Параметрические ряды в стандартизации. Черчение

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

УНИФИКАЦИЯ ИЗДЕЛИЙ
ПОСТРОЕНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ
И ТИПОРАЗМЕРНЫХ РЯДОВ ДЕТАЛЕЙ
И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ
ОБЩЕМАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ

РД 50-632-87

Дата введения 01.07.88

Настоящие методические указания распространяются на детали и сборочные единицы общемашиностроительного применения (далее - изделия) и регламентируют методические положения и содержание работ по построению параметрических и типоразмерных рядов указанных объектов при их унификации и стандартизации.

Методические указания не распространяются на изделия, проектируемые и изготовляемые по заказам министерства обороны.

Методические указания полностью или частично могут быть использованы для построения параметрических и типоразмерных рядов деталей и сборочных единиц специального применения, а также различных финальных изделий (машин, оборудования, приборов и прочее; далее - оборудования). Однако в этих случаях следует рассмотреть вопрос о необходимости доработки целевых функций и ограничений для оптимизации и целесообразности применения других методов оптимизации.

Методические указания разработаны в соответствии с требованиями комплекса документов по методам оптимизации качества продукции и требований стандартов .

1 . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Основные показатели изделия определяют набором основных параметров, среди которых выбирают главный.

Определение термина «главный параметр» - по ГОСТ 23945.0-80 .

Главный параметр должен определять или быть тесно связан с основным показателем функционального назначения изделия, обладать стабильностью и быть увязан с другими основными параметрами и экономическими показателями изделия. Главный параметр не должен зависеть от технологии и качества изготовления изделия, применяемых материалов, видов оборудования и т.д.

Как правило, главный параметр изделия должен быть один.

Набор основных параметров должен быть минимальным, обеспечивающим определение важнейших показателей изделия.

1.2. Параметрический ряд изделий по ГОСТ 23945.0-80 - упорядоченная совокупность числовых значений параметра изделий.

Параметрический ряд строят для изделий определенного класса, подкласса, вида или типа, что должно быть четко определено в названии ряда, позволяющем установить область его распространения.

1.3. Параметрические ряды строят по главному параметру изделия (ряд главного параметра), а также по каждому в отдельности основному параметру (ряды основных параметров).

1.4. После построения ряда главного параметра и рядов основных параметров изделия строят типоразмерный ряд.

Типоразмерный ряд изделия по ГОСТ 23945.0-80 - упорядоченная совокупность наборов числовых значений основных параметров, характеризующих типоразмеры изделий, числовые значения главных параметров которых находятся в параметрическом ряду.

Например, ряд главного параметра плоских цилиндрических зубчатых колес с прямым зубом строят по значениям модуля. Типоразмерный ряд колес указанного типа содержит при каждом значении модуля конкретный набор значений основных параметров - числа зубьев, длины зуба, диаметра посадочного отверстия.

1.5. Построение параметрических и типоразмерных рядов должно производиться с их оптимизацией.

1.6. Оптимизацию производят по критерию минимума приведенных народнохозяйственных расходов или максимума прибыли.

В отдельных случаях (обеспечение специальных требований безопасности, охраны окружающей среды, социальных требований и т.п.) допускается проведение оптимизации по неэкономическим критериям.

1.7. Оптимальный параметрический (или типоразмерный) ряд изделий - параметрический (или типоразмерный) ряд, содержащий совокупность значений (или наборов значений) параметра, определяющих ряд изделий, который удовлетворяет заданную потребность в изделиях современного технического уровня с наименьшими приведенными народнохозяйственными расходами (или наибольшей прибылью) на этапах жизненного цикла изделий.

1.8. Перед построением оптимального ряда должен быть определен рациональный технический уровень изделия либо соответствующие требования к уровню значений параметров должны быть внесены непосредственно в математическую модель оптимизации (в целевую функцию или в ограничения).

Методика установления рациональных значений основных удельных показателей технического уровня деталей и сборочных единиц общемашиностроительного применения (ОМП) приведена в рекомендуемом приложении 1 .

Методика установления рациональных значений удельных показателей технического уровня унифицированных зубчатых колес приведена в рекомендуемом приложении 2 .

1.9. Числовые значения параметра в ряде должны, как правило, соответствовать числовым значениям одного или нескольких рядов предпочтительных чисел по ГОСТ 8032-84 или нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69 . Числовые значения параметров, которые могут принимать только определенные дискретные значения (число зубьев зубчатых колес и т.д.), выбирают ближайшими к соответствующим предпочтительным числам.

В технически обоснованных случаях (при модульном проектировании и т.п.) допускается отклонение от системы предпочтительных чисел.

1.10. Структура ряда в виде ступенчатой геометрической прогрессии или ее частного случая - геометрической прогрессии, является предпочтительной.

В технически обоснованных случаях (применение принципов строительных конструкций, модульное проектирование и т.д.) могут быть допущены структуры в виде арифметических, ступенчатых арифметических прогрессий и др.

1.11. После построения оптимального ряда в него, при наличии технических обоснований, могут быть внесены коррективы (например, один из типоразмеров расчетного ряда может быть заменен массово изготовляемым типоразмером с близким к расчетному значением параметра, может быть дополнительно введен какой-либо типоразмер для замены при ремонтах ранее изготовленных и находящихся в эксплуатации изделий и т.д.).

При внесении существенных изменений следует произвести сравнительный расчет народнохозяйственных расходов по исходному и скорректированному рядам и принимать окончательное решение с учетом величины потерь, вызываемых корректировкой расчетного ряда.

1.12. Иногда из-за специфики изделия в качестве его главного или одного из основных параметров может быть принята характеристика, непосредственно зависящая от качества изготовления и эксплуатации применяемых материалов и т.п., т.е. значение параметра может в некоторой степени изменяться при изготовлении или эксплуатации (например, за главный параметр двигателя внутреннего сгорания принята мощность). Обычно указанная ситуация возникает при выборе в качестве главного параметра силовой характеристики. В подобных случаях с целью, чтобы составные части, в которых благодаря усовершенствованиям повышено значение главного параметра, не рассматривались как нестандартные (неунифицированные), в документе, регламентирующем параметрический ряд, следует указать допуск (обычно плюсовой) на рост параметра.

1.13. Построение параметрических рядов изделий проводят при их унификации и стандартизации в масштабах всего народного хозяйства, нескольких его отраслей (межотраслевой уровень), одной отрасли (отраслевой уровень), экономического района (региональный уровень), производственного объединения или предприятия (уровень предприятия).

Конечным результатом построения оптимальных параметрических рядов, как правило, должно являться создание специализированных производств с обеспечением кооперированных поставок на соответствующем уровне (межотраслевом, отраслевом, региональном).

1.14. В зависимости от поставленной задачи по выбору номенклатуры изделий или ее созданию построение параметрических рядов производят следующим образом:

выбор типоразмеров из существующей номенклатуры (неунифицированных, унифицированных или стандартных типоразмеров - создание ограничительных стандартов или перечней);

построение закономерных рядов новых типоразмеров на основе обобщения данных о существующих неунифицированных;

построение закономерных рядов типоразмеров новых, ранее не изготовлявшихся изделий.

1.15. Целесообразна следующая последовательность этапов работ при построении параметрических и типоразмерных рядов:

выбор типов унифицируемых (стандартизуемых) изделий и установление номенклатуры главных и основных параметров;

сбор данных применяемости изделий, оценка их однородности и представительности;

анализ данных применяемости и установление диапазонов изменения параметров, в пределах которых будет строиться ряд;

установление рационального технического уровня изделий, ряд которых должен строиться (при построении новой номенклатуры типоразмеров);

построение оптимального параметрического ряда (ряда главного параметра и, при необходимости, рядов основных параметров);

построение оптимального типоразмерного ряда;

определение экономического эффекта от изготовления и эксплуатации изделий из ряда.

Методика работы по сбору и анализу данных применяемости и установлению диапазонов изменения параметров подробно изложена в .

1.16. Задача оптимизации параметрического (типоразмерного) ряда включает математическую модель оптимизации, состоящую из целевой функции и ограничений, и метод оптимизации.

Целевая функция представляет собой математическое описание зависимости цели оптимизации (в соответствии с принятым критерием) от различных влияющих факторов и показателей изделия на всех или основных этапах жизненного цикла.

Ограничения к задаче оптимизации - дополнительные технические или технико-экономические требования, не вошедшие в целевую функцию (из-за технических сложностей оптимизации и т.п.) и сформулированные обычно в виде неравенств.

Требования к техническому уровню изделий целесообразно формулировать в виде ограничений к задаче оптимизации.

Ограничением является также указание о выборе числовых значений параметра из предпочтительных чисел.

1.17. Построение параметрических и типоразмерных рядов и их оптимизацию производят для некоторого будущего периода. Поэтому исходные данные о диапазоне построения ряда, величине показателей технического уровня и уровня качества, потребностях в различных типоразмерах необходимо корректировать с учетом соответствующих плановых заданий и прогнозов. Эффективность построенного ряда в большой степени зависит от степени соответствия принятых прогнозных данных реальной ситуации будущего периода, для которого построен ряд.

1.18. При разработке ряда должен быть определен период упреждения и период действия документа, регламентирующего ряд. Под периодом упреждения понимают отрезок времени между проведением работы по построению ряда с осуществлением также указанных в п. 1.17 прогнозов и моментом введения в действие построенного ряда. Период действия документа, регламентирующего ряд, следует принимать в зависимости от ожидаемой величины изменений в техническом уровне изделий и спросе на них. В большинстве случаев целесообразно исходить из периода 5 - 10 лет.

Для деталей и сборочных единиц, по которым предполагается относительная устойчивость показателей, период действия ряда целесообразно принимать равным 10 годам.

После принятия периода упреждения и периода действия ряда построение ряда целесообразно производить по прогнозным данным о техническом уровне и спросе, определенным на середину периода действия, т.е. по прогнозам на отрезок времени, равный сумме периода упреждения и половины периода действия ряда.

Для проверки устойчивости полученного решения и возможности действия ряда в течение принятого периода необходимо произвести дополнительные расчеты оптимального ряда по прогнозным данным на начальный год периода и год, предшествующий конечному году периода. В случае, если построенные ряды не будут отличаться (или отличия будут несущественными) от ряда, построенного на середину периода, следует считать, что в соответствии с располагаемым прогнозом период действия ряда принят правильно. При существенных различиях период действия ряда следует сократить.

В случае, если период действия ряда превышает 5 лет, следует каждые 4 - 5 лет производить проверку его оптимальности по новым скорректированным прогнозным данным.

2 . ВЫБОР ГЛАВНЫХ И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

2.1. Для решения задач построения рядов отбирают основные параметры, характеризующие для деталей и сборочных единиц ОМП и специального применения габаритные размеры, основные размеры рабочих поверхностей, основные размеры взаимозаменяемости.

2.2. В качестве главного параметра для деталей и сборочных единиц ОМП и специального применения выбирают из числа основных параметров, как правило, размерный показатель, наиболее полно характеризующий несущую способность или другое эксплуатационное свойство и габарит.

Номенклатура главных и основных параметров деталей и сборочных единиц приведена в обязательном приложении 3 .

2.3. В отдельных случаях, когда изделие является многофункциональным, оно может быть охарактеризовано двумя (или более) главными параметрами. В этом случае строят типоразмерный ряд первого порядка - по совокупности главных параметров и типоразмерный ряд второго порядка, включающий также наборы основных параметров.

3 . ТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ПОДЛЕЖАЩИЕ УЧЕТУ ПРИ ПОСТРОЕНИИ РЯДОВ ДЕТАЛЕЙ И СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ, И СПОСОБЫ УЧЕТА ФАКТОРОВ

3.1. Выбор технических и технико-экономических факторов, подлежащих учету при построении рядов, должен производиться исходя из необходимости установления народнохозяйственных затрате сферах жизненного цикла изделий.

Жизненный цикл изделия - цикл, состоящий из этапов проектирования, постановки на производство, изготовления, транспортирования, применение изделия при проектировании оборудования и эксплуатации изделия.

На этапе применения проявляются такие важные для учета при оптимизации рядов факторы, как влияние размеров составной части на размеры и массу конструктивно связанных с нею других составных частей, а также на показатели материало- и энергоемкости изделия в целом.

Для оптимизации рядов изделий их жизненный цикл следует условно рассматривать как включающий этапы эксплуатации изделий того же типа, устанавливаемых взамен вышедших из строя за срок службы комплектуемого данным изделием оборудования.

3.2. Для деталей и сборочных единиц наиболее значительно влияющими при построении рядов являются факторы сферы производства (изготовления), сферы применения при проектировании оборудования и сферы эксплуатации (включая смену вышедших из строя за срок службы оборудования). Факторы этих сфер, как правило, подлежат учету при построении оптимальных рядов деталей и сборочных единиц.

3.3. При построении параметрических рядов для расчета числовых значений различных факторов по типоразмерам ряда изменяют значение главного параметра, а значения основных параметров либо соотношение значений основных параметров и главного, принимают, как правило, постоянными для всего ряда или отдельных его участков. Значения основных параметров принимают средними или соответствующими типоразмеру, потребность в котором наибольшая.

3.4. При определении затрат в сфере производства для деталей, как правило, должны учитываться: главный параметр, важнейшие основные параметры, стоимость единицы массы материала, точность обработки и годовая программа выпуска.

3.5. Затраты в сфере производства для деталей и сборочных единиц следует выражать в виде себестоимости этих составных частей.

