עקרונות מנחים בתכנון להרכבה
תכנון להרכבה נחשבת פעילות שנעשית מאוחר יחסית בתהליך התכנון המכני מכיוון שלרוב פעילות זו דורשת תכנון מעבר לרמת פירוט מסויימת בכדי שאפשר יהיה להתייחס לאספקטים רלוונטיים. למעשה תכנון להרכבה הינו תהליך שזרעיו נשתלים במוחו של המתכנן כבר בתחילת הדרך בצורה של עקרונות כלליים ונובטים לכלל פתרונות מעשיים בסוף תהליך התכנון. תכנון להרכבה הינו אוסף של עקרונות כלליים (זרעים) לצד אוסף של פתרונות מעשיים ספציפיים שהתפתחו לאורך השנים ומתבססים על ניסיונם של רבים וטובים שכבר ניסו דברים דומים לפניכם (נבטים). בכדי שהזרעים שלכם ינבטו בסוף תהליך התכנון ויתפתחו לכלל הצמחיה הסבוכה שעוטפת את המכונה שלכם יש לשאול לכל אורך תהליך התכנון שאלה אחת בלבד:
כיצד אפשר להרכיב את החלק העומד מולי בצורה מיטבית במכונה?
אין תשובה חד משמעית לשאלה זו מכיוון שהיא משתנה מתכנון אחד למשנהו וממתכנן אחד לחברו. חשוב רק שהפתרון יהיה חלק מתהליך חשיבה גדול יותר המוכוון להרכבה טובה יותר של חלקי המכונה.
ראשית, לפני שצוללים אל הפרטים הטכניים, ננסח כמה עקרונות כלליים שיעזרו לנו להבין וליישם לגבי כל חלק תהליך של הרכבה מיטבית:
10 עקרונות מרכזיים בתכנון להרכבה:
1. הפחתת משקל ההרכבה הכללי.
2. צמצום מספר החלקים הדרוש להרכבה.
3. צמצום מספר הקשיחים השונים (ראו בהמשך) הנדרשים להרכבה.
4. הרכבה עם מגוון מינימלי של כלים טכניים (ראו בהמשך).
5. מניעת אפשרות להפוך / להחליף מיקום בין חלקים דומים.
6. רגישות מינימלית לאוריינטציית ההרכבה.
7. הימנעות מפינות חדות בחלקים (סיכון בטיחותי למרכיב).
8. רגישות מינימלית לסדר ההרכבה במכלולים שלא מחייבים זאת.
9. גישה נוחה ולא מסוכנת (בטיחות!) להרכבת החלק / מכלול.
10. כיוון מכלולים / חלקים הדורשים מיקום מדויק לאחר ההרכבה.
כעת כל אחד מהעקרונות הנ"ל יזכה להתייחסות קצרה כולל פירוט קצר. ראוי לציון במיוחד הוא שעקרונות תכנון לייצוריות יימצאו בקונפליקט מתמיד עם עקרונות התכנון להרכבה ויש תמיד למצוא את האיזון הנכון בין שני המרכיבים האלו בפרט ובין כל שיקולי התכנון המנחים את תהליך תכנון המכונה בכלל.
לפני שנמשיך ראוי לציין שוב, ביתר דיוק במה עוסק ובמה לא עוסק פרק זה:
פרק זה עוסק בנושא תכנון חלקים בצורה כזו שיוכלו להיות מורכבים בצורה מיטבית
פרק זה אינו עוסק בנושא תכנון חלקים כך שיוכלו להיות מפורקים* במקרה הצורך בצורה מיטבית
* פירוק חלקים ייסקר בפירוט במאמר נפרד "תכנון לאחזקה"
הפחתת משקל ההרכבה הכללי:
עיקרון מרכזי וחשוב זה משפיע למעשה על התכנון כולו ועל ההרכבה בפרט. ככל שחלקי המכונה קלים יותר נעשית ההרכבה שלהם יותר קלה ונוחה והטיפול בהם יותר קל. בהיבט בטיחותי לדוגמא אין צורך לחשוש שחלק ששוקל מאה גרם ייפול וייפצע אדם כלשהו בתהליך ההרכבה, לעומת זאת חלק השוקל 10 ק"ג ועשוי פלדה יכול בקלות לגרום לפציעות לא נעימות בעיקר אם החלק נופל מגובה רב. להפחתת משקל יש חשיבות גבוהה אמנם אבל אין היא יכולה לבוא על חשבון חוזק מכני / ביצועים מכניים דרושים או על חשבון עלות ייצור גבוהה במיוחד.
