Принципы, определяющие научно-техническую организацию работ по стандартизации

Принцип системности. Научно-технический прогресс и повышение качества выпускаемой продукции вызвали объективную необходимость системного подхода к общественному процессу производства, включающему труд людей, обеспечивающих процесс производства, средства труда (совокупность применяемого оборудования, оснастки, инструмента, средств контроля и т.д.) и предметы труда (выпускаемую продукцию на всех стадиях ее создания и использования). 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, образует структуру, позволяющую строить иерархическую зависимость их на различных уровнях.

Принцип обеспечения функциональной взаимозаменяемости стандартизируемых изделий позволяет обеспечить взаимозаменяемость изделий по эксплуатационным показателям и является главным при комплексной и опережающей стандартизации, а также при стандартизации изделий, технических условий на них и т.п.

Научно-исследовательский принцип разработки стандартов. Для подготовки проектов стандартов и их успешного внедрения необходимо не только широкое обобщение практического опыта, но и проведение специальных теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских работ. Этот принцип относится ко всем видам стандартов.

Принцип предпочтительности. Обычно типоразмеры деталей и типовых соединений, ряды допусков, посадок и другие параметры стандартизуют одновременно для многих отраслей промышленности, поэтому такие стандарты охватывают большой диапазон значений параметров. Чтобы повысить уровень взаимозаменяемости и уменьшить номенклатуру изделий и типоразмеров заготовок, размерного режущего инструмента, оснастки, производительность, скорость, число оборотов, мощность и т.д., используемых в той или иной отрасли промышленности, а также чтобы создать условия для эффективной специализации и кооперирования заводов, удешевления продукции, при унификации и разработке стандартов применяют принцип предпочтительности.

Принцип предпочтительности является теоретической базой современной стандартизации. Согласно этому принципу устанавливают несколько рядов значений стандартизуемых параметров с тем, чтобы при их выборе первый ряд предпочесть второму, второй — третьему.

В соответствии с этим ряды предпочтительных чисел должны удовлетворять следующим требованиям:

  • • представлять рациональную систему градаций, отвечающую потребностям производства и эксплуатации;
  • • быть бесконечными в уменьшении и увеличении чисел;
  • • включать все последовательные десятикратные или дробные значения каждого числа ряда;
  • • быть простыми и легко запоминающимися.

Наиболее широко используют ряды предпочтительных чисел, построенные по принципу геометрической прогрессии. Она представляет собой ряд чисел с постоянным отношением двух соседних чисел — знаменателем прогрессии (Л). Каждый член прогрессии является произведением предыдущего члена на Л. Например, при Ах = 2 и Л2 = 1,6 прогрессии имеют вид: 1; 2; 4; 8; 16; 32;... и 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3;... Соответственно их знаменатели равны: Ах = 2/1 = 4/2 = ... = 32/16 = 2; Л2 = 1,6/1 = 2,5/1,6 = 4/2,5 = 6,3/4 = 1,6.

Произведение или частное любых двух членов геометрической прогрессии всегда является ее членом:

Любой член такой прогрессии, возведенный в целую положительную или отрицательную степень, также является членом этой прогрессии:

В связи с перечисленными свойствами геометрической прогрессии зависимости, определяемые из произведений членов или их целых степеней, всегда подчиняются закономерности ряда. Например, если ряд определяет линейные размеры, то площади или объемы, образованные из этих линейных величин, также подчиняются его закономерности.

Наиболее удобны геометрические прогрессии, включающие число 1 и имеющие Ап =^10. В соответствии с рекомендациями ИСО установлены ряды предпочтительных чисел со знаменателями 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%. Куб любого числа ряда в 2 Ц/Го раза больше куба предыдущего числа, а квадрат в 1,6 раза больше квадрата предыдущего числа (с относительной ошибкой до 0,1%).