Для определения при построении рядов себестоимости детали и простой сборочной единицы (муфты приводов, гидроцилиндры и др.) используется многофакторная одночленная степенная зависимость вида :

(3.1)

где A i - главный параметр (размер) i -го типоразмера, мм;

R - основной параметр, совместно с главным параметром характеризующий габаритный размер (вводится в случае, если главный параметр не определяет габаритный размер, например, для зубчатых колес главный параметр - модуль, тогда параметр R - число зубьев); если главный параметр определяет габаритный размер, R = 1;

L - основной параметр (размер), характеризующий габаритный размер детали в плоскости, перпендикулярной к плоскости измерения главного параметра (размера), мм;

p - стоимость единицы массы материала, руб./кг;

t - показатель, характеризующий точность изготовления и выражаемый в баллах, пропорциональных величине допуска на главный параметр (например, для втулок подшипников скольжения - пропорциональных допуску на диаметр отверстия, для зубчатых колес - допуску, соответствующему степени точности зубьев) или другой основной параметр;

N i - годовая программа выпуска изделий i -го типоразмера на комплектование вновь изготовляемого оборудования и для замены выходящих из строя или сменяемых принудительно при ремонтах оборудования, находящегося в эксплуатации, шт.;

K i , u , ?, ?, х , у , n - коэффициент и показатели степени, постоянные для деталей и сборочных единиц одного типа. В приведенной таблице указаны расчетные значения t в баллах для различных квалитетов точности цилиндрических отверстий и степеней точности цилиндрических зубчатых колес.

Показатель точности изготовления

Для определения коэффициента и показателей степени производится регрессионный анализ модели себестоимости (см. раздел 4 методики ) по собранным данным применяемости изготовляемых аналогичных деталей или сборочных единиц.

Расчетные значения коэффициента и показателей степени могут использоваться при построении рядов деталей и сборочных единиц данного типа при различных соотношениях размеров, разных материалах и точностях обработки.

Например, получены регрессионные уравнения себестоимости прямозубых цилиндрических зубчатых колес

(3.2)

где т , z - модуль и число зубьев колеса;

L - длина ступицы, мм,

и втулок подшипников скольжения без бурта

где d - диаметр внутреннего отверстия, мм;

D - наружный диаметр, мм,

L - длина втулки, мм.

Необходимо отметить, что показатели степени при t и N должны быть отрицательными.

Может быть использована также упрощенная зависимость:

C i " = K 1 A i u N i n , (3.4)

где для деталей и сборочных единиц ОМП константы обычно имеют числовые значения n = -0,03 ... -0,25, u = 1,4 ... 2,5.

На основе для редукторов ОМП получено уравнение типа (3.4 ):

C i " = KA тi 0,98 N -0,10 , (3.5)

где A тi - межосевое расстояние тихоходной ступени i -го типоразмера редуктора, мм;

значения K равны: для цилиндрических редукторов с косозубыми и шевронными колесами - 3,1 ? 3,2, для червячных и конических - 3,3 ? 3,4, для зубчатых планетарных - 4,0 .

Для определения себестоимости сложных сборочных единиц предпочтительной является многофакторная одночленная степенная зависимость типов (3.1 ), (3.4 ). Могут быть применены также модели другого типа - линейная многочленная и др.

3.6. При определении затрат, возникающих в сфере применения при конструировании оборудования, необходимо учитывать затраты от изменения размеров и массы сопряженных и конструктивно связанных деталей и сборочных единиц из-за применения ближайшей большей детали или сборочной единицы из ряда, вместо необходимой по расчету.

Конструктивно связанные детали - детали, непосредственно не соприкасающиеся с рассматриваемой деталью, но размеры и масса которых изменяются при изменении размеров и массы рассматриваемой детали. Например, корпус и крышка корпуса являются конструктивно связанными деталями для зубчатых колес редуктора.

Учет должен производиться установлением затрат C ? G сопр на разницу приращения массы сопряженных и связанных деталей и сборочных единиц для типоразмера рассматриваемого ряда и заменяемых им неунифицированных типоразмеров, либо, при отсутствии достаточных данных по заменяемым типоразмерам, - на разницу приращения массы сопряженных и связанных деталей и сборочных единиц для типоразмера рассматриваемого ряда и одного из наиболее сгущенных рядов по ГОСТ 6636-69 или ГОСТ 8032-84 (для деталей - R80):

где? с - средняя стоимость 1 кг сопряженных и связанных деталей (в среднем 0,30 ... 0,50 руб./кг);

? G - средняя величина повышения массы сопряженных и связанных деталей на 1 кг массы унифицированной детали (целесообразно определять? G на основе рекомендуемых соотношений размеров элементов деталей); для подшипников скольжения? G = 7 ... 8 кг/кг, для подшипников качения 2 ... 3 кг/кг, для цилиндрических зубчатых передач 0,7 ... 1,5 кг/кг;

G" i ; G" iR 80, l - массы i -го типоразмера и заменяющих его 1, 2, ..., l -го типоразмера ряда R80;

N" i ; N" iR 80,l - годовые программы выпуска i -го и заменяющих его типоразмеров на комплектование вновь изготовляемого оборудования.

Для сборочных единиц в качестве сравниваемых используют типоразмеры рядов R40 или R20 (Ra40 или Ra20).

Для мобильных машин (транспортных, дорожных, подъемно-транспортных и др.) следует учитывать дополнительные расходы на топливо (либо электроэнергию и т.п.) для транспортирования завышения массы сопряженных и связанных деталей. В этом случае в (3.4 ) вместо? с ставится выражение (? c + ? т), где? т - стоимость расхода топлива (или электроэнергии и т.п.) на 1 кг дополнительной транспортируемой массы за среднее время годового пробега (пути перемещения) машин, комплектуемых рассматриваемыми унифицированными деталями из ряда.

3.7. Эксплуатационные расходы на детали и сборочные единицы при сравнении рядов различной густоты следует определять расчетом затрат на изготовление этих изделий взамен выходящих из строя за средний или нормативный срок службы комплектуемого данными изделиями оборудования.

3.8. Для деталей и сборочных единиц, заменяемых принудительно в процессе проведения планово-предупредительных ремонтов (ППР), при определении эксплуатационных расходов следует учитывать лишь такие величины изменения долговечности, которые приводят к увеличению срока службы изделия на один или несколько ремонтных циклов (т.е. в два и большее число раз).

Исследования показали, что в случаях неполной эксплуатационной информации, когда известно, что деталь или сборочную единицу рассматриваемого типа заменяют за срок службы комплектуемого ею оборудования, но срок службы Т п детали или сборочной единицы (число замен) не известен, целесообразно при создании унифицированного ряда стремиться к росту ресурса Т у в 2 раза.

3.9. Для деталей, замена которых производится по мере выхода из строя (ремни, цепи, быстроизнашиваемые детали и т.п.) при построении рядов учитывается ожидаемая величина изменения долговечности без учета продолжительности ремонтных циклов.

3.10. Для получения более точных результатов расчета оптимального ряда необходимо учитывать в числе эксплуатационных факторов увеличение долговечности части годовой программы выпуска каждого типоразмера несущих деталей и сборочных единиц, связанное с применением ближайшего большего типоразмера из ряда (вместо расчетного) и с вариацией фактических нагрузок в пределах номинального интервала нагрузок, обслуживаемого каждым типоразмером .

3.11. Суммарную годовую программу выпуска в j -м году i -го типоразмера деталей и сборочных единиц, необходимых на комплектование вновь изготовляемого оборудования и для замены по системе ППР этих изделий, выходящих из строя за срок службы оборудования, следует определять с учетом фактора, указанного в п. 3.10 , по уравнению :

где N" - суммарная годовая программа выпуска всех типоразмеров для комплектования вновь изготовляемого оборудования, штуки;

N" i - годовая программа (в долях единицы) выпуска i -го типоразмера для комплектования вновь изготовляемого оборудования;

определяется N" с помощью теоретической дифференциальной функции распределения, строящейся по скорректированным с учетом планируемого периода данным применяемости;

скобки означают, что учитывается лишь целая часть заключенного в них выражения;

µ j ,? ; µ j -1,? - определяются по зависимости (3.8 ), но вместо Т у ставится 2T y (в соответствии с указаниями п. 3.8 );

N" i ,? - годовая программа (в долях единицы) части выпуска i -го типоразмера, которая имеет долговечность, в два и более раз превышающую номинальную в связи с применением при нагрузках, меньших номинальной.

В случае расчета эксплуатационных расходов без учета фактора, указанного в п. 3.8 , принимается N i ,? = 0.

3.12. При наличии соответствующих исходных данных и расчетных зависимостей целесообразно в эксплуатационных расходах при построении рядов учитывать повышение уровня надежности (безотказности) несущих деталей и сборочных единиц в связи с эксплуатацией части выпуска каждого типоразмера при пониженных нагрузках, находящихся в пределах номинального диапазона нагрузок, обслуживаемого каждым типоразмером из ряда. Это повышение зависит от густоты ряда и приводит к уменьшению количества выходов из строя деталей и сборочных единиц в межремонтные периоды.

Увеличение безотказности может приводить к реальному сокращению потребности на замену из-за выходов из строя.

Способ расчета уменьшения потребности в подшипниках качения на замены за счет роста безотказности в условиях эксплуатации при пониженных нагрузках приведен в рекомендуемом приложении 4 .

3.13. Определение N" i производится по распределению годовых программ изготовления типоразмеров, полученному с помощью данных применяемости. Для весьма распространенного случая, когда распределение программ соответствует или близко к логарифмически нормальному закону, величина N" i определяется с помощью таблиц интеграла вероятностей, приводимых в курсах теории вероятностей и математической статистики. В соответствии с рекомендациями границы диапазона унификации принимают обычно исходя из охвата 90 - 93 % суммарной программы выпуска всех типоразмеров. В нормированном виде значения границ равны ± 1,80?.

В качестве примера определим N" i для пятого типоразмера ряда R40. Число типоразмеров в ряду равно:

(3.9)

где А 0 и А m - значения параметра на границах диапазона унификации;

q - знаменатель ряда.

Предположим, что m = 100. Следовательно, разница между соседними значениями параметра в нормированном виде равна 3,60/100 = 0,036?. Определяем границы интервала, соответствующего пятому типоразмеру в нормированном виде: 0,036 · 4 = 0,144 и 0,36 · 5=0,180. Соответствующие значения Ф(t ) по таблице интеграла вероятностей равны 0,0572 и 0,0714. Определив разницу значений Ф(t ), получаем N" 5 = 0,0142.

3.14. Для повышения точности учета эксплуатационных расходов на сборочные единицы при возможности получения соответствующих исходных данных помимо факторов, указанных в пп. 3.5 - 3.9 , целесообразно учитывать также другие эксплуатационные факторы (например, изменение трудоемкости ремонта в зависимости от густоты ряда, т.е. от повторяемости типоразмера и т.д.).

3.15. Для редукторов определение эксплуатационных расходов на обслуживание может быть произведено с помощью степенной регрессионной зависимости от повторяемости каждого типоразмера на одном предприятии-потребителе, полученной преобразованием регрессионных зависимостей, приведенных в :

(3.10)

где A т - межосевое расстояние тихоходной ступени, мм;

N - годовая программа выпуска редукторов, шт.;

K э - равен для цилиндрических одноступенчатых редукторов - 6,8, для цилиндрических двухступенчатых - 10,6; для трехступенчатых - 11,8; для конических - 7,6; червячных - 8,3 ? 9,2; планетарных - 16,5 ? 15,1 ;

l - повторяемость на одном предприятии-потребителе.

3.16. В силу очень большого разнообразия видов изделий специального применения и принципиальных различий в их назначении и эксплуатации в каждом конкретном случае построения рядов изделий определенного вида на основе анализа их функционального назначения и потенциальных условий их применения необходимо определить набор факторов и показателей, изменяющихся при замене одного типоразмера другим и влияющих на технико-экономические показатели изготовления и эксплуатации типоразмера.

3.17. При построении типоразмерных рядов, в процессе которого определяются наборы всех основных параметров (размеров) изделий, помимо факторов, указанных выше, как правило, должны учитываться дополнительные факторы, связанные со спецификой конструкции изделия, техническим уровнем, технологией производства, а также со спецификой условий эксплуатации .

4 . ЦЕЛЕВЫЕ ФУНКЦИИ И ОГРАНИЧЕНИЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ РЯДОВ

4.1. Для построения оптимальных рядов необходима разработка целевых функций, в которых учитываются расходы по различным техническим и технико-экономическим факторам в разных сферах жизненного цикла изделий, а также распределения величин потребностей (выпусков) в различных типоразмерах.

Целевой функцией оптимального параметрического ряда является подлежащая минимизации зависимость

где П i - функция затрат, учитывающая различные расходы за жизненный цикл i -го типоразмера строящегося ряда;

т - число типоразмеров в ряду.

Учитывая, что при построении параметрического ряда используются, главным образом, зависимости П i , условно назовем их целевыми функциями.

4.2. Для деталей и сборочных единиц обобщенное выражение целевой функции для случая условного принятия среднего на прогнозируемый период постоянного ежегодного выпуска на комплектование вновь изготовляемого оборудования целесообразно представлять в виде :

(4.2)

где С" i - определяется по (3.1 ), (3.4 ); С ? G сопр - по (3.6 );

g - средний срок службы (до списания) оборудования, комплектуемого рассматриваемыми составными частями.

4.3. В связи с тем, что оптимальные параметрические и типоразмерные ряды, как правило, должны представлять собой геометрические прогрессии из предпочтительных чисел по ГОСТ 8032-84 или из нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69 , построение таких рядов целесообразно производить сравнением расходов по участкам рядов R5, R10, R20, R40 (или Ra5, Ra10, Ra20, Ra40). Так как каждому типоразмеру из ряда предпочтительных чисел соответствует два типоразмера из соседнего более сгущенного ряда, то сопоставление расходов П i , Iредк на типоразмер какого-либо ряда с расходами П i ,Iгуст + П i ,IIгуст на два типоразмера более густого ряда целесообразно производить в виде расчетного неравенства:

П i ,Iредк П i ,Iгуст + П i ,IIгуст. (4.3)

После подстановки в (4.3 ) соответствующих целевых функций и проведения сокращений и преобразований получают расчетные неравенства для случаев полного или частичного учета влияющих факторов в зависимости от типа изделия и строят параметрический ряд.

