חלקי מכונה: שיקולים בתכנון וייצור
כל מכונה או מתקן בנויים מחלקים שונים, כאן אין כל חדש. החלקים במכונות שתתכננו יבוצעו במספר טכנולוגיות שונות. להלן נסקור כמה מהנושאים המרכזיים שתצטרכו לתת עליהם את הדעת בתכנון וייצור חלקים. זה המקום לעשות קצת סדר ולהסביר באופן עקרוני אילו תכונות יופיעו בכל חלק שתתכננו. תכונות אלו אינן קשורות לטכנולוגיה מסוימת ואינן קשורות לבעיה אותה אמורה המכונה שלכם לפתור. האיור להלן מסביר בצורה בסיסית מהו בעצם "חלק" במכונה שלכם, אילו שיקולים נדרשים בכדי לתכנן ולייצר אותו ואילו גורמים מעורבים בהחלטות אלו:
לפני הכל עליכם לזכור כי החלקים שאנו דנים בהם ייוצרו ברוב המקרים עבור מכונה או מתקן ברצפת הייצור, כלומר זהו פרויקט חד פעמי. אולי המכונה תשוכפל בכדי לשמש באתרי ייצור אחרים או בקווים נוספים במפעל, אך בכל מקרה אין מדובר כאן בתכנון מוצר לייצור המוני שם שיקולי התכנון אמנם זהים כמעט לאלו המופיעים באיור לעיל, אך השיקולים המערכתיים שונים בתכלית ואינם מתאימים ליישום בייצור חלקים למכונות ומתקנים. טוב להכיר את מכלול השיקולים הקשורים ישירות לחלק עצמו, אך יש תמיד לזכור שאין דין פרוטה כדין מאה במקרה זה. חלק המיוצר בכמות מוגבלת עבור מכונה או מתקן מאוד מסוימים אינו דומה לחלק המיוצר עבור מתקן או מכונה שהינם למשל מוצר צריכה המוני כדוגמת מכונת כביסה, צעצועים או רכבים.
כעת ניגש להסבר מפורט של התרשים הנ"ל: החיצים הכחולים מציינים את כיוון ההשפעה (שיקול נדרש) העיקרי של כל אחד מהמושגים המצוינים לעיל. מובן שבסופו של דבר "הכל משפיע על הכל" אך עיקרי ההשפעות וכיוונן העיקרי הוא כפי שנראה באיור לעיל. מובן למשל שדרישות פיסיקליות משפיעות על בחירת חומר הגלם, אך הן משפיעות גם על הגיאומטריה – חץ שלא צוין כאן מכיוון שההשפעה העיקרית של הדרישות הפיסיקליות מתבטאת בבחירת חומר הגלם. אפשר ללמוד מתרשים זה שהגדרה טובה של תיפקוד החלק במכונה כולה הינה קריטית לתכנון חלק מיטבי. בהמשך המדריך נסקור כל אחת מהתכונות המופיעות לעיל וכיצד ליישם בצורה מיטבית כל אחת מהן כך שיתאימו לתפקידו של החלק במכונה. תכנון מערכתי טוב, כפי שהוזכר במאמר קודם, הינו הבסיס לתכנון חלקים מיטביים ומכונה שתבצע את תפקידה על הצד הטוב ביותר.
נקודה חשובה נוספת: בחירת טכנולוגיית ייצור הינה תוצאה ישירה של הגיאומטריה וחומר הגלם. עם הניסיון כבר תדעו מהי טכנולוגיית הייצור העדיפה כבר בשלב התכנון הראשוני של החלק ותמצאו את עצמכם מתאימים את חומר הגלם והגיאומטריה לטכנולוגיית הייצור, כלומר כיווני החיצים התהפכו! האמנם?
מכיוון שתהליך התכנון כולו הינו איטרטיבי מטבעו למעשה אתם מבצעים תמיד את התהליך בכיוון שמראים החיצים לעיל, אלא שבכל פעם מחדש אתם בוחנים נושא אחר ובעקבות כך נוכחים לדעת שהנושאים האחרים משתנים בעקבותיו. כאשר לכל הנושאים המופיעים באיור ניתן מענה לשביעות רצונכם ניתן יהיה לומר שהחלק מוכן לייצור.