Положительные свойства геометрической прогрессии заключаются в том, что количество членов в каждом десятичном интервале (1 — 10; 10—100; 100—1000 и т.д., а также 1—0,1; 0,1—0,01; 0,01—0,001 и т.д.) на протяжении всей прогрессии постоянно и равно 5, 10, 20, 40, 80 и 160 для названных знаменателей прогрессий. Произведение или частное двух любых членов прогрессии является членом этой прогрессии. Целые положительные или отрицательные степени любого члена прогрессии всегда являются ее членами. Члены ряда со знаменателем прогрессии 'лУТо удваиваются через каждые три члена, со знаменателем 2^10 — через каждые шесть, со знаменателем прогрессии 4/Й) — через каждые 12, со знаменателем к!/То — через каждые 24, а со знаменателем 16лУИ) — через каждые 48 членов. В рядах со знаменателями Ц/Й); 2-/l0 ; ; 8Ч0 ;

16^Й) содержится число 3,15, приблизительно равное л. Благодаря этому длина окружности и площади круга, диаметр которого — предпочтительное число, примерно равны предпочтительным числам. Ряд со знаменателем прогрессии ^О включает предпочтительные числа 375, 750, 1500, 3000, имеющие особое значение в электротехнике, так как представляют собой синхронные частоты вращения валов электродвигателей, измеряемые оборотами в минуту.

Многие промышленно развитые страны приняли национальные стандарты на нормальные линейные размеры. ГОСТ 8032—84 составлен с учетом рекомендаций ИСО и устанавливает четыре основных ряда предпочтительных чисел (i?5, /?10, R20, /240) и два дополнительных (/280 и /2160). В эти ряды входят предпочтительные числа, представляющие собой округленные значения иррациональных чисел. Почти во всех случаях необходимо использовать 40 основных предпочтительных чисел, входящих в четыре ряда (табл. 3.1).

В табл. 3.1 помимо значений основных рядов чисел приведены так называемые порядковые числа, которые являются логарифмами предпочтительных чисел и значительно облегчают умножение, деление, возведение в степень и извлечение из них корня. Например, требуется перемножить предпочтительные числа 1,12 и 4,75. Число 1,12 имеет порядковый номер 2, число 4,75 — порядковый номер 27. Сумма их порядковых номеров (29) соответствует порядковому номеру предпочтительного числа 5,32, являющемуся произведением 1,12 и 4,75.

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.

Таблица 3.1

Главные ряды предпочтительных чисел

Основные ряды

Номер предпочти- тельного числа

Расчетные величины числа

R5

К10

R20

RA0

1,00

1,00

1,00

1,00

0

1,000

1,06

1

1,0593

1,12

1.12

2

1,1220

1.18

3

1,1885

1,25

1,25

1,25

4

1,2589

Продолжение табл. 3.1

Основные ряды

Номер предпочти- тельного числа

Расчетные величины числа

R5

дю

R20

Я40

1,32

5

1,3335

1,40

1,40

6

1,4125

1,50

7

1,4965

1,60

1,60

1,60

1,60

8

1,5849

1,70

9

1,6788

1,80

10

1,7783

1,90

11

1,8836

2,00

2,00

2,00

12

1,9953

2,12

13

2,1135

2,24

2,24

14

2,2387

2,36

15

2,3714

2,50

2,50

2,50

2,50

16

2,5119

2,65

17

2,6607

2,80

2,80

18

2,8184

3,00

19

2,9854

3,15

3,15

3,15

20

3,1623

3,35

21

3,3497

3,55

3,55

22

3,5481

3,75

23

3,7584

4,00

4,00

4,00

4,00

24

3,9811

4,25

25

4,2170

4,50

4,50

26

4,4668

4,75

27

4,7315

5,00

5,00

5,00

28

5,0119

5,30

29

5,3088

5,60

5,60

30

5,6234

6,00

31

5,9566

6,30

6,30

6,30

6,30

32

6,3096

6,70

33

6,6834

7,10

7,10

34

7,0795

7,50

35

7,4989

8,00

8,00

8,00

36

7,9433

Окончание табл. 3.1

Основные ряды

Номер предпочти- тельного числа

Расчетные величины числа

/25

/210

/220

/240

8,50

37

8,4140

9,00

9,00

38

8,9125

9,50

39

9,4406

10,00

10,00

10,00

10,00

40

10,000

В порядке исключения если округление до приведенных чисел связано с потерей эффективности или невозможно, то можно воспользоваться предпочтительными числами дополнительных рядов — /280 и /2160. Обозначения и знаменатели дополнительных рядов предпочтительных чисел приводятся в ГОСТ 8032—84.