4.4. При построении параметрических рядов деталей и сборочных единиц:

а) если их долговечность предполагают равной или большей, чем долговечность комплектуемого ими оборудования, а влияние изменения размеров от применения ближайшей большей детали или сборочной единицы из ряда, вместо расчетной, на изменение размеров сопряженных и окружающих деталей и сборочных единиц пренебрежимо мало (например, шкивы ременных передач при малых интенсивностях их износа, муфты приводов в открытых передачах при малых числах оборотов и т.п.), учитывают только затраты на изготовление и расчетное неравенство имеет вид :

(4.4)

где - отношение годовых программ выпуска большего и меньшего типоразмеров более сгущенного из сравниваемых рядов, выражаемых в долях от суммарной годовой программы по всем типоразмерам, принимаемой за единицу;

q - знаменатель прогрессии более сгущенного ряда;

n , u - показатели степени многофакторной степенной зависимости себестоимости типа (3.1 ) или (3.4 );

б) при учете всех основных влияющих факторов в сферах производства, применения при конструировании изделий и эксплуатации, включая учет изменения долговечности в пределах годовой программы каждого типоразмера ввиду применения при различных нагрузках в диапазоне обслуживания, для комплектования стационарного и мобильного оборудования применяют неравенство :

где K 1 , K 2 - коэффициенты многофакторных степенных уравнений для определения себестоимости типа (3.1 ), (3.4 ) и массы (в зависимости от главного и основных параметров и плотности материала - ?); целесообразно в модели массы использовать часть зависимости себестоимости типа (3.1 ), (3.4 ) без р , t , N , т.е. часть, характеризующую объем детали или сборочной единицы - G = K 2 A u R ? (L /A ) ? ? h или G = K 2 A u ? h ;

для установления погрешности, вызываемой таким использованием, необходимо определить относительные ошибки расчетных значений массы по сравнению с фактическими по данным применяемости; P = p x t v (см. п. 3.3 ), при использовании уравнения (3.4 ) Р = 1; Н = ? с? G ? h g(см. п. 3.4 ); h - показатель степени при? близок к 1;

в) в случае, аналогичном б), но без учета изменения долговечности в пределах каждого типоразмера из ряда, применяют неравенство (4.5 ), но B ? в обеих частях неравенства заменяют выражением

(4.6)

г) в случае, аналогичном б), но в условиях, когда предполагают, что средняя долговечность деталей и сборочных единиц из ряда будет равна или больше средней долговечности комплектуемого ими оборудования, применяют неравенство (4.5 ) при В ? = 1.

4.5. Для сложных сборочных единиц (редукторы, коробки скоростей и т.п.) и некоторых специальных деталей необходимы, как правило, в каждом конкретном случае построения параметрических рядов изучение влияющих факторов и оценка целесообразности разработки и включения в целевую функцию и расчетное неравенство математических моделей дополнительных влияющих факторов.

4.6. Расчетные неравенства, приведенные в п. 4.4 , целесообразно разрабатывать также для построения параметрических рядов и в случаях отбора типоразмеров в оптимальный ряд из имеющейся номенклатуры посредством исключения некоторых типоразмеров при соответствующем расширении области применения оставшихся.

4.7. Для построения типоразмерных рядов разрабатывают целевые функции, включающие помимо рассмотренных выше факторов, также другие, связанные с вводимыми параметрами.

Целесообразно включать факторы, отражающие специфические особенности условий применения при конструировании оборудования и условий эксплуатации. В случаях сложных зависимостей с большим числом параметров оптимизацию следует проводить поэтапно, как указано в разделе 5 , строя раздельные целевые функции.

В рекомендуемом приложении 6 приведена целевая функция для оптимизации ряда передаточных отношений зубчатых передач коробок скоростей металлорежущих станков . Оптимизация ряда передаточных отношений является первым предварительным этапом оптимизации типоразмерного ряда зубчатых передач коробок скоростей.

4.8. При построении параметрических и типоразмерных рядов оборудования необходимо в целевую функцию включать объем и структуры работ, подлежащих выполнению типоразмерами строящегося ряда. При этом должны быть учтены особенности оборудования и видов работ с позиций различной степени заменяемости типоразмеров.

4.9. Целесообразно выделять следующие виды заменяемости :

односторонняя - заменяющий типоразмер может иметь только большее (в отдельных видах изделий - только меньшее) значение главного параметра, чем заменяемый типоразмер (например, подшипники качения и скольжения, редукторы, зубчатые колеса и т.п.);

двусторонняя - заменяющий типоразмер может иметь и большее и меньшее значение главного параметра; двусторонней заменяемостью обладают оборудование и составные части, выполняющие такие функции, которые могут быть расчленены по главному параметру при сохранении технической равноценности результата функционирования, при этом экономические показатели могут быть различными (например, один насос большей производительности или два - меньшей);

смешанная - по одним видам работ заменяющий типоразмер должен иметь только большее значение главного параметра, а по другим - может иметь и большее и меньшее.

Кроме того, заменяемость следует классифицировать по степени обеспечения уровня всех технических требований к выполняемой работе следующим образом:

полная - заменяющий типоразмер выполняет функции заменяемого, выполняя на этом же уровне все технические требования к работам;

частичная - заменяющий типоразмер выполняет функции заменяющего не полностью, или выполняет все функции, но уровень всех или части технических требований не обеспечен, в таких случаях может потребоваться выполнение дополнительных работ, либо изделие будет более низкого технического уровня.

4.10. Ряд важных технических или технико-экономических требований или условий не включают в целевую функцию для избежания ее чрезмерного усложнения либо ввиду трудности совмещения с факторами и условиями, содержащимися в целевой функции.

Такие требования или условия формулируют отдельно в виде неравенств - ограничений к задаче оптимизации ряда.

4.11. Как показано выше, применение унифицированных или стандартных изделий из построенного ряда приводит к завышению размеров и массы изделия (а также конструктивно связанных с ним других изделий) в случаях применения ближайшего большего типоразмера из ряда вместо потребного по расчету (или ранее применявшегося специального).

В большинстве случаев за счет некоторого повышения удельных показателей технического уровня деталей и сборочных единиц может быть достигнуто определенное уменьшение размеров и массы унифицированных типоразмеров в ряду по сравнению с унифицированными типоразмерами, удельные показатели технического уровня которых приняты на основе широко применяемого принципа средних или наиболее часто встречаемых в подлежащей замене унифицированными совокупности соответствующих оригинальных составных частей. Предлагаемый подход обеспечивает ликвидацию или сведение к минимуму указанных потерь от применения ближайшей большей детали или сборочной единицы из ряда и приводит к соответствующему повышению технического уровня оборудования, комплектуемого новыми типоразмерами из ряда.

4.12. На основании анализа больших массивов данных по конкретным деталям и сборочным единицам установлена практическая возможность и технико-экономическая целесообразность перехода во многих случаях на изготовление деталей и сборочных единиц в ряду из более высокопрочных материалов с более совершенными видами упрочнения, что и обеспечивает потребное повышение значений удельных показателей технического уровня.

Учитывая, что главной целью построения оптимизированных рядов стандартных и унифицированных изделий является организация их высокоспециализированных производств, проведение указанных усовершенствований в материале и технологических процессах следует рассматривать как реальное, прогрессивное и экономически эффективное.

4.13. Для несущих деталей и сборочных единиц при построении их рядов следует помимо ограничения на числовые значения параметров (выбор их из рядов предпочтительных чисел) формулировать два технических ограничения, обеспечивающие решение задачи, поставленной в п. 4.11 :

суммарная масса годовой программы выпуска всех типоразмеров составных частей из построенного ряда, удовлетворяющей планируемые потребности, не должна быть более суммарной программы выпуска всех типоразмеров подлежащих замене оригинальных составных частей, удовлетворяющей те же потребности,

(4.7)

суммарный ресурс (или нагрузки) годовой программы выпуска всех типоразмеров из ряда, удовлетворяющей планируемую потребность, не должен быть менее суммарного ресурса (или нагрузок) годовой программы выпуска всех типоразмеров подлежащих замене оригинальных составных частей, удовлетворяющей те же потребности,

где? p , y , ? p ,0, y - допускаемая удельная нагрузка унифицированных деталей и оригинальных деталей из j -го материала;

G 0,i ,k , N 0,i ,k - масса и годовая программа выпуска k -й оригинальной детали из числа от первой до l -й деталей, заменяемых i -й унифицированной.

4.14. Допускается упрощенное приближенное использование неравенств посредством их решения до полного решения задачи оптимизации ряда. При этом предварительно решают неравенство (4.7 ). Для решения принимают некоторые постоянные наиболее вероятные значения R , L /A , ? у и принимают ряд значении в виде последовательных значений предпочтительных чисел R20 (или R10) в пределах диапазона, определенного для построения ряда из анализа массива исходных данных. При явном неудовлетворении неравенства (4.7 ) смещают диапазон на одно значение из ряда R20 (или R10) в сторону меньших значений и вновь проверяют неравенство. Решение неравенства продолжают до тех пор, пока оно не будет удовлетворено. Полученный ряд значений параметра из ряда R20 (R10) в пределах диапазона, удовлетворяющего неравенство (4.7 ) вводят в неравенство (4.8 ) и решают его относительно? p , y . Далее устанавливают вид материала и род упрочнения, обеспечивающие полученное значение? p , y .

4.15. В случае невозможности полного удовлетворения обоих неравенств (4.7 ) и (4.8 ) следует принимать решение о приоритете того или другого в зависимости от подлежащих решению конкретных технических и экономических задач.

4.16. Общие требования к формированию математических моделей оптимизации .

4.17. Базовые модели оптимизации параметрических рядов средств измерений и автоматизации - по РД 50-397-83.

5 . ТРЕБОВАНИЯ К МЕТОДАМ ПОСТРОЕНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ И ТИПОРАЗМЕРНЫХ РЯДОВ

5.1. Методы, применяемые для построения параметрических и типоразмерных рядов, должны соответствовать следующим требованиям:

позволять по номенклатуре и характеру исходных данных, потребных для реализации расчетной процедуры, производить построение рядов на начальных этапах проектирования унифицируемых изделий ОМП, обеспечивать, как правило, (кроме специальных случаев, указанных в п. 1.6 ) построение оптимальных рядов с наименьшими народнохозяйственными затратами (или наибольшей народнохозяйственной прибылью) при условии обеспечения установленного технического уровня изделий, принятых ограничений на структуру ряда и числовые значения параметров, указанных в разделе 1 ;

обеспечивать построение оптимальных рядов при структуре целевых функций, приведенных или охарактеризованных в разделе 4 ;

осуществляться с помощью вычислительных операций, практически реализуемых вручную или на современных ЭВМ;

обеспечивать получение объективных результатов.

5.2. Методы построения типоразмерных рядов должны, как правило, обеспечивать возможность одновременной оптимизации всех или важнейшей группы основных параметров для всего ряда значений главного параметра.

5.3. В случаях большого числа основных параметров, вызывающего вычислительные затруднения, допускается разделение основных параметров на группы и построение рядов последовательной оптимизацией групп параметров.

5.4. Для уменьшения потерь в случаях построения типоразмерных рядов при большом числе основных параметров и при наличии неопределенности в исходной информации может быть применено двухступенчатое построение ряда:

на исходных этапах проектирования используются менее точные, но более простые приближенные методы построения рядов с рассмотрением большого числа вариантов;

на завершающих этапах проектирования при накоплении необходимой информации используются более точные и сложные методы с рассмотрением малого числа вариантов.

5.5. Рационально применяемый метод оптимизации должен обеспечивать задачу выбора с учетом видов заменяемости изделий, указанных в разделе 4 .

5.6. Остальные общие требования к методам, используемым для оптимизации рядов, - .

5.7. Классификация и области применимости методов оптимизации - по РД 50-220-80.

6 . МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ И ТИПОРАЗМЕРНЫХ РЯДОВ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ

6.1. Метод построения параметрических рядов по точкам перевода (метод точек перехода) предназначен для построения оптимальных параметрических рядов (рядов главного параметра) деталей и сборочных единиц, распределение потребности в которых может быть аппроксимировано непрерывными зависимостями (функциями) одновершинного (унимодального) типа.

Применение данного метода не предусматривает обязательное использование ранее выпускавшихся типоразмеров; можно строить оптимальный параметрический ряд с рациональной структурой, базирующейся на анализе данных о ранее изготовлявшихся типоразмерах.

Построение рядов данным методом наиболее целесообразно при проведении работ по унификации, стандартизации деталей и сборочных единиц в условиях разработки новых гамм оборудования, систем машин и т.д., при замене моделей выпускаемого оборудования на предприятиях и в отраслях с многономенклатурным единичным или серийным характером производства (станкостроение, тяжелое машиностроение, различные подотрасли машиностроения для легкой и пищевой промышленности, подотрасли строительно-дорожного машиностроения и т.д.). Метод предназначен также для применения при оптимизации рядов деталей и сборочных единиц в государственных и отраслевых стандартах, особенно при создании специализированных производств этих изделий.

По наличию и виду математической процедуры поиска экстремума (оптимального решения) метод точек перехода относится к частным методам математического программирования.

6.1.1. Главный параметр деталей и сборочных единиц в большинстве случае имеет распределение, близкое к логарифмически нормальному. При логарифмически нормальном распределении применение метода точек перехода наименее трудоемко. Метод может быть применен как для ручного расчета, так и с использованием ЭВМ.

6.1.2. При построении рядов методом точек перехода используются критерии, целевые функции, расчетные неравенства и ограничения, приведенные в разделах 1 и 4 .

Метод базируется на закономерностях рациональных структур рядов главного параметра деталей и сборочных единиц. Он применим не только для оптимизации рядов главного параметра, но и для рядов других основных параметров.

6.1.3. Процедура построения оптимального параметрического ряда методом точек перехода состоит в следующем.

По данным о распределении оптимизируемого параметра определяют границы рационального диапазона унификации. По литературным данным унификацией целесообразно охватывать 90 - 93 % общего выпуска всех типоразмеров унифицируемого изделия, что соответствует при логарифмически нормальном законе распределения значениям границ примерно ±1,80?.

Определяют по (3.9 ) число типоразмеров ряда Ra40 (R40) на диапазоне унификации.

