

Массовое производство с использованием взаимозаменяемых деталей было впервые осуществлено в 1803 году Марком Изамбардом Брюнелем в сотрудничестве с Генри Модслеем и Саймоном Гудричем под руководством (и при участии) бригадного генерала сэра Сэмюэля Бентама . Генеральный инспектор военно-морских работ на Портсмутской блочной мельнице , Портсмутская верфь , Хэмпшир , Англия. В то время Наполеоновская война была в самом разгаре, и Королевский флот находился в состоянии расширения, что требовало 100 000 полиспастов производства в год. Бентам уже добился поразительной эффективности в доках, внедрив механическое оборудование и реорганизовав систему верфи.

Генри Модслея Токарно-винторезные станки ( ок. 1800 г. ) позволили крупномасштабное промышленное производство взаимозаменяемых винтов.

Марк Брюнель, инженер-новатор, и Модслей, отец-основатель станкостроения , который в 1800 году разработал первый промышленно практичный токарно-винторезный станок стандартизировал размеры винтовой резьбы . , который впервые сотрудничал в разработке планов по производству оборудования для изготовления блоков; предложение было представлено Адмиралтейству, которое согласилось поручить ему услуги. К 1805 году верфь была полностью обновлена ​​революционным, специально созданным оборудованием, в то время как продукция все еще производилась индивидуально с использованием различных компонентов. Всего потребовалось 45 станков для выполнения 22 операций с блоками, которые можно было изготавливать трех разных размеров. Машины были почти полностью изготовлены из металла, что повышало их точность и долговечность. Машины делали маркировку и углубления на блоках, чтобы обеспечить выравнивание на протяжении всего процесса. Одним из многих преимуществ этого нового метода было повышение производительности труда за счет менее трудоемких требований к управлению машинами. Ричард Бимиш, помощник сына и инженера Брюнеля, Изамбарда Кингдом 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 годовое производство достигло 130 000 блоков, а часть оборудования все еще работала до середины двадцатого века.

Часы Терри: успех в дереве

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

Эли Терри использовал взаимозаменяемые детали на фрезерном станке еще в 1800 году. Уорд Франсильон, часовщик, в своем исследовании пришел к выводу, что Терри уже создал взаимозаменяемые детали еще в 1800 году. В исследовании были изучены несколько часов Терри, произведенных между 1800–1807 годами. Детали были промаркированы и заменены при необходимости. Исследование пришло к выводу, что все части часов взаимозаменяемы.Самым первым массовым производством с использованием взаимозаменяемых деталей в Америке стал контракт Эли Терри с Портером 1806 года, который предусматривал производство 4000 часов за три года. За время этого контракта Терри изготовил четыре тысячи деревянных механизмов с высоким корпусом, в то время как в среднем в год их было около дюжины. В отличие от Эли Уитни , Терри производил свою продукцию без государственного финансирования. Терри увидел, что часы могут стать предметом домашнего обихода. С помощью фрезерного станка Терри смог массово производить несколько десятков часовых колес и пластин одновременно. Для изготовления однородных шестерен использовались приспособления и шаблоны, чтобы все детали можно было собрать на сборочной линии .

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 вручную с помощью напильника. Диана Мьюир считает, что фрезерный станок Норта был запущен примерно в 1816 году. 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 движущимися частями (пушками), используя систему, которая подразумевала использование грубокованых деталей с фрезерный станок, который фрезеровал детали почти до нужного размера, а затем «опиливал их вручную с помощью оправок».

Историки расходятся во мнениях по вопросу о том, Холл или Норт добились решающего улучшения. Меррит Роу Смит считает, что это сделал Холл. Мьюир демонстрирует тесные личные связи и профессиональные союзы между Симеоном Нортом и соседними механиками, массово производящими деревянные часы, чтобы доказать, что процесс производства ружей со взаимозаменяемыми деталями, скорее всего, был разработан Нортом для подражания успешным методам, используемым в массовом производстве часов. Возможно, не удастся решить этот вопрос с абсолютной уверенностью, если в будущем не появятся неизвестные сейчас документы.

Конец 19 - начало 20 веков: распространение в производстве.

Квалифицированные инженеры и машинисты, многие из которых имели опыт работы в оружейном деле, распространили взаимозаменяемые производственные технологии на другие отрасли американской промышленности, в том числе на часовщиков и производителей швейных машин Уилкокса и Гиббса, а также Уиллера и Уилсона, которые использовали взаимозаменяемые детали до 1860 года. Позднее внедрение взаимозаменяемой системы было Швейная машина Singer Corporation (1860–70-е годы), жаток производитель McCormick Harvesting Machine Company (1870–1880-е годы) и несколько крупных производителей паровых двигателей, таких как Corliss (середина 1880-х годов). а также производители локомотивов. Пишущие машинки появились несколько лет спустя. Затем в 1880-х годах в крупномасштабном производстве велосипедов стала использоваться взаимозаменяемая система.

За эти десятилетия настоящая взаимозаменяемость превратилась из редкого и сложного достижения в повседневную возможность во всех отраслях обрабатывающей промышленности. В 1950-х и 1960-х годах историки техники расширили мировое понимание истории развития. Лишь немногие люди за пределами этой академической дисциплины знали много об этой теме до недавнего времени, в 1980-х и 1990-х годах, когда академические знания начали находить более широкую аудиторию. Совсем недавно, в 1960-х годах, когда Альфред П. Слоан опубликовал свои знаменитые мемуары и трактат по менеджменту « Мои годы с General Motors» , даже давний президент и председатель крупнейшего когда-либо существовавшего производственного предприятия знал очень мало об истории развития, кроме как сказать, что:

[ Генри М. Лиланд , я полагаю, был одним из тех, кто в первую очередь ответственен за внедрение технологии взаимозаменяемых деталей в автомобильное производство. […] Мое внимание было обращено на то, что Эли Уитни задолго до этого начал разработку взаимозаменяемых деталей для производства оружия, факт, который предполагает линию происхождения от Уитни к Леланду и к автомобильной промышленности.