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 ряда /210, величины ряда 7210 — величинам /220, последние — величинам /240.

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 обозначения 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, например:

/25/2 (1,..., 1 000 000) — выборочный ряд, составленный из каждого второго члена основного ряда /25, ограниченный членами 1 и 1 000 000;

R10/3 (... 80 ...) — выборочный ряд, составленный из каждого третьего члена основного ряда /210, включающий член 80 и не ограниченный в обоих направлениях;

/220/4 (112 ...) — выборочный ряд, составленный из каждого четвертого члена основного ряда /220 и ограниченный по нижнему пределу членом 112;

/240/5 (... 60) — выборочный ряд, составленный из каждого пятого члена основного ряда /240 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. При этом предпочтение следует отдавать рядам, приведенным в ГОСТ 8032—84.

Из выборочных рядов с одинаковым значением предпочтение следует отдать ряду, содержащему единицу или число, единственной значащей цифрой которого является единица (например, 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 деляг 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 основании убывающей геометрической прогрессии, г-й член которой равен gi = 1 / е, = 10'/R.

Обозначение убывающего ряда положительных предпочтительных чисел получают добавлением к обозначению каждого основного и дополнительного ряда предпочтительных чисел знака «1», например: lR5, lR {...1,25}, lR20 {45...}, ШО {300,..., 75}.

Иногда при стандартизации применяют ряды предпочтительных чисел и построение по арифметической прогрессии, например 1, 2, 3, 4, 5, 6, ... или 25, 50, 75, 100, 125, 150... Для арифметического ряда характерно то, что разность между любыми двумя соседними числами всегда постоянна. Применяют также ступенчато-арифметические ряды, у которых на отдельных отрезках прогрессии разность между соседними членами различна, например ряды диаметров метрической резьбы: 1,0; 1,1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,21; ...; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5;...; 145; 150; 155; 160 и т.д.

В радиотехнике часто применяют предпочтительные числа, построенные по рядам Е, установленным Международной электротехнической комиссией:

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, материалов, полуфабрикатов, транспортных средств, производственного оборудования (по мощности, габаритам и т.д.).

Если, например, на каком-то заводе предполагается выпускать семь типоразмеров двигателей (минимальная мощность первого типоразмера 10 кВт), то но нормальному ряду чисел параметрического ряда R5 будет включать двигатели следующих мощностей: 10, 16, 25,40, 63,100 и 160 кВт.

Установленные ГОСТ 8032—84 предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел в еще большей мере обеспечат унификацию значений параметров технических объектов и регламентацию наиболее рационального числа типоразмеров конкретных видов продукции.

Предпочтительные числа и их ряды, принятые за основу, служат при назначении классов точности, размеров, углов, радиусов, канавок, уступов, линейных размеров, сокращают номенклатуру режущего и измерительного инструмента, кулачков для автоматов, штампов, пресс-форм, приспособлений, а также для упорядочения выбора величин и градаций параметров производственных процессов, оборудования, приспособлений, материалов, полуфабрикатов, транспортных средств и г.п. Для этой цели разрабатывают стандарты на параметрические (типоразмерные, конструктивные) ряды этих изделий.

Параметрическим рядом называют закономерно построенную в определенном диапазоне совокупность числовых значений главного параметра машин (или других изделий) одного функционального назначения и аналогичных по кинематике или рабочему процессу. Главный параметр (параметр, который определяет важнейший эксплуатационный показатель машины и не зависит от технических усовершенствований изделия и технологии изготовления) служит базой при определении числовых значений основных параметров (параметры, которые определяют качество машин).

Параметрические (типоразмерные и конструктивные) ряды машин иногда строят, исходя из пропорционального изменения их эксплуатационных показателей (мощности, производительности, тяговой силы и др.). В этом случае геометрические характеристики машин (рабочий объем, диаметр цилиндра, диаметр колеса роторных машин и т.д.) являются производными от эксплуатационных показателей и в пределах ряда машин могут изменяться по закономерностям, отличным от закономерностей изменения эксплуатационных показателей. При построении параметрических, типоразмерных и конструктивных рядов машин желательно соблюдать подобие рабочего процесса, обеспечивающего равенство параметров тепловой и силовой напряженности машин в целом и их деталей. Такое подобие иногда называют механическим. Оно приводит к геометрическому подобию. Например, для двигателей внутреннего сгорания существуют два условия подобия:

  • • равенство среднего эффективного давления, зависящего от давления и температуры топливной смеси на всасывании;
  • • равенство средней скорости поршня U=Sn / 30 (S — ход поршня; п — частота вращения двигателя).