Далее с помощью таблиц интеграла вероятностей (см. п. 3.13 ) либо по заранее рассчитанным таблицам значений ? i и N" i , I определяют значение? наим ряда Ra40 (как правило, соответствует последним двум типоразмерам ряда с наибольшими значениями параметра) и N" i , I для меньшего из типоразмеров соответствующей пары.

Затем решают наиболее подходящее для рассматриваемого случая неравенство, из числа указанных в разделе 4 , в котором сопоставляют расходы на типоразмер ряда Ra20 и два типоразмера ряда Ra40.

Если знак неравенства показывает, что меньше расходы на типоразмер ряда Ra20, то принимают, что типоразмеры ряда Ra40 не принадлежат оптимальному ряду и следует перейти к аналогичному сравнению наибольшего типоразмера ряда Ra10 и соответствующих двух типоразмеров ряда Ra20. Если знак первого неравенства показывает, что меньше расходы на типоразмеры ряда Ra40, то определяют? наиб (обычно соответствует наименьшим двум типоразмерам ряда Ra40) и соответствующее значение N" i , I . Решают неравенство для соответствующего типоразмера ряда Ra20 и двух типоразмеров ряда Ra40. Если знак неравенства вновь указывает на большую эффективность (меньшие расходы) типоразмеров ряда Ra40, то это является доказательством того, что оптимальный ряд состоит на всем диапазоне из типоразмеров ряда Ra40 и дальнейшие вычисления не требуются. Наконец, в случае, если последнее неравенство показало большую эффективность типоразмера ряда Ra20, можно считать установленным, что часть ряда Ra40 принадлежит оптимальному. Для поиска точки перехода в оптимальном ряду от ряда Ra40 к ряду Ra20 производится решение неравенства для типоразмеров Ra20 и Ra40, расположенных в середине общего диапазона. Далее решается неравенство для середины той из половин диапазона, на краях которой оказались неравенства с противоположными знаками, затем для той из четвертей, на краях которой неравенства имеют противоположные знаки и т.д. до тех пор, пока не будут получены два неравенства для соседних типоразмеров, имеющие противоположные знаки. Между этими типоразмерами и находится точка перехода. Таким образом устанавливают, что оптимальному ряду принадлежат типоразмеры ряда Ra40 от наибольшего до типоразмера у точки перехода.

Построение ряда заканчивается установлением густоты той части оптимального ряда, которой принадлежат наименьшие типоразмеры диапазона унификации.

6.1.4. При условии принятых ограничений метод точек перехода и расчетные неравенства позволяют строить ряды деталей и сборочных единиц, изготовление и эксплуатация которых осуществляется с народнохозяйственными расходами на 10 - 25 % меньшими, чем расходы на ряды деталей и сборочных единиц, построенные по ранее принятым методикам, за счет введения в расчет ранее не учитывавшихся факторов, уточнения и развития способов учета других факторов. Кроме того, процедура метода обеспечивает обязательное построение ряда с рациональной структурой - геометрической или ступенчато-геометрической, сгущающейся в направлении от меньших значений параметра к большим, что, в свою очередь, позволяет снизить расходы по ряду технических и технико-экономических факторов (уменьшение и рационализация номенклатуры заготовок и снижение потерь из-за завышения припусков, уменьшение номенклатуры обрабатывающего и измерительного инструмента и т.д.), которые не учтены, из-за трудностей определения, в приведенных в разделе 4 целевых функциях и расчетных неравенствах.

Метод точек перехода может также быть использован при построении типоразмерных рядов путем последовательной оптимизации ряда каждого из параметров.

Методом точек перехода построены оптимальные ряды главного параметра подшипников качения в ГОСТ 5721-75 (легкая серия диаметров), ГОСТ 8419-75 (особолегкая серия диаметров 1) и корпусов подшипников скольжения в ГОСТ 11521-82 .

Пример построения параметрического ряда методом точек перехода приведен в приложении 6 .

6.2. Метод построения параметрических и типоразмерных рядов исключением типоразмеров предназначен для построения рядов деталей и сборочных единиц в отраслях и объединениях с массовым характером производства отдельных типоразмеров, программы выпуска которых существенно превышают программы выпуска других типоразмеров деталей или сборочных единиц того же типа (например, сельскохозяйственное машиностроение, некоторые подотрасли машиностроения для легкой и пищевой промышленности, химического и нефтяного машиностроения, приборостроения и т.д.) при модернизации и замене отдельных моделей выпускаемого оборудования в условиях, когда поставлена задача сохранения конструкции и размеров наиболее массово изготовляемых типоразмеров, производимых на специализированных производствах, а также при постановке задачи минимальной переработки наиболее массово изготовляемых моделей оборудования и наименьшей перестройки массовых производств.

6.2.1. Процедура метода состоит в следующем. По собранным данным применяемости (фактического изготовления) строят гистограмму распределения программ выпуска типоразмеров рассматриваемого изделия (с внесением соответствующих коррективов на ожидаемый рост программ выпуска). Определяют границы диапазона унификации как указано в разделе 3 . По гистограмме отбирают наиболее массово и специализированно изготовляемые типоразмеры, которые принимают в качестве исходных базовых типоразмеров строящегося ряда.

6.2.2. Исходя из требований к оборудованию, в котором будут применять детали и сборочные единицы из строящегося ряда, производят проверку технического уровня базовых типоразмеров. В случае целесообразности повышения их технического уровня выполняют расчеты методами, изложенными в разделе 2 . При этом ставится задача минимального изменения конструкции, габаритных и присоединительных размеров. Установленный технический уровень принимают для всех типоразмеров, либо, при целесообразности, его дифференцируют для разных типоразмеров.

6.2.3. Составляют расчетные неравенства типа (4.3 - 4.5 ) для сравнения расходов за срок службы комплектуемого оборудования по годовым программам выпуска по каждому из отобранных базовых i -х типоразмеров и ближайшему меньшему из изготовляемых (i - 1)-му типоразмеру - с одной стороны и по i -му типоразмеру при замене им (i - 1)-го типоразмера с учетом изменения себестоимости от изменения программы выпуска, стоимости завышения массы сопряженных деталей от применения i -го типоразмера вместо (i - 1)-го и с учетом расходов на техническую подготовку производства сопряженных деталей, измененных вследствие указанной замены типоразмеров (расходы на техническую подготовку можно условно отнести к выпуску первого года):

где N i , i -1 - суммарная годовая программа выпуска i -го и (i - 1)-го типоразмеров, шт.;

K т.п - коэффициент увеличения себестоимости ввиду расходов на техническую подготовку производства. Желательно определять K т.п по фактическим данным, при их отсутствии можно пользоваться следующими ориентировочными значениями:

Годовая программа выпуска, шт.

Остальные условные обозначения соответствуют принятым в разделе 3 .

Величины N i ,j , N i -1,j определяют по уравнению (3.7 ).

В случае, если расходы на объединенный типоразмер окажутся меньшими, составляют аналогичное неравенство для случаев замены i -м типоразмером двух типоразмеров - (i - 1)-го и (i - 2)-го.

В этом случае к левой части неравенства (6.1 ) добавляют член, характеризующий расходы на (i - 2)-й типоразмер, а в правой части в первом члене в числителе записывают суммарную программу по трем типоразмерам, два других члена правой части неравенства (6.1 ) записывают раздельно для (i - 1)-го и (i - 2)-го типоразмеров. Если и в этом случае расходы на объединенный типоразмер окажутся меньше, то аналогично составляют неравенство для объединения четырех типоразмеров. Если же при анализе второго неравенства окажется, что меньше расходы на типоразмер, объединяющий только i -й и (i - 1)-й типоразмеры, то на данном участке окончательно принимают в оптимальном ряду i -й типоразмер и исключают (i - 1)-й. Аналогичным образом проводится анализ по всем принятым за базовые массовым типоразмерам. На участках, оставшихся после этого не охваченными анализом, производится аналогичный анализ, начиная с наибольшего из нерассмотренных типоразмеров на данном участке.

6.2.4. В результате последовательного рассмотрения расходов по типоразмерам на всех участках диапазона унификации образуется оптимальный ряд. При необходимости на участках с большим разрежением могут быть произведены подобным образом проверки целесообразности введения в оптимальный ряд добавочных (ранее не изготовлявшихся) типоразмеров.

6.2.5. Если при вышеизложенном анализе рассматривают только типоразмеры с отличающимися значениями главного параметра, но имеются еще исполнения с различными значениями основных параметров при одном значении главного, то в результате анализа получается ряд, который условно может быть отнесен к параметрическим (ряд главного параметра). Если же отсутствуют типоразмеры с разными значениями основных параметров при одном значении главного, то построенный ряд является типоразмерным, так как его построением определены все необходимые типоразмеры как по главному, так и по всем основным параметрам и дальнейший анализ не требуется.

Использованный в данном методе прием сравнения расходов по фактически изготовляемым и объединяемым типоразмерам подобен приему, изложенному в работе .

6.3. Метод построения типоразмерных рядов по точкам перехода с применением обобщающего параметра предназначен для построения типоразмерных рядов несущих деталей и сборочных единиц, когда набору числовых значений основных параметров любого типоразмера (при конкретном материале и способе упрочнения) соответствует определенное расчетное значение передаваемой нагрузки. Например, зная модуль, число зубьев, длину зуба зубчатого колеса, материал колеса и род упрочнения, можно определить передаваемую нагрузку по критериям прочности по изгибу и контактной прочности.

6.3.1. На первом этапе для каждого числового значения главного параметра по методу точек перехода определяют ряд наборов числовых значений основных параметров в их реальных сочетаниях.

6.3.2. Ввиду значительных вычислительных трудностей при совместной оптимизации наборов числовых значений нескольких параметров, особенно при учете сложных многомодальных функций, характеризующих соответствующие целевые функции, производят оптимизацию по одному обобщенному параметру - несущей способности, которая, как отмечено выше, характеризует конкретные наборы основных параметров.

6.3.3. Для оптимизации типоразмерного ряда по значениям несущей способности применяют изложенный выше метод точек перехода.

6.3.4. После проведения оптимизации полученный ряд несущих способностей заменяют соответствующим рядом наборов числовых значений основных параметров, который и представляет собой оптимальный типоразмерный ряд.

6.4. В случаях, когда по техническим обоснованиям оказывается целесообразным производить выбор значений параметра при оптимизации ряда не из предпочтительных чисел и нормальных линейных размеров, а из любых натуральных чисел или из непрерывной числовой последовательности, т.е. без ограничений на числовую основу, целесообразно применение для построения параметрических и типоразмерных рядов методов программирования (динамическое программирование и др.), подробно изложенных в методиках .

6.5. Ввиду большого многообразия различных специальных изделий, выполняемых ими функций, видов работ, различного характера заменяемости типоразмеров изделий, многообразия видов их параметров в настоящее время отсутствует наиболее рациональный единый метод оптимизации их параметрических и типоразмерных рядов.

С учетом специфических особенностей изделий, влияющих факторов, структур целевых функций и видов ограничений, охарактеризованных в разделах 3 и 4 , для решения конкретной задачи следует выбирать метод, соответствующий особенностям задачи, эффективный и математически корректный.

6.6. В случаях построения рядов изделий специального применения, когда затруднительно или нецелесообразно использование методов, изложенных в пп. 6.1 - 6.3 , применяют следующие методы:

для параметрических рядов

при большем количестве возможных вариантов, двусторонней заменяемости, пересекающихся областях работ различных типоразмеров и т.д. - метод динамического программирования ;

при отсутствии аналитической функции эксплуатационных затрат, вызванных некоторым несоответствием любого типоразмера из ряда конкретным условиям эксплуатации или потребления по сравнению со специально спроектированным изделием (иногда эту функцию называют функцией потерь от адаптации) - адаптивный метод оптимизации рядов или метод статистических решений . В обоих методах принято условно, что потери от адаптации пропорциональны квадрату величины, представляющей собой отношение разности потребного параметра и значения параметра из ряда к потребному значению параметра;

для типоразмерных рядов

метод типа метода «ветвей и границ» .

МЕТОДИКА УСТАНОВЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ОСНОВНЫХ УДЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ ОБЩЕМАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ (ОМП)

1. Для большинства деталей и сборочных единиц ОМП основным показателем технического уровня является удельная несущая способность.

2. Для деталей ОМП за величину удельной несущей способности следует принимать величину допускаемого напряжения (по основному виду нагрузки, на несение которой рассчитана деталь) или другой аналогичной характеристики, а для сборочных единиц - отношение несущей способности к массе сборочной единицы либо другую важнейшую относительную характеристику.

3. С целью установления рациональной величины основных показателей качества унифицированных изделий ОМП и построения их рядов на предприятиях-изготовителях и в организациях, эксплуатирующих изделия, подлежащие унификации, собирают следующие материалы и данные:

чертежи изделий с указанием себестоимости и годовой программы выпуска в текущем либо предыдущем году;

данные о средних сроках службы (или долговечности) T п изделий ОМП до замены, способах замены (принудительно при очередном ремонте или по мере достижения предельного состояния), наиболее частой причине выхода из строя или принудительной замены (критерий разрушения; например, усталостный излом, контактная усталость, абразивный износ и т.п.);

данные о средних сроках службы Т м до списания комплектуемого рассматриваемыми изделиями ОМП оборудования.

4. Собирают данные, указанные в п. 3 , обо всех типоразмерах изделия ОМП, которые предполагаются в дальнейшем заменить унифицированными, либо по достаточно полной и представительной выборке. Желательно получение данных не менее чем по 100 - 200 типоразмерам. При невозможности получения указанного объема выборки либо при небольшом числе заменяемых типоразмеров допускается соответствующее уменьшение объема выборки, однако, при этом возрастает погрешность расчета.

5. Полученные данные и данные чертежей по изделиям одного типа сводят в таблицу применяемости, в которой указывают: обозначение изделия по чертежу, главный и основные параметры, массу, вид термообработки, твердость, годовую программу выпуска, себестоимость, причины выхода из строя, долговечность или срок службы изделия ОМП, срок службы до списания комплектуемого данным изделием ОМП оборудования (последние два вида данных - при их наличии).