Одной из наиболее известных книг на эту тему, которая была впервые опубликована в 1984 году и пользовалась читательской аудиторией за пределами академических кругов, была Дэвида А. Хауншелла книга « От американской системы к массовому производству, 1800–1932: развитие производственных технологий». в Соединенных Штатах .

См. также

• Пособие (инженерное)
• Управление конфигурацией
• Инженерное соответствие
• Инженерная толерантность
• Взаимозаменяемость
• Точно в срок (бизнес)
• Луи де Тузард
• Модульная конструкция
• Предпочтительные номера

Библиография

• Кантрелл, Дж.; Куксон, Г., ред. (2002), Генри Модслей и пионеры века машин , Страуд .
• Коад, Джонатан (1989), Королевские верфи, 1690–1850 , Олдершот .
• Коад, Джонатан (2005), Портсмутские блочные заводы: Бентам, Брюнель и начало промышленной революции Королевского флота , English Heritage, ISBN  1-873592-87-6 .
• Купер, CC (1982), «Производственная линия на заводе по производству блоков в Портсмуте», Industrial Archeology Review , VI : 28–44.
• Купер, CC (1984), «Портсмутская система производства», Technology and Culture , 25 (2): 182–225, doi : 10.2307/3104712 , JSTOR   3104712 , S2CID   111936139 .
• Фитч, Чарльз Х. (1882), Дополнительный бюллетень переписи населения. Отчет о производстве огнестрельного оружия и боеприпасов , Вашингтон, округ Колумбия, США: Типография правительства США.
• Френч, Томас Э.; Вирк, Чарльз Дж.; и др. (1953), Руководство по инженерному черчению для студентов и чертежников (8-е изд.), Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: McGraw-Hill, LCCN   52013455 .
• Гилберт, КР (1965), Портсмутское оборудование для производства блоков , Лондон, Великобритания: Канцелярия Ее Величества.
• Гордон, Роберт Б. (1989), «Саймон Норт, Джон Холл и механизированное производство», Technology and Culture , 30 (1): 179–188, doi : 10.2307/3105469 , JSTOR   3105469 , S2CID   111632820 .
• Хауншелл, Дэвид А. (1984), От американской системы к массовому производству, 1800–1932: Развитие производственных технологий в Соединенных Штатах , Балтимор, Мэриленд: Издательство Университета Джонса Хопкинса , ISBN  978-0-8018-2975-8 , LCCN   83016269 , OCLC   1104810110 Подробно прослеживается идеал взаимозаменяемых деталей, от его зарождения во Франции 18-го века, постепенного развития его практического применения через оружейную практику («Американская система») 19-го века до его вершины. в настоящее массовое производство, начиная с начала 20 века.
• Мьюир, Диана (2000), Размышления в пруду Буллоу: экономика и экосистема в Новой Англии , Университетское издательство Новой Англии, ISBN  978-0-87451-909-9 .
• Слоан, Альфред П. (1964), Макдональд, Джон (ред.), Мои годы с General Motors , Гарден-Сити, Нью-Йорк, США: Doubleday, LCCN   64011306 , OCLC   802024 . Переиздано в 1990 году с новым предисловием Питера Друкера ( ISBN   978-0385042352 ).
• Роу, Джозеф Уикхэм (1916), английские и американские производители инструментов , Нью-Хейвен, Коннектикут: издательство Йельского университета, LCCN   16011753 . Перепечатано McGraw-Hill, Нью-Йорк и Лондон, 1926 г. ( LCCN   27-24075 ); и Lindsay Publications, Inc., Брэдли, Иллинойс ( ISBN   978-0-917914-73-7 ). Знаменитая классика истории станков. Широко цитируется в более поздних работах.
• Смит, Мерритт Роу (октябрь 1973 г.), «Джон Холл, Симеон Норт и фрезерный станок», Technology and Culture , 14 (4): 573–591, doi : 10.2307/3102444 , JSTOR   3102444 , S2CID   111427243 .
• Смит, Мерритт Роу (1977), Harper's Ferry Armory и новые технологии , Cornell University Press .
• Ван Дюзен, Альберт Э. (2003). «Элай Уитни» . Ноутбук Энциклопедия истории Коннектикута . CTHeritage.org . Проверено 18 февраля 2009 г. .
• Уилкин, Сьюзен (1999), Применение новых технологий на Портсмутской верфи, 1790–1815 гг. [Докторская диссертация] , Открытый университет . (Копии доступны в службе британских диссертаций Британской библиотеки).

Дальнейшее чтение

• Норт, Саймон Ньютон Декстер; Норт, Ральф Х. (1913), Симеон Норт: первый официальный производитель пистолетов в Соединенных Штатах: мемуары , Конкорд, Нью-Хэмпшир, США: Rumford Press, ISBN  9780598747723 .
• Паркхерст, Э.Г. (3 января 1901 г.), «Производство по системе взаимозаменяемых деталей», American Machinist , Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Hill Publishing Company.

Внешние ссылки

• Происхождение взаимозаменяемых деталей