צמצום מספר החלקים הדרוש להרכבה:
ברור לגמרי שככל שישנם פחות חלקים להרכבה על פניו ההרכבה תהיה קלה יותר ופשוטה יותר. למעשה הדבר לא תמיד נכון ויש להשתמש בעיקרון זה בזהירות ולא "למזג" חלקים שלא לצורך. במרבית המקרים אם ישנה אפשרות לבצע חלק אחד במקום מספר חלקים שונים ישנה הצדקה גבוהה לתכנון בכיוון זה. עיקרון זה מתחיל למעשה כבר בשלב התכנון העקרוני של המכונה כאשר בונים גושים גדולים בהרכבה המייצגים חלקים עתידיים. כל גוש כזה יכול להיות מורכב ממספר חלקים שונים מצד אחד או לבצעו כחלק אחד ויחיד בתכנון הסופי.
צמצום מספר הקשיחים השונים הנדרשים להרכבה:
ראשית נבהיר לרגע את מושג הקשיחים. זהו מושג שהתפתח בישראל המתאר למעשה את מכלול החלקים המשמשים להרכבת חלקים ושאפשר לקנות אותם כפריטי מדף אצל ספקים שונים. פריטים אלו הינם כל כך בסיסיים עד שצורתם הגיאומטרית נקבעה בתקנים בינלאומיים המשמשים לייצור בכל רחבי העולם. קשיחים נקראים בלעז Fasteners על שם ייעודם המקורי: יצירת הידוק בין שני חלקים או יותר. רובם המכריע של הקשיחים שתיתקלו בהם הינם למעשה ברגים, אומים, דסקיות, פיני מיקום, שגמים, טבעות סגר וכו'...
צמצום מספר הקשיחים הינו למעשה נגזרת של העיקרון הקודם, אך במקרה הזה הרבה יותר פשוט וקל ליישמו ולכן הוא מובא כאן בנפרד. אין צורך במקרה זה לייצר קשיח חדש אלא רק לבחור מתוך קטלוג של פריטים סטנדרטיים. ככל שמגוון הקשיחים וכמותם הכללית תרד כך ההרכבה תהיה פשוט יותר וקלה יותר.
הרכבה עם מגוון מינימלי של כלים טכניים
כמו כל עקרונות הצמצום שנסקרו לעיל גם מגוון הכלים ישפיע על התכנון להרכבה. נסו לתאר לעצמכם הרכבה הדורשת עשרות כלים שונים להשלמתה לעומת הרכבה הדורשת למשל רק סט מפתחות אלן. עיקרון זה מתקשר עם ישירות לעיקרון הקודם מכיוון שהפחתת מספר סוגי הקשיחים מפחית בהכרח את מגוון הכלים הנחוץ להרכבה. רוב הקשיחים שתעשו בהם שימוש דורשים כלים סטנדרטיים להשלמת הפעולה, הווה אומר בעיקר מפתחות אלן, מברגים, מפתחות פתוחים, בוקסות, פלאיירים וכו'...
מניעת אפשרות להפוך / להחליף מיקום בין חלקים דומים:
אחת הבעיות בהרכבות מסויימות הינה מיקום נכון של חלקים. ככל שהחלק מורכב מוקדם יותר בתהליך כך הכלל הזה הינו קריטי ליישום לגביו. כמו בכל דבר בחיים, ככל שהטעות נעשית מוקדם יותר ככל שעובר הזמן כך קשה יותר לתקנה. אם ישנה יותר מאפשרות אחת למיקום חלק או אם שרטוט ההרכבה לא ברור הסיכוי לטעות בהרכבה גדול מאוד. בנוסף לכך, אם ישנם בהרכבה מספר חלקים דומים אשר כל אחד מהם יכול להיות מורכב במקום רעהו זה מצב מסוכן גם כן שיוביל ברוב המקרים לטעות בהרכבה.