6. На основе данных применяемости о неуфицированных изделиях ОМП, которые предполагается заменить унифицированными, строят теоретическое распределение значений главного параметра, ближайшее к эмпирическому (см. ).

7. По данным эксплуатации определяют соотношение долговечности (срока службы) подвергаемых унификации изделий ОМП - Т п и долговечности (срока службы до списания) комплектуемого этими изделиями оборудования - . При если удалось установить фактическое среднее значение соотношения и определяют желательное среднее значение долговечности (срока службы) для унифицированных изделий ОМП - , исходя из целесообразности обеспечения

При недостаточности эксплуатационной информации, когда известно, что Т п < Т м, но не установлено соотношение Т п:Т м, и известно, что замена унифицируемых изделий ОМП производится при ремонтах через определенные интервалы времени (система планово-предупредительных ремонтов) целесообразно принимать что установлено расчетами по большому числу типов оборудования различных отраслей машиностроения. При этом, как будет показано ниже, нет необходимости устанавливать фактическое числовое значение

8. Определив по данным выборочной совокупности (по информации о применяемом материале, роде упрочнения, твердости и т.д.) для каждого i -го типоразмера детали величину допускаемого напряжения? доп.Пi (или другой аналогичной характеристике), устанавливают средневзвешенные значения допускаемого напряжения:

(1)

и главного параметра

(2)

где G Пi , А Пi , N Пi - масса, главный параметр и годовая программа выпуска i -го типоразмера.

9. Из соотношений между , , , , получаемых из выражений для расчета на прочность и долговечность деталей соответствующего типа (соотношения для зубчатых колес и передач приведены в приложении 2 ), определяют , так как , , определены ранее, как указано в пп. 7 , 8 .

где , - допускаемое контактное напряжение при числе циклов напряжений 10 6 для неунифицированных и унифицированных колес.

В случае недостаточности эксплуатационной информации, когда принимают (см. п. 7 ), вместо числовых значений и в выражение для расчета подставляют соотношение 1:2.

Если неравенство оказывается практически недостижимым или нецелесообразным из-за слишком больших величина , следует принимать такое из возможных значений , которое обеспечит рост по сравнению с на величину, кратную межремонтному циклу.

10. Если после установления по соотношениям типа (3 ) значений окажется возможным выбор материала и рода его упрочнения, обеспечивающих более высокое значение целесообразно определить возможность общего уменьшения значений главного параметра в строящемся ряду по сравнению со значениями для деталей, подлежащих замене унифицированными (при отсутствии технических ограничений уменьшения, например, по жесткости и т.д.). Для этого используют соотношения между значениями главного параметра и допускаемыми напряжениями, получаемые из уравнений для расчета деталей данного типа на прочность и долговечность.

Например, для цилиндрических зубчатых колес при учете контактной усталости соотношение имеет вид

(4)

В таком случае производится уменьшение всех значений главного параметра в теоретическом распределении (см. п. 6 ) в число раз, равное

Окончательная величина уменьшения значений главного параметра устанавливается после проверки по техническим критериям, ограничивающим уменьшение размеров (например, для зубчатых колес - минимальное число зубьев без подреза, прочность ступицы и т.п.).

11. Если по данным эксплуатации установлено, что в большинстве случаев применения подлежащих унификации изделий ОМП имеет место соотношение , то при установлении технического уровня при унификации (построении ряда) целесообразно при возможности выбирать материал, род термообработки, твердость и т.п., исходя из обеспечения для унифицированных изделий ОМП того же соотношения при одновременном рациональном уменьшении размеров способом, указанным в п. 10 .

12. При возможности сбора соответствующих исходных данных, вместо указанного в п. 6 построения по данным применяемости распределения значений главного параметра, более целесообразно построение вначале распределения потребных величин нагрузок и затем по этому распределению построение распределения значений главного параметра, исходя из установленных для унифицированных изделий ОМП допускаемых нагрузок или других удельных нагрузочных характеристик. Такой подход позволяет в ряде случаев получить дополнительную экономию от уменьшения размеров.

УСТАНОВЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ УДЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ УНИФИЦИРОВАННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

1. По собранным в производстве данным таблиц применяемости изготовляемых зубчатых колес с помощью формул ГОСТ 21354 -75 «Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные. Расчет на прочность» рассчитывают таблицу пределов выносливости для различных материалов и для каждого i -го типоразмера и соответствующих ему материала, вида термообработки и твердости. Определяют по таблице величины предела выносливости для ведущего вида разрушения (например, для случая разрушения из-за контактной усталости - ) и базового числа циклов N ho , которые заносят в таблицу.

2. Рассчитывают предел выносливости для числа циклов 10 6 (это число циклов удобно, так как оно соответствует наклонной ветви кривых усталости по контактным напряжениям и по изгибу для различных сталей и видов термообработки)

(1)

3. Для каждого i -го типоразмера определяют в соответствии с указаниями ГОСТ 21354 -75 значения коэффициентов S НП, Z R П i , Z V П i , K L П i , K XH П i .

4. Рассчитывают для каждого колеса допускаемое напряжение при N = 10 6

(2)

5. Устанавливают средневзвешенное значение допускаемого напряжения для всей выборки колес

(3)

где N i - количество типоразмеров колес (в выборке) с одинаковыми материалом, термообработкой и твердостью;

Суммарная чистая масса колес из одинакового материала, с одинаковыми термообработкой и твердостью.

6. По приведенным в таблице настоящего приложения соотношениям определяют допускаемое напряжение при N = 10 6 циклов для унифицированных колес, например

Соотношения для установления рационального технического уровня унифицированных зубчатых передач и колес

Тип детали или комплекса, главный параметр	Критерий расчета на прочность	Соотношения между допускаемыми напряжениями и
Тип детали или комплекса, главный параметр	Критерий расчета на прочность	долговечностями	главными параметрами (размерами)
Цилиндрические зубчатые передачи (пары колес), главный параметр - межосевое расстояние a ?
	Усталость по изгибу
Цилиндрические зубчатые колеса, главный параметр - модуль m	Усталость по контактным напряжениям
Цилиндрические зубчатые колеса, главный параметр - модуль m	Усталость по изгибу

Примечание. n = 6 для колес с твердостью поверхности зубьев НВ? 350 и колес со шлифованной переходной поверхностью независимо от твердости, n = 9 для колес с нешлифованной переходной поверхностью при HB > 350.

7. Исходя из вида оборудования, для которого производится унификация колес, назначают определенные показатели качества колес, с учетом также условий эксплуатации (они принимаются в среднем одинаковыми для унифицированных колес и для заменяемых ими неунифицированных), и определяют числовые значения коэффициентов S HУ , Z RУ , Z V У , K LУ , K XHУ .

8. Рассчитывают

(5)

10. С помощью формул типа (1 ) производят пересчет величин предела выносливости при базовом числе циклов из таблицы (п. 6 ) в значения предела выносливости при числе циклов N = 10 6 и устанавливают для унифицированных колес материал, термообработку и твердость, обеспечивающие ближайшие большие по сравнению с полученными по расчету значения и

11. Приведенная методика не учитывает случаи, когда разрушение возникает от максимальных нагрузок или малоцикловой усталости. Однако при правильном расчете колес и правильной их эксплуатации не должны, как правило, возникать нагрузки, превышающие учтенные в циклограмме нагрузок, и, соответственно, по этим причинам не должно происходить значительного числа отказов.

12. Приведенная в пп. 1 - 10 методика основывается на расчетных зависимостях усталостной прочности материала зубчатых колес, соответствующих «добазовой» зоне (наклонная ветвь кривой усталости). Однако при установлении желательных величин долговечности унифицированных колес вполне вероятно попадание в «забазовую» зону. Расчетами установлено, что в этом случае полученные значения потребных для унифицированных колес допускаемых напряжений оказываются несколько завышенными, но относительная величина этого завышения, как правило, не превышает 5 - 7 %.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Обязательное

НОМЕНКЛАТУРА ГЛАВНЫХ И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ ОМП

Таблица 1

Детали механических передач

Наименование изделия		Главные и основные параметры
Наименование изделия		d l 2 ном	u ном	Количество канавок	Сечение канавки
Звездочки
	для плоских ремней
	для клиновых ремней
Передачи зубчатые цилиндрические силовые
Колеса зубчатые цилиндрические
Передачи зубчатые конические
Передачи червячные

Таблица 2

Подшипники качения и скольжения

Таблица 3

Детали узлов подшипников качения и скольжения

Наименование изделия	Главные и основные параметры
Наименование изделия	диаметр отверстия	наружный посадочный диаметр	наружный диаметр (габаритный)	длина (для втулок), межосевое расстояние между болтами крепления (для корпусов)	расстояние от вала до основания лап
Корпуса подшипников качения фланцевого исполнения
Корпуса подшипников качения с креплением на лапах
Крышки глухие
Крышки с отверстием
Втулки дистанционные в корпусе
Втулки дистанционные на вал
Корпуса подшипников скольжения с креплением на лапах
Корпуса подшипников скольжения фланцевого исполнения

Таблица 4

Крепежные детали

Наименование изделия	Главные и основные параметры
Наименование изделия	наружный диаметр	диаметр резьбы	внутренний диаметр	длина (толщина)	диаметр головки	высота головки







Заклепки

Таблица 5

Редукторы, муфты, вариаторы

Наименование изделия		Главные и основные параметры
Наименование изделия			M ном	M наиб	диапазон регулирования	u ном	D нар	d l 2ном
Редукторы	цилиндрические
	конические
	коническо-цилиндрические
	планетарные
	червячные
	червячно-цилиндрические
	зубчатые
	кулачковые
	фланцевые
	эластичные с торообразной оболочкой
	Вариаторы

Таблица 6

Гидравлическое, пневматическое и смазочное оборудование

Наименование изделия	Главные и основные параметры
Наименование изделия	P ном	n ном	V ном	Q ном


Цилиндры
Аппаратура
Гидроаккумуляторы

Условные обозначения, принятые в табл. 1 - 6

XX - главный параметр;

X - основной параметр;

а ? - межосевое расстояние, мм;

а ?т - межосевое расстояние тихоходной ступени редуктора, мм;

b (В ) - ширина венца, мм;

D - диаметр (шкива, цилиндра), наружный диаметр муфты, мм;

D y - условный проход, мм;

d - диаметр штока, мм;

d l 2ном - номинальный диаметр основания делительного конуса (делительный диаметр) колеса конической зубчатой пары, мм;

Тонкость фильтрации, мкм;

L - ход поршня, мм;

т - модуль, мм;

М т - крутящий момент на тихоходном валу редуктора, Н · м (кгс ·М);

М ном - номинальный крутящий момент, Н · м;

М наиб - наибольший крутящий момент, Н · м;

n ном - номинальное число оборотов, с -1 ;

r в - радиус водила, мм;

u ном - номинальное передаточное число;

t - шаг цепи, мм;

z - число зубьев;

Р ном - номинальное давление, МПа;

V ном - номинальный объем, см 3 ;

V 0 - рабочий объем, см 3 ;

Q ном - номинальный поток (расход), дм 3 /с (л/мин).

СПОСОБ РАСЧЕТА УМЕНЬШЕНИЯ ПОТРЕБНОСТИ В ПОДШИПНИКАХ КАЧЕНИЯ ЗА СЧЕТ РОСТА БЕЗОТКАЗНОСТИ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИ ПОНИЖЕННЫХ НАГРУЗКАХ

1. На основе известного положения о том, что вероятность безотказной работы подшипников качения хорошо описывается уравнением Вейбулла и с учетом констант международного стандарта ИСО 281/1-77, получено уравнение вероятности безотказной работы подшипника в j -м году от начала эксплуатации

(1)

где Т д,абс - срок службы до плановой замены в годах.

Уравнение получено из условия принятия Т д = 1 при номинальной нагрузке.

2. Количество N над.ед. i подшипников рассматриваемого i -го типоразмера (в долях от суммарной потребности, принятой за единицу), необходимых в год на замену внезапно отказавших подшипников целесообразно определять с помощью средней величины безотказной работы за год. Указанную величину вычисляют как среднее арифметическое вероятностей безотказной работы в течение первого и последнего годов межремонтного цикла. Вероятности для каждого из этих лет определяют, в свою очередь, как средние для случаев работы при номинальной и наименьшей нагрузках в пределах диапазона, обслуживаемого данным типоразмером подшипника. С учетом сказанного количество внезапно отказавших подшипников равно

3. В соответствии с ГОСТ 18855-82

где С дин, i - динамическая грузоподъемность подшипника i -го типоразмера;

-го типоразмера.

С учетом условия, принятого в п. 1 , принимая, что

С дин,i = R i .

Наибольшая долговечность, получаемая при наименьшей нагрузке, т.е. при P i = С дин i -1 равна

(8)

где? = 3 для шариковых подшипников;

3,33 для роликовых подшипников.

Таким образом, введя в целевую функцию и расчетное неравенство учет изменения потребности от изменения уровня безотказности можем производить сравнение величин выигрыша при сопоставлении расходов по типоразмерам рядов различной сгущенности.

ЦЕЛЕВАЯ ФУНКЦИЯ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ РЯДА ПЕРЕДАТОЧНЫХ ОТНОШЕНИЙ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ КОРОБОК СКОРОСТЕЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ [ 3 ]

Для оптимизации типоразмерного ряда цилиндрических зубчатых передач для коробок скоростей металлорежущих станков разработана целевая функция для предварительной оптимизации одного из основных параметров - ряда передаточных отношений.