В специальной литературе приведены расчеты, показывающие, что равенство параметров силовой и тепловой напряженности, например, деталей цилиндропоршневой группы обеспечиваются, когда главным параметром является диаметр цилиндра D. Это дает возможность создать ряд геометрически подобных двигателей с соотношением S/D = const, соблюдая указанные критерии подобия рабочего процесса. При этом у всех геометрически подобных двигателей будут одинаковые термодинамический, механический и эффективный коэффициент полезного действия (а следовательно, и расход топлива), тепловая и силовая напряженность и мощность. Градации толщины стенки цилиндра h будет такими же, как и градации D.

Стандарты на параметрические ряды должны предусматривать внедрение в промышленность технически более совершенных и производительных машин, приборов и других видов изделий, с тем чтобы они содействовали научно-техническому прогрессу во всех областях народного хозяйства. Эти ряды должны допускать установление параметров для систем машин, внутритиповую и межтиповую унификацию и агрегатирование машин и приборов, а также возможность создания различных модификаций изделий на основе агрегатирования.

Это способствует росту уровня взаимозаменяемости, повышению серийности, технического уровня и качества выпускаемой продукции, расширению объемов ее производства, улучшению организации инструментального хозяйства на предприятиях (объединениях). В результате значительно снижается себестоимость изделий. В масштабе всей промышленности может быть получена весьма весомая экономия.

Параметрические ряды следует назначать с учетом частоты применяемости для модификаций изделий, соответствующих каждому члену ряда. В некоторых случаях может оказаться более целесообразным ряд, построенный и по арифметической прогрессии, или специальный неравномерный ряд, согласованный с плотностью распределения применяемости данного параметра.

Изготовителям целесообразно иметь более разреженный ряд, что позволяет уменьшить затраты на освоение производства, сократить номенклатуру оснастки, организовать высокопроизводительное и рациональное производство. Для потребителей более выгоден густой ряд, позволяющий рациональнее использовать применяемое оборудование, материалы, электроэнергию, производственные площади. Поэтому критерием для выбора сравниваемых рядов является минимум затрат на изготовление и эксплуатацию изделия.

Существует два способа экономического обоснования параметрических и размерных рядов:

  • • первый — расчеты производят по себестоимости годовойпрограммы изделий;
  • • второй — кроме себестоимости учитывают сроки окупаемости затрат и службы изделий, а также эксплуатационные расходы.

Второй способ применяют для обоснования параметрических рядов параметров узлов и машин, потребляющих или передающих большое количество энергии (редукторы, станки и их коробки передач, электродвигатели и т.д.).

По первому способу себестоимость однотипных изделий, образующих размерный ряд, можно рассчитать по формулам

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 можно вычислить по заданной программе и принятому технологическому процессу, но удобнее определять, пользуясь коэффициентом изменения прочих затрат

где Ки и = Вп, Ви коэффициент изменения программы; z = 0,2,..., 0,3 определяют исходя из программы выпуска, количества потребляемого металла и др.

Таким образом, прочие затраты на единицу изделия при изменении программы с'п можно определить, пользуясь величиной прочих затрат с вычисленной для ранее намеченной программы выпуска тех же изделий:

Пример 3.1. Рассчитать себестоимость годового выпуска валов, длины которых назначены по ряду Ra20. Установить экономическую целесообразность изготовления этих валов с длинами по ряду Ra 10. Затраты по эксплуатации валов считать неизменными и при расчетах не учитывать; z = 0,2. Данные выпуска валов приведены в таблице.

Длина вала, мм

Годовая программа

Затраты на материалы

Прочие затраты

В, тыс. шт.

М, тыс. руб.

с тыс. руб.

400

10,0

0,84

0,42

450

16,0

0,9

0,45

500

3,0

0,96

0,53

560

10,0

1,02

1,21

630

3,6

1,13

1,24

Решение. Себестоимость валов, имеющих длину по ряду Ra20, рассчитанная по формуле (3.1), следующая.