רגישות מינימלית לאוריינטציית ההרכבה:
עיקרון זה הינו הפוך לקודמו. כאן נשתדל לתכנון חלקים כך שכיוון ההרכבה שלהם אינו משנה בכלל. ישנם מקומות רבים בהם אפשר ורצוי לתכנן חלקים בצורה כזו שאם ניתן להרכיב אותם ביותר מדרך אחת זה אפשר יהיה לעשות זאת ללא חשש. ברוב המקרים עיקרון זה מתייחס לחלקים שהם כמעט סימטריים ביחס למישור מסוים. אם ניתן לייצר חלקים סימטריים ההעדפה היא כמעט תמיד לעשות כן.
הימנעות מפינות חדות בחלקים:
זהו אחד הכללים שמתנגש בצורה הקשה ביותר עם נושא התכנון לייצוריות. אילו היינו יכולים היינו מייצרים את כל החלקים עם פינות עגולות ויפות כך שגם מבחינה אסתטית הם ייראו טוב וגם לא ייגרמו לפציעה ולו הקלה ביותר כאשר מחזיקים אותם ביד לקראת הרכבה. ככל שנעגל פינות רבות יותר בחלקים שלנו כך תעלה עלות הייצור שלהם, לפעמים בצורה דרמטית מאוד. לעומת זאת אין לזלזל בנושא זה במיוחד בכל מה שנוגע לחלקים כבדים הדורשים דחיפה או משיכה בכדי להביאם למקומם. יש לתת את הדעת לגבי כל חלק כיצד הוא יגיע למיקום הסופי שלו בתהליך ההרכבה ובהתאם לכך לתכנן את שבירת פינות חדות בצורות שונות.
רגישות מינימלית לסדר ההרכבה במכלולים שלא מחייבים זאת:
אחת התופעות שתיתקלו בהן במהלך הרכבת המכונה שלכם הינה הרצון להרכיב חלקים מיד עם הגעתם מהיצרנים השונים, אך מה יקרה למשל אם הגיעו חלקים שכולם ממוקמים על בסיס אחד גדול אבל אותו בסיס עדיין לא יוצר? כלל זה נוגע בנושא שיידון בפרק אחר בהמשך מדריך זה והוא ניהול הפרויקט ההנדסי מבחינת לוגיסטיקה ולוחות זמנים, אך בשלב זה נתמקד רק בנושא הצר של תכנון להרכבה. ישנם מכלולים, כמו אותו בסיס שנזכר לעיל, שלא דורשים סדר הרכבה מסוים. ככל שירבו מכלולים כאלו בתכנון שלכם כך ההרכבה תהיה פשוטה וקלה יותר.
גישה נוחה ולא מסוכנת להרכבת החלק / מכלול:
כלל זה מדבר בעד עצמו. ראוי לציין רק שגישה נוחה להרכבה לא צריכה לבוא על חשבון גורמים אחרים שיש להתחשב בהם. ישנן הרכבות שעל מזבח יעילות המכונה ועלותה מקריבים פעמים רבות את נוחות ההרכבה. הנוחות כשלעצמה אינה מספיקה ולרוב כאשר מרגישים בנוח נוטים לא להיפגע ולכן כלל הבטיחות הקשור לעיקרון זה מופיע גם הוא באותה שורה. אם בכל זאת דרוש לבצע הרכבה במקום מסוכן, למשל בתוך מנגנון שעלול לנוע, צריך לדאוג לחלקים נוספים שיבטיחו את בטיחות ההרכבה.
כיוון מכלולים / חלקים הדורשים מיקום מדויק לאחר ההרכבה:
כל מכונה או מתקן דורשים דיוק מסוים במכלולים מסוימים לשם עבודתם התקינה. הסתמכות על פעולות עיבוד שבבי בלבד והרכבה לאחר הצטברות טולרנסים בחלקים רבים אינה תמיד מספיקה. כיוון סופי של מכלולים וחלקים האחד ביחס לשני נדרש לעיתים מאוד קרובות. למרות שעל פניו נראה שההרכבה תהיה מובכת יותר אם נתכנן מנגנוני כיוון כאלו ואחרים למעשה אנחנו חוסכים לעצמנו עבודה מיותרת של הרכבה ופירוק של חקים רבים שידרשו שינוי במידותיהם בכדי להגיע לדיוק הנדרש. בנוסף לכך אם נרצה לבנות יותר ממכונה אחת נצטרך לבצע את העבודה הסיזיפית הזו בכל פעם מחדש מה שיגרור בהכרח חוסר תאימות בין המכונות השונות.