В целевой функции сопоставлены расходы на изготовление коробки скоростей (расходы уменьшаются с уменьшением густоты рядов чисел оборотов шпинделя, т.е. с уменьшением числа передач в коробке) и стоимость обработки на станке (расходы на инструмент уменьшаются с приближением к оптимальным скоростям резания, т.е. с увеличением густоты рядов чисел оборотов шпинделя)

где П - общие затраты до первого капитального ремонта станка;

С ст - расходы на изготовление и эксплуатацию собственно станка до первого капитального ремонта;

С ин - расходы по эксплуатации режущего инструмента до первого капитального ремонта станка;

для токарных станков;

С тек.рем - расходы на текущий ремонт коробки скоростей;

С кор - себестоимость коробки скоростей;

А шп - межосевое расстояние промежуточного вала и шпинделя, определяющее в основном габариты коробки;

Диапазон изменения чисел оборотов шпинделя, связанный с кинематической сложностью коробки;

N - годовая программа выпуска коробок скоростей;

С ч - себестоимость части станка без коробка скоростей (не зависит от числа передач коробки);

О - знаменатель наиболее сгущенного ряда чисел оборотов шпинделя, ? 0 = 1,06;

i - целое натуральное число;

V опт - оптимальная скорость резания при экономической стойкости инструмента для наиболее часто обрабатываемого на станке материала;

Показатель условия резания для точения;

С ? - постоянная, зависящая от обрабатываемого материала, материала резца и пр.;

K - коэффициент, учитывающий влияние на скорость резания угла в плане, обрабатываемого материала и размера инструмента;

t - глубина резания;

S - подача;

Показатель относительной стойкости? = 1/m.

t маш - машинное время обработки;

t немаш - немашинное время обработки;

S ин - затраты на эксплуатацию режущего инструмента за период его стойкости;

K 3 - коэффициент загрузки станка;

Срок службы станка до первого капитального ремонта в годах;

Ф - общий годовой фонд времени работы станка в минутах.

В результате расчетов по приведенной целевой функции было установлено, что при принятых условиях суммарные минимальные затраты получаются при изготовлении коробок скоростей с числом передач, определяемых заданным отношением n нб:n нм и? = 1,12 - 1,26.

ПРИЛОЖЕНИ Е 6

Справочное

ПОСТРОЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО РЯДА (РЯДА ГЛАВНОГО ПАРАМЕТРА) ПАР КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС МЕТОДОМ ТОЧЕК ПЕРЕХОДА

По данным одной из подотраслей машиностроения об изготовляемых неунифицированных парах конических зубчатых колес было произведено построение оптимального параметрического ряда методом точек перехода (см. раздел 5 ) с применением указанных в разделе 3 расчетных неравенств. За главный параметр пары принят диаметр начальной окружности большего колеса . Статистический анализ данных применяемости показал, что распределение значений главного параметра изготовляемых пар удовлетворительно описывается логарифмически-нормальным законом. Рациональный диапазон унификации, охватывающий около 93 % всех пар, т.е. ±1,80?, равен 40 - 400 мм.

По фактическим данным статистическим расчетом уравнения (3.4 ) настоящих методических указаний и уравнения массы определены постоянные u = 1,65; n = -0,2; K" 1 = 0,07; K" 2 =0,001; ? G = 6 кг/кг; ? c = 0,5 руб. Средний срок службы комплектуемых деталями машин g = 6 лет, а средний срок службы пар конических колес Т д = 2 года. Общая годовая потребность - 1000 пар колес. Для построения оптимального ряда применено расчетное неравенство (4.5 ) при Р = 1.

Расчетом по формуле (3.8 ) настоящих методических указаний получены следующие значения?:

1 = ? 2 = 0; ? 3 = ? 4 = 1; ? 5 = ? 6 = 2.

B = 8,81; H = 93,06.

Расчет ряда начат, в соответствии с положениями раздела 5 , с определения эффективности ряда Ra40 по сравнению с рядом Ra20.

Число типоразмеров ряда Ra40 на диапазоне унификации по (3.9 ) настоящих методических указаний равно

По таблице значений интеграла вероятностей для ряда с 40 типоразмерами определено для последних двух (наибольших) типоразмеров N" 40,40,I = 0,01; N" 40,40,II =0,0085 и? 40,40 = 0,85. Индексы у? означают номер большего члена из рассматриваемой пары и число членов в ряду, индексы у N - номер большего типоразмера, число типоразмеров, индекс типоразмеров рассматриваемой пары (меньшего - I, большего - II).

Более эффективным, как видим, оказался член ряда Ra20. Исходя из теоретического анализа, положенного в основу метода точек перехода, можем утверждать, что ни один член ряда Ra40 не принадлежит оптимальному.

Вновь решено неравенство уже по новым данным

Таким образом, установлено, что типоразмеры ряда Ra20 также не входят в оптимальный ряд.

Решение соответствующего неравенства привело к значениям

Знак неравенства показывает, что типоразмеры ряда Ra10 входят в оптимальный ряд. Поставив в неравенство наибольшее? 2,10 = 1,66 и N 2,10,I =0,04 для проверки принадлежности всего ряда Ra10 оптимальному и решив неравенство, получили

Таким образом, оптимальный ряд состоит из 10 типоразмеров ряда Ra10: 50 - 63 - 80 - 100 - 125 - 160 - 200 - 250 - 320 - 400 мм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кац Г.Б., Ковалев А.П. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин. - М.: Машиностроение, 1981. - 214 с.

2. Кац Г.Б., Антипенко В.С., Жерновой А.П., Розанов В.И. Задачи оптимизации параметрических рядов изделий машиностроения с размерным параметром // Вестник машиностроения. - 1980. - № 2. - С. 67 - 69.

3. Кремянский В.Я., Степанян А.Д. Унификация зубчатых колес в станкостроении // Промышленность Армении. - 1977. - № 12. - С. 33 - 36.

4. Кремянский В.Я., Степанян А.Д. Совместная оптимизация основных параметров зубчатых колес при их унификации // Стандарты и качество. - 1984.- № 2. - С. 26 - 28.

5. Методические указания. РДМУ 119-78. Количественные методы оптимизации параметров объектов стандартизации. Определение целесообразных границ комплексности и целесообразного уровня опережаемости. - М.: Изд-во стандартов, 1978. - 32 с.

6. Методические указания. РД 50-220-80. Количественные методы оптимизации параметров объектов стандартизации. Классификация и области применимости теоретических методов. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 63 с.

7. Методические указания. РД 50-219-80. Количественные методы оптимизации параметров объектов стандартизации. Методы прогнозирования при оптимизации. Основные положения. - М.: Изд-во стандартов, 1980.

8. Комаров Г.А. Математические модели оптимизации требований стандартов. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 183 с.

9. Методические указания. РД 50-397-83. Единая система стандартов приборостроения. Оптимизация параметрических рядов средств измерений и автоматизации. Базовые модели. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 21 с.

11. Методика унификации деталей и сборочных единиц общемашиностроительного применения / ВНИИНМАШ. - М., 1974. - 153 с.

12. Кремянский В.Я. Способ различий в нагрузках при оптимизации рядов унифицированных деталей // Стандарты и качество. - 1976. - № 1. - С. 58 - 59, 72.

13. Кремянский В.Я. Целевые функции и методы машинной оптимизации параметрических рядов деталей машин // Экспресс-стандарт. - 1975. - № 53.- С. 5-9.

14. Кремянский В.Я. Этапы унификации деталей машин и их теоретическое обоснование. - Материалы Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы унификации и агрегатирования в машиностроении» (Ереван, декабрь, 1975). - М., Госстандарт, ВНИИНМАШ, 1977. - С. 55 - 60.

15. Кремянский В.Я. О построении оптимальных рядов главного параметра при унификации деталей машин. - Тезисы докладов научно-технического совещания «Стандартизация и управление качеством продукции в химическом и нефтяном машиностроении». - М. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1976. - С. 26 - 31.

16. Снесарев Г.А. Основы унификации и построения параметрических рядов машин. - М.: Машиностроение, 1967. - 49 с.

17. Ипатов М.И. Расчеты себестоимости проектируемых машин. - М.: Машиностроение, 1968. - 179 с.

18. Кремянский В.Я. Метод оптимизации параметрических рядов деталей машин // Вестник машиностроения. - 1976. - № 6. С. 33 - 35.

19. Иванов А.В. Экономика рядов машин. - М.: Изд-во стандартов, 1975. - 108 с.

20. Кубарев А.И. Унификация в машиностроении. - М.: Изд-во стандартов, 1969. - 160 с.

21. Типовая методика оптимизации одномерного параметрического (типоразмерного) ряда. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 64 с.

22. Типовая методика оптимизации многомерных параметрических рядов. - М.: Изд-во стандартов, 1975. - 43 с.

23. Ткаченко В.В., Алексеев Ю.Т., Комаров Д.М. Система оптимизации параметров объектов стандартизации. - М.: Изд-во стандартов, 1977.

24. Карпов Л.И., Аристов А.И. Оптимальные задачи стандартизации в машиностроении / МАДИ. - М., 1982. - 82 с.

26. Гимади Э.X., Дементьев В.Т. Методы решения некоторых типичных задач оптимизации параметрических рядов // Стандарты и качество. - 1971. - № 12. - С. 10 - 12.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1 . РАЗРАБОТАНЫ И ВНЕСЕНЫ Всесоюзным научно-исследовательским институтом по нормализации в машиностроении (ВНИИНМАШ)

Зам. директора к. т. н. Б.Н. Волков

Руководитель темы, зав. секторомВ.Я. Кремянский

ИСПОЛНИТЕЛЬ В.Я. Кремянский

2 . УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 25.03.87 № 951.

3 . ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ

4 . ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ:

	Номер пункта, подпункта, перечисления, приложения
ГОСТ 23945.0-80	1.1 ; 1.2 ; 1.4
ГОСТ 1643-81	1.9 ; 3.5 ; 4.3
ГОСТ 6636-69	1.9 ; 3.6 ; 4.3
ГОСТ 8032-84	1.9 ; 3.6 ; 6.1.4
ГОСТ 8419-75	6.1.4
ГОСТ 11521-82	3.5 ; 6.1.4
ГОСТ 5721-75	6.1.4
ГОСТ 25347-82

1. Общие положения . 1

2. Выбор главных и основных параметров . 4

3. Технические и технико-экономические факторы, подлежащие учету при построении рядов деталей и составных частей, и способы учета факторов . 5

4. Целевые функции и ограничения для построения рядов . 10

5. Требования к методам построения параметрических и типоразмерных рядов . 14

6. Методы построения параметрических и типоразмерных рядов деталей и сборочных единиц . 15

Приложение 1 Методика установления рациональных значений основных удельных показателей технического уровня деталей и сборочных единиц общемашиностроительного применения (ОМП) 19

Приложение 2 Установление рациональных значений удельных показателей технического уровня унифицированных зубчатых колес . 22

Приложение 3 Номенклатура главных и основных параметров деталей и сборочных единиц ОМП .. 23

Приложение 4 Способ расчета уменьшения потребности в подшипниках качения за счет роста безотказности в условиях эксплуатации при пониженных нагрузках . 26

Приложение 5 Целевая функция для оптимизации ряда передаточных отношений зубчатых передач коробок скоростей металлорежущих станков . 27

Приложение 6 Построение оптимального параметрического ряда (ряда главного параметра) пар конических зубчатых колес методом точек перехода . 28

Система предпочтительных чисел является теоретической базой стандартизации. Размеры деталей и соединений, ряды допусков, посадок и другие геометрические параметры изделий, а так же параметры, отражающие функциональные свойства сборочных единиц, механизмов и машин общетехнического применения (подшипники, редукторы, электродвигатели, номиналы резисторов и конденсаторов и др.), целесообразно упорядочить и делать общими для всех отраслей промышленности, где эти изделия применяются. Применение упорядоченных чисел, представляющих собой ряды предпочтительных чисел , позволяет сократить номенклатуру типоразмеров изделий, создать условия для взаимозаменяемости, широкой унификации деталей и узлов и способствовать агрегатированию, а так же выбирать рациональные параметры процессов производства.

Применение рядов предпочтительных чисел представляет собой параметрическую стандартизацию , которая позволяет получить значительный эффект на всех стадиях жизненного цикла изделий (проектирование, изготовление, эксплуатация и др.). Стандартами параметров охватывается большой диапазон характеристик: материалы, заготовки, размерный режущий инструмент, оснастка, контрольные калибры, узлы по присоединительным размерам, номиналы резисторов и конденсаторов, выходные параметры электродвигателей и многое другое, что используется в той или иной отрасли промышленности.

Ряды предпочтительных чисел, применяемые в стандартизации, строятся на базе математических закономерностей. Наибольшее распространение получили ряды предпочтительных чисел представленные в ГОСТ 8032-84, который разработан на основе рекомендаций ИСО.

Стандартом установлены четыре основных десятичных ряда предпочтительных чисел R 5, R 10, R 20, R 40. В технически обоснованных случаях допускается применение двух дополнительных рядов R 80 и R 160.

Ряды построены по правилу геометрической прогрессии. Она представляет собой ряд чисел с постоянным отношением двух соседних чисел – знаменателем прогрессии Q . Каждый член прогрессии является произведением предыдущего члена на Q .

Знаменатель прогрессии равен корню из 10 степеней 5, 10, 20 и 40 соответственно (табл 4). Например, ряд R 5 составляют числа: ... 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25; 40 ... знаменатель геометрической прогрессии равен 1,6. Ряд R 10 состоит из чисел: … 0,63; 0,80; 1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,15; 4,00; 5,00; 6,30; 8,00; 10,0; 12,5 … , здесь знаменатель прогрессии равен 1,25. Другие ряды имеют следующие значения знаменателей: R 20 – 1,12; R 40 – 1,06; R 80 – 1,03; R 160 – 1,015.

Пример. Для каждого вида допусков формы и расположения поверхностей согласно ГОСТ 24343-81 установлено 16 степеней точности. Числовые значения допусков от одной степени к другой изменяются с коэффициентом возрастания 1,6, т. е. в соответствии с рядом R 5.

Основанием этих рядов является число, состоящее из цифр 1 и 0, таким образом, они являются бесконечными как в сторону малых, так и в сторону больших значений, то есть допускают неограниченное представление чисел в направлении увеличения или уменьшения. Номер ряда предпочтительных чисел указывает на количество членов ряда в десятичном интервале, например, свыше 1 до 10 включительно. Число 1,00 не входит в десятичный интервал как завершающее число предыдущего десятичного интервала, т.е. свыше 0,10 до 1,00 включительно.

