Лекция 6 Научно-технические принципы и методы стандартизации

 

Результаты стандартизации оцениваются теми изменениями, кото­рые она внесла в хозяйственную деятельность, в развитие научно-техни­ческого прогресса. Для того чтобы эти изменения были положительны­ми, т.е. чтобы стандартизация была эффективной, необходимо на стадии разработки стандартов выполнять следующие обязательные научно-технические принципы и методы стандартизации:

- принцип системности. Под системой понимают совокупность взаимосвязанных элементов, функционирование которых приводит к выполнению поставленной цели с максимальной эффективностью и наименьшими затратами. Количественные связи элементов системы могут быть детерминированными или случайными. Совокупность взаимосвязанных элементов, входящих в систему, образуют структуру, позволяющую строить иерархическую зависимость на различных уровнях.

- принцип обеспечения функциональной взаимозаменяемости стандартизируемых изделий. Позволяет обеспечить взаимозаменяемость изделий по эксплуатационным показателям.

- научно-исследовательский принцип разработки стандартов – проведение специальных теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских работ при подготовке и внедрении стандартов. Показатели, нор­мы, характеристики и требования, включаемые в стандарт, должны соответствовать передовому уровню науки и техники и основываться на результатах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Поэтому разработка всех видов и категорий стандартов должна вестись с учетом и использованием научных достижений в соответствующих областях, а в необходимых случаях разработке стандартов должно предшествовать проведение научно-исследо­вательских работ.

- принцип предпочтительности применяется, чтобы повысить уровень взаимозаменяемости и уменьшить номенклатуру типоразмеров заготовок и оснастки и создать условия для кооперирования заводов, т. к. типоразмеры деталей и типовых соединений, ряды допусков, посадок стандартизируют одновременно для многих отраслей промышленности. Используется при проведении типизации и разработке стандартов на изделия широкого приме­нения, решении задач рационального выбора и установления градаций количественных значений параметров изделий (размеров, номиналов, масс и др.) и должен основываться на использовании рядов пред­почтительных чисел. Установление на их основе рядов параметров (параметрических ря­дов), с одной стороны, препятствует неоправданному расширению но­менклатуры и типоразмеров вновь создаваемых изделий, а с другой, по­зволяет установить такие технико-экономические характеристики изде­лий, которые соответствуют современным требованиям, и учесть пер­спективы развития соответствующих видов продукции.

В РФ действует система предпочтительных чисел ИСО, устанавли­вающая предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел (ряды R).Применяются также предпочтительные числа, построенные по рядам, принятым Международной электротехнической комиссией (ряды Е). Сущность «параметрической» стандартизации и состоит в том, что параметры и размеры изделий массового производства уста­навливаются по определенным правилам, применяя ряды пред­почтительных чисел.

Согласно этому принципу устанавливают несколько рядов значений стандартизируемых параметров с тем, чтобы при их выборе первый ряд предпочесть второму, второй – третьему. Ряды предпочтительных чисел должны удовлетворять следующим требованиям:

- представлять рациональную систему градаций, отвечающую потребностям производства и эксплуатации;

- быть бесконечными в уменьшении и увеличении чисел, т.е. допускать неограниченное развитие параметров или раз­меров в направлении их уменьшения или увеличения;

- включать все последовательные десятикратные или дробные значения каждого числа ряда;

- быть простыми и легко запоминающимися.

Наиболее широко используются ряды предпочтительных чисел, построенные по принципу геометрической прогрессии. Она представляет собой ряд чисел с постоянным отношением двух соседних чисел – знаменателем прогрессии А. Каждый член прогрессии является произведением предыдущего члена на А (при и прогрессии имеют вид 1; 2; 4; 8; 16; 32; … и 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3). В соответствии с рекомендацией ИСО установлены ряды предпочтительных чисел со знаменателем А: . Произведение или частное двух предпочтительных чисел, а также положительные или отрицательные степени чисел ряда дают предпочтительное число этого же ряда с относительной ошибкой в пределах от -1,01 до +1,26%. В рядах со знаменателями содержится число 3,15, приблизительно равное . Благодаря этому длина окружности и площадь круга, диаметр которого предпочтительное число, примерно равны предпочтительным числам. Ряд со знаменателем прогрессии включает предпочтительные числа 375, 750, 1500, 3000, имеющие особое значение в электротехнике, т.к. представляют собой синхронные частоты вращения валов электродвигателей, измеряемые оборотами в минуту. ГОСТ 8032 – 84 составлен с учетом рекомендаций ИСО и устанавливает 4 основных ряда предпочтительных чисел (R5, R10, R20, R40) м 2 дополнительных(R80, R160). Отступление от предпочтительных чисел и их рядов допускается в следующих случаях:

- округление до предпочтительного числа выходит за пределы допускаемой погрешности;

- значение параметров технических объектов следуют закономерности, отличной от геометрической прогрессии.

При установлении размеров, параметров и других числовых характеристик их значения следует брать из основных рядов предпочтительных чисел. При этом величины ряда R5 необходимо предпочесть величинам рядаR10, величины ряда R10 - величинам R20, последние – величинам R40.

Выборочные ряды предпочтительных чисел получают путем отбора каждого 2, 3, 4, …, п -го члена основного или дополнительного ряда, начиная с любого числа. Обозначения выборочного ряда состоят из обозначений исходного основного ряда, после которого ставится косая черта и соответственно число 2, 3, 4, …, п. если ряд ограничен, обозначение должно содержать члены, ограничивающие его, если он не ограничен, должен быть указан хотя бы один его член:

R5/2 (1,…, 1000000) – выборочный ряд, составленный из каждого второго члена основного ряда R5, ограниченный членами 1 и 1000000;

R10/3 (… 80…) – выборочный ряд, составленный из каждого третьего члена основного ряда R10, включающий член 80 и не ограниченный в обоих направлениях;

R20/4 (112…) – выборочный ряд, составленный из каждого четвертого члена основного ряда R20 и ограниченный по нижнему пределу членом 112;

R40/5 (… 60) – выборочный ряд, составленный из каждого пятого члена основного ряда R40 и ограниченный по верхнему пределу членом 60.

Выборочные ряды предпочтительных чисел должны применяться, когда уменьшение числа градаций создает дополнительный эффект по сравнению с использованием полных рядов. Из выборочных рядов с одинаковым значением предпочтение следует отдать ряду, содержащему единицу или число, единственной значащей цифрой которого является единица (0,01; 0,1; 10; 100 и т.д.).

Допускается использовать производные предпочтительные ряды чисел, которые устанавливаются для случаев, когда из-за естественных закономерностей не могут быть применены геометрические ряды, регламентированные ГОСТ 8032-84. производные ряды получают путем простейшего преобразования основных и дополнительных рядов предпочтительных чисел и соответственно делят на основные и дополнительные. Производные ряды применяют тогда, когда ни один из основных рядов не удовлетворяет предъявленным требованиям и когда устанавливаются градации числовых характеристик, зависящих от параметров и размеров, образованных на базе основных рядов.

Убывающие ряды положительных предпочтительных чисел получают на основе убывающей геометрической прогрессии: . Обозначение убывающего ряда положительных предпочтительных получают добавлением к обозначению каждого основного и дополнительного ряда предпочтительных чисел знака «».

Для выбора номинальных линейных размеров изделий на основе рядов предпочтительных чисел разработан ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры» для размеров от 0,001 до 100000 мм. Ряды в этом стандарте обозначены как .

В арифметической прогрессии разность между ее соседними членами постоянна. Любой член арифметической прогрессии можно вычислить по формуле

а_n= а ₁ + d (n -1), где a ₁ — первый член прогрессии; d — разность прогрессии; п — номер члена.

Так, последовательность чисел 1, 2, 3, 4,.. представляет собой арифметическую прогрессию, возрастающую с разностью 1. Последова­тельность чисел 1; 0,9; 0,8;. — арифметическая прогрессия, убывающая с разностью 0,1. Обладая простотой, ряды предпочтительных чисел, построенные по арифметической прогрессии, имеют существенный недостаток — нерав­номерность ряда, что и ограничивает их применение. Так, в возрастаю­щей последовательности, приведенной выше, второй член ряда превы­шает первый на 100%, десятый больше девятого на 11%, а сотый больше девяносто девятого всего на 1%. В результате большие числа следуют друг за другом с очень малыми интервалами (слишком часто), что не всегда рационально и экономически оправдано. Чтобы преодолеть этот недостаток, используют ступенчатые ряды, составленные из отрезков арифметических рядов с различными разно­стями.

Введение единого порядка при переходе от одних числовых значений параметров к другим во всех отраслях промышленности уменьшает количество типоразмеров, способствует более экономному расходованию исходных материалов, позволяет согласовать и увязать между собой различные виды изделий. Предпочтительные числа и ряды служат при обозначении классов точности, размеров, углов, радиусов, линейных размеров, а также для упорядочения выбора величин и градаций параметров производственных процессов, оборудования, приспособлений и материалов. Для этой цели разрабатывают стандарты на параметрические ряды этих изделий. Параметрическим рядом называют закономерно построенную в определенном диапазоне совокупность числовых значений главного параметра изделий одного функционального назначения и аналогичных по кинематике и ли рабочему процессу. Базой при определении числовых значений основных параметров служит главный параметр. Главный параметр – параметр, который определяет важнейший эксплуатационный показатель изделия и не зависит от технического усовершенствований изделия и технологии изготовления. Основной параметр – параметр, определяющий качество изделия. Параметрические ряды изделий иногда строят, исходя из пропорционального изменения их эксплуатационных показателей. В этом случае геометрические характеристики изделия (объем, диаметр) являются производными от эксплуатационных показателей и в пределах ряда машин могут изменяться по закономерностям, отличным от закономерностей изменения эксплуатационных показателей. При построении параметрических рядов изделия необходимо соблюдать механическое подобие, т.е. подобие рабочего процесса, обеспечивающего равенство параметров тепловой и силовой напряженности изделия в целом и их деталей. Например, для двигателя внутреннего сгорания существует два условия подобия:

- равенство среднего эффективного давления, зависящего от давления и температуры топливной смеси;

- равенство средней скорости поршня.

Изготовителям целесообразно иметь более разреженный ряд, что позволяет уменьшить затраты на освоение производства. Для потребителей более выгоден густой ряд, позволяющий рациональнее использовать применяемое оборудование. Поэтому критерием для выбора сравниваемых рядов является минимум затрат на изготовление и эксплуатацию изделия. Существует два способа экономического обоснования параметрических и размерных рядов:

1. расчеты производят по себестоимости годовой программы изделий. Себестоимость однотипных изделий, образующих размерный ряд, можно рассчитать по формулам:

(1),

где с – себестоимость изделия; м – стоимость материала одного изделия; с’ – прочие затраты на изготовление одного изделия; С – себестоимость изделий в объеме годовой программы; В – годовая программа.

Прочие затраты определяют с использованием коэффициента изменения прочих затрат , где - коэффициент изменения программы, определяют исходя из программы выпуска. Прочие затраты на единицу изделия при изменении программы можно определить как

1. кроме себестоимости учитывают сроки окупаемости затрат и службы изделий, а также эксплуатационные расходы. Используется для обоснования параметрических рядов параметров узлов и машин, потребляющих или передающих большое количество энергии

- Принцип прогрессивности и оптимизации стандартов. Показатели, нормы, характеристики требования в стандартах должны соответствовать мировому уровню науки, техники и производства и учитывать тенденцию развития стандартизируемых объектов.

Необходимо устанавливать экономически оптимальные показатели качества, учитывающие не только эффективность повышенного качества продукции, но и затраты на ее изготовление, материал и эксплуатацию, т.е. должен быть получен максимальный экономический эффект при минимальных затратах. Достижению этой цели способствуют методы опережающей и комплексной стандартизации.

Новые стандарты на продукцию должны не только отвечать современным запросам, но и учитывать тенденции развития соответствующих отраслей. В стандартах наряду с типами и видами продукции, серийное и мас­совое производство которых освоено, должны быть предусмотрены но­вые, более прогрессивные нормы и требования к продукции, опережаю­щие достигнутый уровень производства, устанавливаемые на основе обязательного использования проверенных на практике отечественных и зарубежных открытий и изобретений. При разработке стандартов необходимо стремиться получить опти­мальное сочетание устанавливаемых показателей, норм и требований к продукции с затратами на их достижение, обеспечить максимальный эко­номический эффект при минимальных затратах

- Взаимоувязка стандартов. При разработке стандартов необходимо учитывать все основные факторы, влияющие на конечный объект стандартизации. Показатели, нормы, характеристики, требования, устанавливаемые в стандартах, разрабатываемых в РФ, должны также соответствовать международным стандартам и учитывать рекомендации международных организаций.

- Целенаправленность и технико-экономическая целесообразность: про­ведение работ по стандартизации, разработка любого стандарта должны быть обоснованы (потребностями изготовителя, потребителя, ожидае­мым технико-экономическим эффектом) и направлены на решение конкретных задач на соответствующих уровнях производства и управ­ления (государство, отрасль, предприятие).

-Комплексность стандартизации является одним из основных прин­ципов. Практика стандартизации привела к двум направлениям ее осу­ществления: от частного к целому; от целого к частному.

Первому направлению соответствует развитие стандартизации снизу вверх: от стандартизованного сырья к готовой продукции, от стандарти­зованных общих конструктивных деталей и элементов к машинам, при­борам, аппаратам. Оно характерно для тех изделий общего применения, которые изготавливают на специализированных заводах массового производства (электронные приборы, провода, крепежные и устано­вочные изделия, шестерни).

Второе направление характеризует развитие стандартизации сверху вниз, т.е. от стандартизации основных параметров сложных объектов производства (приборов, систем, машин) к стандартизации составляю­щих их элементов (агрегатов, узлов, деталей). Понятно, что гарантией стабильного высокого качества конечного изделия здесь может быть только комплексная стандартизация, проводимая в соответствии с при­веденным ранее определением.

Функциональная взаимозаменяемость стандартизованных изделий это свойство независимо изготовляемых деталей и сборочных единиц зани­мать свое место в изделии без дополнительной обработки. Функциональная взаимозаменяемость предполагает не только возможность нормальной сборки, но и нормальную работу изделия после установки в нем новой дета­ли или другой составной части взамен вышедшей из строя. Стандарты на продукцию в необходимых случаях должны устанавливать нормы и требо­вания, обеспечивающие функциональную взаимозаменяемость изделий.