נקודה חשובה נוספת שיש לתת עליה את הדעת: תהליך התכנון הינו תהליך איטרטיבי, כלומר בשלב בחירת טכנולוגיית הייצור יש לשקול שוב נושאים מערכתיים (תכנון לייצוריות, תכנון להרכבה ועוד גורמים שייסקרו בהרחבה בהמשך). אם טכנולוגיית הייצור סותרת את אחד השיקולים הללו יש מקום לחשיבה מחודשת על עצם ההגדרה של תיפקוד החלק במכונה. פרק זה עוסק כאמור בשיקולים מרכזיים לתכנון ולייצור חלקים. את שני השיקולים הללו אפשר לסכם למעשה בשני משפטי מפתח בודדים:
שיקול מרכזי בתכנון: כל המושגים המופיעים באיור הקודם צריכים להיות מוגדרים היטב לפני ייצור בפועל של החלק.
שיקול מרכזי בייצור: ייצור החלק הינו פשרה בין הדרישות המערכתיות ליכולות הייצור הזמינות בזמן ביצוע הפרויקט.
מהי המשמעות של הגדרה טובה? הכוונה היחידה האפשרית כאן הינה שכל מכלול השיקולים הנוגעים לחלק עצמו יהיו מוגדרים בשרטוט הייצור. כל תהליכי העיבוד, אפיצויות מתאימות, סדר התהליכים, בדיקות לאחר כל שלב ועוד... כל מה שדרוש בכדי שהחלק עצמו יבוצע בהתאם לתכנון שלו. אם כן – מדוע נדרשות פשרות בתהליך הייצור? אם הפרויקט כולו מתנהל כשורה ללא חריגות מלוח הזמנים והתקציב וללא כל הפתעות מצד קבלני המשנה המעורבים, אין שום מקום לפשרה בייצור – כל מה שהוגדר בשרטוט נדרש להיות מבוצע כלשונו ללא פשרות. אבל... בחיים האמתיים שום דבר אינו מושלם וקבלני המשנה שלכם ייתקלו בבעיות ביישום הדרישות שלכם. אם התכן שלכם יכול לקבל שינויים הנובעים מאילוצים אצל קבלני המשנה שלכם אזי תכננתם חלק בעל תכן עמיד ולא צריכה להיות שום בעיה בקבלת פשרות מסויימות, אך ככל שהחלק שלכם רגיש יותר לשינויים ביישום טכנולוגיית הייצור תהיה לכם בעיה גדולה לבצע פשרות אלו.
בכדי לעזור בתהליך התכנון נסקור כעת כמה שאלות מרכזיות שיגדירו בצורה אידיאלית* את כל השיקולים הנוגעים לתכנון חלק כלשהו. אתם יכולים לבצע ניתוח שכזה לכל חלק במכונה שלכם אולם בפועל תידרשו לכך רק במספר חלקים מועט המהווים את הבסיס למכונה שלכם, אותו בסיס שבלעדיו אין למכונה יכולת קיום – על כך נרחיב את היריעה במאמרים נוספים.
להלן השאלות הדורשות תשובה לגבי כל שיקול:
* שאלות אלו מהוות את מכלול השיקולים המרכזיים בתכנון של כל חלק, עוד לפני כניסה לכל נושא השיקולים המערכתיים. אפשר לסכם שיקולים אלו בכלל אחד אינטואיטיבי:
בעולם מושלם ובמכונה מושלמת בהם אין חשיבות לזמן או לכסף – כיצד החלק האידיאלי צריך להיראות ולתפקד?
החלק האידיאלי הנ"ל אינו קיים בשום מקרה, אך הוא מהווה מוצא טוב ליעד שיש לשאוף אליו במהלך התכנון המפורט.
להלן מובאת טבלה זהה לנ"ל עם דוגמא לחלק כלשהו עליו נידרש לענות לכל אחת מהשאלות שעלו:
מסומנות באדום כל הבעיות הדורשות מענה. אם ישנו מענה המניח את דעתכם כמתכננים עליכם לציין זאת לעצמכם. למשל – אם דרושה הגדרה מיוחדת בשרטוט לתהליכים הטכנולוגיים יש לזכור זאת בבואכם לתת את השרטוט לביצוע אצל איש המקצוע המתאים. דוגמא נוספת: אם כשל מכני אפשרי בחלק עצמו, באלמנט החיבור ובחלקים ההיקפיים יש לתת על לכך פיתרון המבטיח שכשל כזה לא יקרה כל עוד יבוצעו טיפולים תקופתיים שאותם מגדיר המתכנן – אלו נושאים העוסקים בתכנון לאחזקה ולאורך חיים. השיקולים שצוינו בטבלה אינם מהווים 100% ממכלול השיקולים הדרוש, אך תמצאו שברוב המוחלט של המקרים טבלה זו תספק אתכם בהחלט.