Допускается образование специальных рядов путем отбора каждого второго, третьего или n -го числа из существующего ряда. Так образуется ряд R 10/3, состоящий из каждого третьего значения основного ряда, причем начинаться он может с первого, второго или третьего значения, например: R 10/3 может состоять из чисел 1,00; 2,00; 4,00; 8,00 или R 10/3 1,25; 2,50; 5,00; 10,00 или R 10/3 1,60; 3,15; 6,30; 12,50. Можно составлять специальные ряды с разными знаменателями геометрической прогрессии в различных интервалах ряда.

Ряды предпочтительных чисел имеют ряд свойств , наличием которых объяснятся их широкое применение в стандартизации. Эти свойства позволяют переходить от стандартизации линейных величин к площадям, объёмам, энергетическим параметрам (производительности, мощности и др.). Основными свойствами являются следующие:

Каждый последующий ряд содержит числа предыдущего ряда;

Произведение 2-х чисел рядов является числом, содержащимся в рядах, т.е. предпочтительным, что позволяет стандартизовать площади;

Произведение 3-х чисел ряда является числом, содержащимся в рядах, т.е. предпочтительным, что позволяет стандартизовать объёмы;

Начиная с ряда R 10, в рядах содержится число 3,15 близкое к числу π, что позволяет стандартизовать длину окружностей, площадь кругов и объём цилиндров;

Произведение или частное любых членов ряда является, с учётом правил округления, членом ряда, это свойство используется при увязке между собой стандартизованных параметров в пределах одного ряда предпочтительных чисел.

Согласованность параметров является важным критерием качественной разработки стандартов. В радиоэлектронике применяют предпочтительные числа с другими знаменателями геометрической прогрессии и образуют ряды Е , установленные Международной электротехнической комиссией (МЭК), приведенные в табл. 4. При стандартизации иногда применяют ряды предпочтительных чисел, построенные по арифметической прогрессии. Арифметическая прогрессия положена в основу образования рядов размеров, например, в строительных стандартах. Встречаются ступенчато-арифметические ряды, у которых на отдельных отрезках прогрессии разности между соседними членами различны.

Таблица 4 – Обозначения и знаменатели основных и дополнительных рядов предпочтительных чисел.

Параметрические ряды .

Производство новых видов изделий, например: машин, телекоммуникационного оборудования, измерительных приборов и др. может привести к выпуску излишне большой номенклатуры изделий, сходных по назначению и незначительно отличающихся по конструкции и размерам. Рациональное сокращение числа типов и размеров изготовляемых изделий, унификация и агрегатирование комплектующих позволяет значительно снизить себестоимость продукции.

Снижение затрат достигается при одновременном повышении серийности, развитии специализации, межотраслевой и международной кооперации производства, что достигается разработкой стандартов на параметрические ряды однотипных изделий. Удовлетворение спроса рынка и обеспечение качества остаётся при этом главным условием. Любое изделие характеризуется параметрами, отражающими многообразие его свойства, при этом существует некоторый перечень параметров, который целесообразно стандартизовать. Номенклатура стандартизуемых параметров должна быть минимальной, но достаточной для оценки эксплуатационных характеристик данного типа изделий и его модификаций.

Анализируя параметры, выделяют главные и основные параметры изделий.

Главным называют параметр, который определяет важнейший эксплуатационный показатель изделия. Главный параметр не зависит от технических усовершенствований изделия и технологии изготовления, он определяет показатель прямого назначения изделия.

Пример. Главным параметром средства измерений может быть диапазоном измерения.

Главный параметр принимают за основу при построении параметрического ряда. Выбор главного параметра и определение диапазона значений этого параметра должны быть технически и экономически обоснованы, крайние числовые значения ряда выбирают с учетом текущей и перспективной потребности в данных изделиях, для чего проводятся маркетинговые исследования.

Параметрическим рядом является закономерно построенная в определенном диапазоне совокупность числовых значений главного параметра изделия одного функционального назначения и принципа действия. Главный параметр служит базой при определении числовых значений основных параметров, поскольку выражает самое важное эксплуатационное свойство.

Основными называют параметры, которые определяют качество изделия как совокупности свойств и показателей, определяющих соответствие изделия своему назначению.

Дляизмерительных приборовосновными параметрами могут быть: погрешность измерения, цена деления шкалы и т. д.

Основные и главный параметры взаимосвязаны. Поэтому удобно выражать основные параметры через главный параметр. Например, главным параметром поршневого компрессора является диаметр цилиндра, а одним из основных – производительность, которые связаны между собой определенной зависимостью.

Параметрический ряд называют типоразмерным или просто размерным рядом , если его главный параметр относится к геометрическим размерам изделия. На базе типоразмерных параметрических рядов разрабатываются конструктивные ряды конкретных типов или моделей изделий одинаковой конструкции и одного функционального назначения.

Параметрические, типоразмерные и конструктивные ряды оборудования строятся исходя из пропорционального изменения их эксплуатационных показателей (мощности, производительности и т. д.) с учётом теории подобия. В этом случае геометрические характеристики оборудования являются производными от эксплуатационных показателей и в пределах ряда могут изменяться по закономерностям, отличным от закономерностей изменения эксплуатационных показателей.

Стандарты на параметрические ряды предусматривают производство прогрессивных по своим характеристикам изделий. Такие ряды должны иметь свойства устанавливать внутритиповую и межтиповую унификацию и агрегатирование изделий , а также возможность создания различных модификаций изделий на основе агрегатирования. В большинстве случаев числовые значения параметров выбирают из рядов предпочтительных чисел, особенно при равномерной насыщенности ряда во всех его частях.

В машиностроении наибольшее распространение получил ряд предпочтительных чисел R 10. Например, этот ряд установлен для номинальных мощностей электрических машин.

Параметрические и типоразмерные ряды представляют собой ряды изделий, которые обеспечивают выполнение соответствующего их паспортным данным объема работ, с установленными техническими условиями показателями качества, при условии минимизации затрат и получения максимальной прибыли. Таким образом, достигается межотраслевая унификация.

Конструктивно-унифицированный ряд представляет собой закономерно построенную совокупность изделий: машин, приборов, агрегатов или сборочных единиц, включая базовое изделие и его модификации одинакового или близкого функционального назначения и изделия с аналогичной или близкой кинематикой, схемой рабочих движений, компоновкой и другими признаками. Примерами такого подхода к стандартизации параметров изделий является межотраслевая унификация, осуществляемая для грузовых автомобилей, колесных и гусеничных машин, сельскохозяйственной и дорожно-уборочной техники. Особенно широкое распространение получило создание конструктивно-унифицированных рядов при производстве бытовой техники, например стиральных машин, холодильников, кухонных комбайнов и др.

Встречаются случаи, когда целесообразным является применение смешанных рядов, в которых увеличивается число членов ряда в диапазоне наибольшей частоты применения изделий. Таким образом, учитывается увеличенный спрос потребителей изделий, имеющих характеристики в конкретных диапазонах значений. Поэтому при разработке и постановке продукции на производство проводится маркетинг, с целью установлении плотности распределения применяемости изделий с различными значениями главных параметров.

Наименьшее и наибольшее значения главного параметра, а также частоту ряда устанавливают после проведения технико-экономического обоснования, с учётом текущей потребности и будущего увеличения спроса. Кроме того, учитываются достижения науки и техники и возможные в связи с этим перспективы повышения качества данного вида изделий при одновременном снижении стоимости производства.

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 = а 1 + d(п- 1),

где а 1 - 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 = а 1 q n -1

где а 1 - 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 аq 5 = 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 R 10 предпочтительнее ряда R 20.

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).

Продукция определенного назначения, принципа действия и конструкции - т. е. продукция определенного типа, характеризуется рядом параметров. Параметр продукции - это количественная характеристика ее свойств. Набор установленных значений параметров называется параметрическим рядом . Разновидностью параметрического ряда является размерный ряд .

Обычно типоразмеры деталей, ряды допусков, посадок и другие параметры стандартизируют одновременно для многих отраслей промышленности, поэтому такие стандарты охватывают большой диапазон значений параметров. Чтобы повысить уровень взаимозаменяемости, уменьшить номенклатуру изделий и типоразмеров, удешевить продукцию применяют принцип предпочтительности. Согласно этому принципу устанавливают несколько рядов (например, три) значений стандартизируемых параметров с тем, чтобы при их выборе первый ряд предпочитать второму, второй - третьему.

Процесс стандартизации параметрических рядов заключается в выборе и обосновании целесообразной номенклатуры и численного значения параметров. Решается эта задача с помощью математических методов.

При создании, например, размерных рядов обуви или одежды производят антропометрические измерения большого числа мужчин и женщин различных возрастных групп, проживающих в разных районах страны с последующей обработкой результатов методами математической статистики.

Параметрические ряды машин, приборов, тары рекомендуется строить согласно системе предпочтительных чисел - набору последовательных чисел, изменяющихся в геометрической прогрессии, т. е. выбирать только те значения параметров, которые подчиняются строго определенной математической зависимости, а не любые значения, полученные, например, в результате расчетов.

Основным стандартом в этой области является ГОСТ 8032-84 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел». Данным стандартом устанавливаются числа и ряды предпочтительных чисел, которые должны применяться при установлении градаций и отдельных значений параметров технических объектов (продукции, технологических процессов и т. д.), а также ряды чисел, применяемые в случаях, когда использование рядов предпочтительных чисел невозможно или нецелесообразно. Стандарт не распространяется на параметры технических объектов, естественная закономерность изменения значений которых отличается от закономерностей образования ГОСТ 8032-84.

В основу получения предпочтительных чисел положена геометрическая прогрессии, i-ый член которой . Знаменатель такой прогрессии , где R= 5, 10, 20, 40, 80, 160, а i принимает целые значения в интервале от 0 до R. Значение R определяет число членов прогрессии в одном десятичном интервале. Предпочтительные числа представляют собой округленные значения членов данной прогрессии.

ГОСТ 8032-84 предусматривает четыре основных ряда предпочтительных чисел:

1-й ряд - R5 - 1,00; 1,60; 2,50; 4,00; 6,30; 10,00… имеет знаменатель прогрессии ;

2-й ряд - R10 - 1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50;… имеет знаменатель прогрессии ;

3-й ряд - R20 - 1,00; 1,12; 1,25; 1,40; 1,60;… имеет знаменатель прогрессии ;

4-й ряд - R40 - 1,00; 1,06; 1,12; 1,18; 1,25;… имеет знаменатель прогрессии .

Ряды предпочтительных чисел R80 и R160 являются дополнительными.

При выборе того или иного ряда нужно стремиться учитывать интересы не только потребителей продукции, но и ее изготовителей. Частота параметрического ряда должна быть оптимальной, технически и экономически обоснованной: слишком «густой» ряд позволяет максимально удовлетворить нужды потребителей, но номенклатура продукции увеличивается, что приводит к большим производственным затратам, ряд с большим значением Q приводит к увеличению габаритов конструкций, металлоемкости, и т. д.

Из предпочтительных чисел можно составить выборочные ряды, отбирая, например, каждые вторые, третьи или n-е члены основного или дополнительного ряда, начиная с любого ее члена.

Применение системы предпочтительных чисел позволяет не только унифицировать параметры продукции определенного типа, но и увязать по параметрам продукцию различных видов - детали, технологическое оборудование, транспортные средства. Например, практика показала, что параметрические ряды деталей и узлов должны базироваться на параметрических рядах машин и оборудования: ряду параметров машин по R5 должен соответствовать ряд размеров деталей по R10, ряду параметров машин по R10 - ряд размеров деталей по R20 и т. д.

Методы стандартизации .

Стандартизация является не только видом деятельности, но и комплексом методов, необходимых для установления оптимального решения повторяющихся задач и узаконивания его в качестве норм и правил.

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

С помощью тех или иных методов выполняются основные работы в области стандартизации. К последним относятся:

Упорядочение объектов стандартизации;

Унификация продукции;

Агрегатирование;

Комплексная стандартизация;

Опережающая стандартизация.

Упорядочение связано, прежде всего, с сокращением многообразия. Результатом работ по упорядочению является, например, ограничительные перечни комплектующих изделий, альбомы типовых конструкций изделий, типовые формы документов.

Упорядочение базируется на следующих методах:

Систематизация;

Кодирование и классификация;

Селекция;

Симплификация;

Типизация;

Оптимизация.

Систематизация объектов, явлений или понятий имеет цель расположить их в определенном порядке и последовательности, образующей четкую систему, удобную для пользования. Наиболее простой формой систематизации является алфавитная система расположения объектов, применяемая, например, в справочниках.

Кодирование представляет собой образование по определенным правилам и присвоение кодов объекту или группе объектов, позволяющее заменить несколькими знаками наименование этих объектов.

Кодовое обозначение характеризуется:

1 алфавитом кода;

2 структурой кода;

3 числом знаков - длиной кода;

4 методом кодирования.

Алфавит кода представляет собой систему знаков (символов), составленных в определенном порядке. Коды могут быть цифровые, буквенные и буквенно-цифровые.

Структура кода представляет собой графическое изображение последовательности расположения знаков кода и соответствующие этим знакам наименования уровней. Структура кода Общероссийского классификатора продукции представлена на рисунке 19.1.

Рис.19.1 Структура кода Общероссийского классификатора продукции

Число знаков в коде определяется его структурой и зависит от количества объектов, входящий в подмножества, образуемые на каждом уровне. Но при этом необходимо иметь в виду возможность появления новых объектов и предусматривать резервные коды.

Коды должны удовлетворять следующим основным требованиям:

Однозначно идентифицировать объекты и/или группы объектов;

Иметь минимальное, но достаточное число знаков;

Иметь достаточный резерв для кодирования вновь возникающих объектов;

Быть удобными для использования человеком, а также для компьютерной обработке закодированной информации;

Обеспечивать возможность автоматического контроля ошибок.