Длина вала, мм

400

450

500

560

630

Себестоимость изделия с, тыс. руб.

1,26

1,35

1,49

2,23

2,37

Себестоимость годовой программы С,

12,60

21,60

4,47

22,3

8,53

млн руб.

Общая себестоимость валов годовой программы

Определим себестоимость валов, соответствующую размерному ряду Ra 10. Общая годовая программа нс меняется. Число валов, длины которых отсутствуют в ряде Ra 10 (например, 450 мм), прибавляется к числу валов, имеющих ближайшую большую длину, соответствующую размерам принятого ряда (например, 500 мм). Расчетная годовая программа выпуска валов с длиной 500 мм составит: Вп = 16 тыс. + 3 тыс. = 19 тыс. шт; с длиной 630 мм Ви = 3,6 тыс. + 10 тыс. = 13,6 тыс. шт. Значения коэффициентов, с'п определяем по формулам (3.1)—(3.3).

Себестоимость годовой программы вычисляем по формулам: с„ = М + с' и Си = = сп Ви. Результаты расчета заносим в таблицу.

Длина

вала,

мм

Годовая программа выпуска валов Вп, тыс. шт.

Затраты на материалы М, тыс.

руб-

Коэффициент

изменения

Прочие затраты стыс.

руб-

Себестоимость изделия с, тыс.руб.

Себестоимость годовой программы выпуска валов Сп, млн руб.

К», и

К»,

400

10,0

0,84

1,00

1,00

0,42

1,26

12,60

500

19,0

0,96

6,33

0,69

0,37

1,13

25,27

630

13,6

1,13

3,78

0,76

0,95

2,08

28,29

Итого Сп = 66,16 млн руб.

Си при применении ряда RaAO оказалось меньше, чем в предыдущем случае. Следовательно, применение ряда Ra 10 в технологическом отношении экономичнее, чем ряда Ra20.

Принцип прогрессивности и оптимизации стандартов. Показатели, нормы, характеристики и требования в стандартах должны соответствовать мировому уровню науки, техники и производства и учитывать тенденцию развития стандартизуемых объектов. Необходимо устанавливать экономически оптимальные показатели качества, учитывающие не только эффективность нового (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.

Взаимоувязка стандартов. При разработке стандартов необходимо учитывать все основные элементы (факторы), влияющие на конечный объект стандартизации. Для сокращения трудоемкости работ по стандартизации элементы, незначительно влияющие на основной объект, не учитывают. При стандартизации рассматривают систему характеристик и требований к комплексу взаимосвязанных материальных и нематериальных элементов. При этом требования к элементам определяются исходя из требований к основному объекту стандартизации. Для создания условий необходима рациональная система стандартов, которая охватывала бы все ее жизненные циклы: проектирование, серийное производство и эксплуатацию готового изделия.

Принцип минимального удельного расхода материалов. Стоимость материалов и полуфабрикатов в машиностроении составляет от 40 до 80% общей себестоимости продукции. Поэтому снижение удельного расхода материала на единицу продукции имеет большое народнохозяйственное значение. При стандартизации заготовок и изделий экономию материала можно получить за счет использования рациональных конструктивных схем и компоновок машин, совершенствования методов расчета деталей на прочность и обоснованного снижения запаса прочности, применения экономических профилей, периодического проката, сварных конструкций, пластмасс, литых заготовок, особенно литья по выплавляемым моделями.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Объясните сущность принципа системности.
  • 2. Па какие методы стандартизации распространяется принцип обеспечения функциональной взаимозаменяемости?
  • 3. Для чего служат предпочтительные числа и их ряды?
  • 4. Каковы правила построения рядов предпочтительных чисел но геометрической прогрессии?
  • 5. Перечислите основные и дополнительные ряды предпочтительных чисел.
  • 6. Каковы правила построения рядов предпочтительных чисел по арифметической прогрессии и по рядам Е, установленным Международной электротехнической комиссией?
  • 7. Объясните основные направления принципа взаимоувязки стандартов.
  • 8. Объясните сущность научно-технического принципа минимального удельного расхода материалов.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >