Методы стандартизации

Для нахождения оптимального решения повторяющихся задач и узаконивания его в качестве норм и правил необходим комплекс соответствующих методов.

Метод стандартизации — это прием или совокупность приемов, с помощью которых достигаются цели стандартизации.

Основными методами стандартизации являются унификация, типизация, аг­регатирование.

Унификация.Термин «унификация» происходит от латинских слов unio — единство и facere — делать и обозначает «приводить что-либо к единой норме, к единой форме, к единообразию или системе». В широком смысле унифика­ция — это научно-технический метод определения и регламентации оптималь­ной и сокращенной номенклатуры объектов одинакового функционального на­значения. Унифицированным является изделие (узел, деталь, конструктивный элемент, технологический процесс и т. д.), которое создано на базе некоторого количества ранее существовавших различных исполнений путем приведения их к единому исполнению, заменяющему любое из первичных.

На 17-й сессии Совета ISO было принято предложенное французскими стандартизаторами определение термина унификация. «Унификация — вид стандар­тизации, состоящий в объединении в один документ двух или более технических условий с таким расчетом, чтобы регламентируемые документом изделия были взаимозаменяемыми». Это определение несколько необычно для отечественной практики, но подчеркивает приоритет технической документации и не противо­речит приведенному в предыдущем абзаце определению.

Часто унификацию пытаются привести к одной простой схеме: унификация — сокращение — число изделий (номенклатура). Подобная процедура определена международным термином «симплификация», под которой понимается элемен­тарный вид унификации, основанный на простом сокращении наименее употре­бительных элементов, — ограничительная унификация. Тем не менее, проводя унификацию, зачастую не сокращают типоразмерный ряд изделий, а увеличива­ют. В зависимости от целей, задач и конкретных способов реализации следует различать три вида унификации: заимствование, построение рядов, сокращение (симплификация).

Унификация заимствованием — это использование в каком-либо изделии при его проектировании ранее разработанных деталей, узлов, элементов конструк­ций, технологических процессов и т. п. Заимствование может проводиться как из предыдущих моделей данного изделия, так и из изделий другого функциональ­ного назначения. Заимствование может происходить нерегламентируемо (сти­хийно), однако необходимо убедиться в том, что конкретное заимствование не противоречит действующим НД.

Унификация построением рядов — это построение оптимальных рядов изде­лий, которые по своему функциональному назначению заменяют неунифициро­ванные изделия. В этом случае разрабатываются типовые решения для создания новых изделий, процессов или проведения соответствующих работ. Такой вид унификации используется тогда, когда предполагается полная или существенная смена изготавливаемой продукции. Результатом разработки типовых решений бу­дут унифицированные детали, узлы, технологические операции и процессы, агре­гаты, базовые конструкции и базовые изделия, ряды изделий, параметров и т. д.

Унификация данного типа завершается созданием стандарта или альбомом унифицированных конструкций. Таким образом, при унификации заимствованием типоразмеры детали получают из проектной документации (чертежей) со­ответствующих изделий, а при унификации построением рядов — из НД (рис. 17.3). Полностью унифицированная деталь — это деталь, изготовленная по унифици­рованному рабочему чертежу. Деталь в этом случае получает определенное обо­значение, которое полностью и однозначно определяет все ее характеристики.

Рис. 17.3.Взаимосвязь понятий «унифицированное изделие»

Типизация. Под типизацией объектов стандартизации понимается метод стандартизации, заключающийся в установлении типовых объектов для данной совокупности и принимаемых за основу (базу) при создании других объектов, близких по функциональному назначению. Этот метод часто называют методом базовых конструкций, так как в процессе типизации выбирается объект, наибо­лее характерный для данной совокупности, с оптимальными свойствами, а для получения конкретного объекта (изделия, технологического процесса) выбран­ный типовой объект может лишь частично изменяться или дорабатываться. Воз­можность определенных преобразований отобранных объектов отличает типиза­цию от селекции — деятельности, заключающейся в простом отборе конкретных объектов, которые признаются целесообразными для дальнейшего производства и применения.

Агрегатирование. Под термином «агрегатирование» понимается метод созда­ния (компоновки) машин, приборов и оборудования из отдельных стандартных (взаимозаменяемых, унифицированных) узлов, многократно используемых при создании различных изделий. Каждый узел (агрегат) выполняет определенную функцию и представляет собой законченное изделие. Агрегат — это укрупнен­ный унифицированный узел машины или прибора, который обладает следующи­ми свойствами:

· отделимостью и полной взаимозаменяемостью;

· завершенностью в функциональном отношении. Под завершенностью в дан­ном случае понимается возможность самостоятельно выполнять определен­ную функцию;

· завершенностью в конструктивном исполнении (самостоятельное изделие);

· наличием стандартных конструктивных, габаритных и присоединительных размеров, допускающих надежную и быструю сборку.

Агрегат должен быть отработан технологически и хорошо изучен в эксплуа­тации.

Унификация приводит к уменьшению количества типоразмеров изделий оди­накового функционального назначения, а агрегатирование увеличивает число объектов специализированного назначения. Применение метода агрегатирова­ния позволяет не создавать каждый раз новое изделие как оригинальное и един­ственное в своем роде, а перекомпоновывать уже существующие, освоенные в производстве узлы и агрегаты, с добавлением ограниченного числа новых узлов. В машиностроении и приборостроении широко используется метод базового аг­регата, при котором к базовой модели машины (прибора) присоединяется спе­циальное оборудование (блоки). В результате получают ряд машин (приборов) разнообразного назначения. В условиях современного производства, когда осу­ществляется быстрая смена объектов производства, агрегатирование является одним из наиболее прогрессивных методов конструирования изделий, обеспечи­вающим ускорение технического прогресса и большой экономический эффект.

Продукция определенного назначения, принципа действия и конструкции, то есть продукция определенного типа, характеризуется рядом параметров. На­бор установленных значений параметров называется параметрическим рядом. Процесс стандартизации параметрических рядов — параметрическая стандарти­зация — заключается в выборе и обосновании целесообразной номенклатуры и численного значения параметров.

Разработка параметрических рядов требует прежде всего установления еди­ной закономерности в системе стандартизируемых величин, к числу которых от­носятся геометрические характеристики, мощность, производительность, грузо­подъемность, скорость, прочность и другие параметры изделий и их составных частей. Эта задача решается установлением рядов предпочтительных чисел, из которых необходимо выбирать значения параметров, размеров и других харак­теристик как при разработке стандартов, так и при проектировании, расчетах, составлении различных технических документов. Смысл разработки рядов пред­почтительных чисел заключается в выборе лишь тех значений параметров изде­лий, которые подчиняются строго определенной математической закономерно­сти, а не любых значений, принимаемых в результате расчетов или в порядке волевого решения.

Ряды предпочтительных чисел должны удовлетворять следующим требова­ниям:

· представлять собой рациональную систему градации чисел, удовлетворяющую потребностям производства и эксплуатации;

· быть бесконечными как в сторону малых, так и в сторону больших величин;

· включать все десятикратные значения любого числа и единицу; а быть простыми и легко запоминающимися.

Примеры применения целесообразных рядов известны с древних времен. Ко­леса римских водопроводов имели диаметры, соответствующие геометрической прогрессии. Петр I издал указ, в котором устанавливались калибры ядер 4, 6, 8, 12, 18, 24, 36, что соответствовало ступенчатой геометрической прогрессии.

Простейшие ряды предпочтительных чисел строятся на основе арифметиче­ской прогрессии, то есть такой последовательности чисел, в которой разность между последующим и предыдущим членами остается постоянной. Примерами арифметической прогрессии являются следующие последовательности:

· возрастающая прогрессия с разностью 3: 1-4-7-10-...;

· убывающая прогрессия с разностью 0,2: 1-0,8-0,6-....

Любой член арифметической прогрессии вычисляется по формуле

а_n = а₁ + d(п- 1),

где а₁ — первый член прогрессии; d — разность прогрессии; п — номер взятого члена.

Достоинством рядов предпочтительных чисел, базирующихся на арифмети­ческой прогрессии, является их простота, недостатком — относительная нерав­номерность. Так, в возрастающей арифметической прогрессии с разностью 3 вто­рой член превышает первый на 300 %, а одиннадцатый больше десятого на 30 %. В результате большие значения следуют друг за другом значительно чаще, чем малые.

Для преодоления этого недостатка используют ступенчато-арифметические прогрессии. Такую прогрессию образуют, например, достоинства монет:

1-2-3-5-10-15-20 коп.,

где разность прогрессии принимает значения 1 и 5. В настоящее время ступенча­тая арифметическая прогрессия находит применение в стандартах на диаметры резьб, размеры болтов, винтов и других деталей машин.

В геометрической прогрессии постоянным остается отношение последующе­го члена прогрессии к предыдущему. Примерами геометрической прогрессии яв­ляются следующие последовательности:

· возрастающая последовательность со знаменателем 1,2: 1-1,2-1,44-1,73-...;

· убывающая последовательность со знаменателем ОД: 1-0,1-0,01-.... Любой член геометрической прогрессии вычисляется по формуле

а_n = а₁ q^n-1

где а₁— первый член прогрессии; q— знаменатель прогрессии; п — номер взято­го члена.

Введение современной системы предпочтительных рядов чисел, основанных на геометрической прогрессии, связано с именем французского инженера Шарля Ренара, который разработал спецификацию на диаметры хлопчатобумажных ка­натов для аэростатов с таким расчетом, чтобы их могли изготовлять заранее, неза­висимо от места эксплуатации. Используя преимущества геометрической прогрессии, Ренар взял за основу канат, имеющий определенную массу а в граммах на один метр длины, и построил ряд, приняв знаменатель прогрессии, обеспечи­вающий десятикратное увеличение каждого пятого члена ряда, то есть аq⁵ = 10а, откуда = q. Получился следующий числовой ряд: а — 1,5849я — 2,5119а -3,9811а — 6,3096а — 10а. Значения этого ряда были заменены более удобными на практике округленными значениями.

На основе построенного Ренаром ряда, условно обозначенного R5, впоследст­вии были построены ряды R10, R20, R40, которые так и называют — рядами Ренара (табл. 17.1).

В результате многолетнего производственного опыта было установлено, что для удовлетворения нужд производства достаточно положить в основу построе­ния рядов предпочтительных чисел геометрические прогрессии со знаменателя­ми, приведенными в таблице.

Таблица 17.1.Геометрические прогрессии, положенные в основу рядов Ренара

Ряды R5, R10, R20, R40 называются основными рядами, а ряды R80, R160 -дополнительными.

При построении рядов предпочтительных чисел соблюдается один из основ­ных принципов стандартизации — принцип предпочтительности. Соблюдение принципа предпочтительности позволяет добиться разумного сокращения при­меняемой номенклатуры стандартных объектов. При выборе того или иного ряда учитываются интересы не только потребителей, но и изготовителей про­дукции. Частота параметрического ряда должна быть оптимальной: слишком «густой» ряд позволяет максимально удовлетворять нужды потребителей, од­нако при этом чрезмерно расширяется номенклатура продукции, распыляется ее производство, что приводит к большим производственным затратам. Поэто­му ряд R5 является более предпочтительным по сравнению с рядом R10, а ряд R10 предпочтительнее ряда R20.

В области радиоэлектроники в качестве руководящего документа Междуна­родной электротехнической комиссией принята Публикация 63 «Ряды предпоч­тительных величин для резисторов и конденсаторов», предусматривающая си­стему предпочтительных чисел в виде рядов E3, Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192

(табл. 17.2). Принцип построения указанных рядов аналогичен принципу, поло­женному в основу построения рядов Ренара.

Таблица 17.2.Принципы построения рядов предпочтительных чисел в радиоэлектронике

Стандартизуемые и нормируемые параметры могут иметь разный характер, но при выборе их номинальных значений из рядов предпочтительных чисел зна­чительно легче согласуются между собой изделия, предназначенные для работы в одной технологической цепочке или являющиеся объектами технологического процесса. Например, принято использование транспортных и грузоподъемных средств в расчете на массы грузов, построенные по ряду R5 (грузоподъемность железнодорожных вагонов 25, 40, 63 и 100 т, вместимость контейнеров - 250, 400, 630, 1000 кг, масса ящиков — 25, 40, 63, 100 кг, масса коробок или банок -250, 400, 630 и 1000 г).