Классификация - это разделение множества объектов на классификационные группы по сходству или различию на основе определенных признаков в соответствии с принятыми правилами.

Селекция объектов стандартизации - деятельность, заключающаяся в отборе таких конкретных объектов, которые признаются целесообразными для дальнейшего применения и производства.

Симплификация - это форма стандартизации, цель которой уменьшить число типов изделий до числа, достаточного для удовлетворения существующих в данное время потребностей. При симплификации обычно исключают разновидности изделий, их составных частей и деталей, которые не являются необходимыми. В объекты симплификации не вносят какие-либо технические усовершенствования.

Процессы селекции и симплификации осуществляются параллельно. Им предшествует классификация и ранжирование объектов и специальный анализ перспективности и сопоставления объектов с будущими потребностями.

Типизация объектов стандартизации - разработка и установление типовых конструкций, правил, форм документации. Отобранные конкретные объекты могут подвергаться каким-либо техническим преобразованиям, направленным на повышение их качества и универсальности.

Оптимизация - заключается в нахождении оптимальных параметров и значений показателей качества и экономичности.

Унификация - это приведение объектов одинакового функционального назначения к единообразию по установленному признаку и рациональное сокращение числа этих объектов на основе данных об их эффективной применяемости. При унификации устанавливают минимально необходимое, но достаточное число типов, видов, типоразмеров, изделий, сборочных единиц и деталей, обладающих высоким показателем качества и полной взаимозаменяемостью.

Эффективность работ по унификации определяется уровнем унификации.

Под уровнем унификации изделий понимают их насыщенность унифицированными частями. При этом унифицированной составной частью данной группы изделий может быть деталь, сборочная единица (узел, модуль) или другая составная часть двух или более изделий данной группы или комплекса. Показатели уровня унификации определяются коэффициентами применяемости К пр. , повторяемости К п.

Коэффициент применяемости показывает уровень применяемости составных частей, т. е. уровень использования во вновь разрабатываемых конструкциях деталей, узлов, механизмов, применявшихся ранее в аналоговых конструкциях. В различных отраслях его определяют с помощью дифференцированных показателей:

Показатель уровня унификации по числу типоразмеров определяется по формуле

где: n - общее число типоразмеров;

n 0 - число типоразмеров, разработанных впервые;

Показатель уровня унификации по составным частям изделия:

№ - число оригинальных составных частей;

Показатель уровня унификации по стоимостному выражению:

где: С - стоимость общего числа составных частей изделия;

С 0 - стоимость числа оригинальных составных частей изделия.

Полную характеристику уровня унификации дает комплексный показатель

где: С у - средняя стоимость веса материалов унифицированных деталей;

С т - средняя стоимость веса материала изделия в целом;

h - средняя стоимость нормо-часа;

А у.в. - вес всех унифицированных деталей;

А у.т. - суммарная трудоемкость изготовления унифицированных деталей;

А д.в. - общий вес изделия;

А д.т. - полная трудоемкость изготовления изделия.

Коэффициент повторяемости составных частей в общем числе составных частей данного изделия характеризует уровень унификации и взаимозаменяемости составных частей изделий определенного типа:

где: N - общее число составных частей изделия;

n - число оригинальных типоразмеров.

Направления, виды и этапы проведения работ по унификации изделий устанавливает ГОСТ 23945.0-80 «Унификация изделий. Основные положения».

Агрегатирование - принцип создания машин, оборудования, приборов и других изделий из унифицированных стандартных агрегатов, устанавливаемых в изделии в различном числе и комбинациях. Эти агрегаты должны обладать полной взаимозаменяемостью по всем эксплуатационным показателям и присоединительным размерам. При этом стремятся из минимального числа типоразмеров автономных агрегатов создать максимальное число компоновок оборудования.

Комплексная стандартизация (КС) - вид работ по стандартизации, при котором осуществляется целенаправленное и планомерное установление и применение системы взаимоувязанных требований как к самому объекту комплексной стандартизации в целом и его основным элементам, так и к материальным и нематериальным факторам, влияющим на объект, в целях оптимального решения конкретной задачи. Применительно к продукции - это установление и применение взаимосвязанных требований к качеству готовых изделий, необходимого для их изготовления сырья, материалов и комплектующих, условий сохранения и потребления

Опережающая стандартизация (ОС) - это стандартизация, заключающаяся в установлении повышенных по отношению к уже достигнутому на практике уровню норм, требований к объектам стандартизации, которые, согласно прогнозам, будут оптимальными в последующее время. Опережение может относиться как к изделию в целом, так и к наиболее важным параметрам и показателям качества, методам и средствам производства, испытаний и т. д.

Стандарты не могут только фиксировать достигнутый уровень развития, т. к. из-за высоких темпов морального старения многих видов продукции они могут стать тормозом технического прогресса. Стандарты должны устанавливать перспективные показатели качества для продукции, производство которой еще не начато или находится в начальной стадии.

Нормативный документ - документ, устанавливающий правила, общие принципы или характеристики, касающиеся различных видов деятельности или их результатов.

Термин «нормативный документ» является родовым, охватывающим такие понятия, как стандарты, правила, рекомендации, кодексы установившейся практики, общероссийские классификаторы.

Документирование - деятельность по установлению структуры и состава документации.

Регламент - документ, содержащий обязательные правовые нормы и принятый органом власти.

Классификатор - представляет собой документ, содержащий систематизированный перечень кодов и наименований объектов классификации и классифицированных группировок, разработанный и утвержденный в установленном порядке, обязательный для применения на различных уровнях управления.

В зависимости от уровня утверждения и сферы применения разрабатываются классификаторы следующих категорий:

- общероссийские , например, Общероссийский классификатор отраслей народного хозяйства ОКОНХ, Общероссийский классификатор предприятий и организаций ОКПО, Общероссийский классификатор стандартов ОКС, Общероссийский классификатор единиц измерения ОКЕИ;

- отраслевые ;

- предприятий (объединений, организаций и т. д.).

По статусу утверждения и области применения классификаторы приравниваются соответственно к государственным, отраслевым стандартам и стандартам предприятия.

Общероссийские классификаторы утверждены Росстандартом России (ныне Федеральное агентство по техническому регулированию) и их применение является обязательным на уровне государственного управления и межотраслевого сотрудничества. Отраслевые классификаторы действуют в рамках утвердившей их отрасли. В качестве классификаторов предприятий могут служить выборки из общероссийских и отраслевых классификаторов.

Правила - документ, устанавливающий обязательные для применения организационно-технические и/или общетехнические положения, порядки, методы выполнения работ.

Норма - положение, устанавливающее количественные или качественные критерии, которые должны быть удовлетворены.

Кодекс установившийся практики - документ, рекомендующий практические правила или процедуры проектирования, изготовления, монтажа, технического обслуживания или эксплуатации, оборудования конструкций или изделий. Этот документ может быть стандартом, частью стандарта или самостоятельным документом.

Согласно закону «О защите прав потребителей» в понятие «стандарт» входят - государственные стандарты, санитарные нормы и правила, строительные нормы и правила, государственные образовательные стандарты, которые устанавливают в соответствии с законом обязательные требования к качеству товаров (работ, услуг).

Стандарты можно разделить на следующие категории:

Государственный стандарт РФ (ГОСТ Р),

Межгосударственный стандарт (ГОСТ),

Стандарты отраслей (ОСТ),

Стандарт общественного объединения (СТО),

Стандарт предприятия,

Международный стандарт

Государственный стандарт РФ (ГОСТ Р) - национальный стандарт, принятый федеральным органом исполнительной власти по стандартизации

К объектам государственных стандартов относят:

1 организационно-методические и общетехнические объекты межотраслевого применения , например положения, обеспечивающие техническое единство при разработке, производстве, эксплуатации продукции, общие правила обеспечения качества продукции, правила оформления документации, организация работ по стандартизации и сертификации, метрологические правила и нормы и др.

2 продукцию, работы и услуги, имеющие межотраслевое значение.

При стандартизации продукции (услуг) в государственные стандарты включают требования к качеству продукции (услуг), обеспечивающие безопасность для жизни, здоровья, имущества, охрану окружающей среды, совместимость и взаимозаменяемость; методы контроля соответствия обязательным требованиям; методы маркировки как средство информации о выполнении обязательных требований и правилах безопасного использования продукции.

ГОСТ Р устанавливают на продукцию массового и крупносерийного производства, изделия, прошедшие государственную аттестацию; экспортные товары, на нормы, правила, требования, понятия, обозначения и другие объекты, которые необходимы для обеспечения оптимального качества продукции, единства и взаимосвязи различных отраслей науки, техники, производства.

Государственные стандарты (ГОСТ Р) обязательны для всех предприятий, организаций и учреждений страны, граждан, министерств, ведомств, органов государственного и местного управления.

Разработку ГОСТ Р осуществляют технические комитеты по стандартизации, руководствуясь действующим законодательством РФ.

ГОСТ Р утверждался Росстандартом России или Госстроем России (для стандартов в области строительства); в настоящее время эти функции выполняет Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Срок действия, как правило, не устанавливается. После утверждения стандарта ему присваивается индекс ГОСТ Р, номер стандарта и две последние цифры года утверждения - ГОСТ Р 248-99.

ГОСТ Р имеет статус закона и обязателен к применению на всей территории РФ.

Межгосударственные стандарты (ГОСТ) . Представителями бывшего СССР 13.03.1992 г. было подписано Соглашение о проведении согласованной политики в области стандартизации. Согласно этому документу действующие ГОСТы были признаны в качестве межгосударственных стандартов, они применяются и сейчас на территории РФ и присоединившихся к ней государств без переоформления с введением их в действие постановлением Росстандарта.

На межправительственном уровне был создан Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации МГС, в результате деятельности которого сохранены существовавшие в СССР фонды нормативных документов и эталонная база - около 25тыс. государственных стандартов, 35 классификаторов, 140 метрологических инструкций.

Межгосударственные стандарты и изменения к ним применяются по решению МГС, заседания которого проходят 2 раза в год.

Стандарты отраслей (ОСТ) - разрабатываются применительно к продукции, работам и услугам отраслевого значения в случаях, когда на объекты стандартизации отсутствуют государственные стандарты РФ или при необходимости установления требований, превышающих требования ГОСТ РФ (требования ОСТ не должны противоречить обязательным требованиям государственных стандартов). К отраслевым стандартам относятся, например, типоразмерные ряды и типовые конструкции изделий отраслевого применения. ОСТ используют все предприятия и организации данной отрасли (например, станкостроительной, автотракторной и т. д.), а также предприятия и организации, разрабатывающие и применяющие изделия данной отрасли. Иные субъекты хозяйственной деятельности применяют ОСТы на добровольной основе.

ОСТ утверждается министерством (ведомством), являющимся ведущим в производстве данного вида продукции. После утверждения им присваивается индекс ОСТ, цифровой код отрасли, точка, номер стандарта и две последние цифры года утверждения (пересмотра) - ОСТ 3.348-98.

Стандарты общественных объединений, научно-технических и инженерных обществ (СТО ) разрабатывают и утверждают, как правило, на принципиально новые виды продукции, услуг или процессов, передовые методы контроля, измерений, испытаний, анализа, а также на нетрадиционные технологии и принципы управления производством.

Необходимость применения СТО субъекты хозяйственной деятельности определяют самостоятельно и несут за это ответственность.

СТО подлежит согласованию с соответствующими надзорными органами, если устанавливаемые в них положения затрагивают безопасность людей, имущества и окружающей среды.

Требования СТО должны быть не ниже уровня обязательных требований государственных стандартов.

Обозначение состоит из индекса СТО, аббревиатуры общества, регистрационного номера, тире, две последние цифры года утверждения - СТО РосГео 15-017-2000 (Российское геологическое общество)

Стандарты предприятий (СТП) разрабатывают и утверждают предприятия и объединения на создаваемые и применяемые только на данном предприятии продукцию, процессы и услуги. Им присваивается индекс СТП, цифровой код предприятия, цеха, отдела, объекта стандартизации и две последние цифры года утверждения - СТП 0005-48-553-44-92. СТП не распространяются на поставляемую продукцию и государственной регистрации не подлежат.

Технические условия (ТУ) - имеют статус и технического, и нормативного документа. Несмотря на то, что в ФЗ «О техническом регулировании» ТУ не представлены как документы по стандартизации, этот вид документов востребован отечественной практикой, и на сегодняшний день фонд ТУ насчитывает около 120 тыс. единиц.

ТУ могут выполняют роль нормативного документа, только в том случае, когда на них делаются ссылки в договорах или контрактах.

В соответствии с ГОСТ 2.114 ТУ разрабатывают: на одно конкретное вещество, изделие, материал и т. д., или на группу изделий, материалов и т. д.

ТУ разрабатываются предприятием-изготовителем в тех случаях, когда отсутствует соответствующий ГОСТ на технические условия, или когда изготовитель намерен выпустить продукцию с более высокими качественными показателями, чем те, которые заложены в соответствующем стандарте. В отличие от стандартов они разрабатываются в более короткие сроки, что позволяет оперативно организовать выпуск новой продукции

Главное требование к ТУ - недопущение снижений требований (по сравнению со стандартом) к безопасности продукции, а также отсутствие противоречий с государственными стандартами, распространяющимся на данную продукцию.

ТУ применяют на территории РФ в соответствии с договорными обязательствами и лицензиями на право производства и реализации продукции и услуг.

ТУ утверждает предприятие изготовитель и присваивает ему обозначение по следующей структуре: индекс ТУ, четырехразрядный код по Общероссийскому классификатору продукции разделенным тире трехразрядного регистрационного номера, восьмиразрядного кода предприятия по Общероссийскому классификатору предприятий и организаций и двух последних цифр года утверждения документа - ТУ 4521-164-34267369-99. После утверждения ТУ подлежат государственной учетной регистрации.

Международный стандарт (ИСО) разрабатывает и выпускает международная организация по стандартизации. На основе ИСО создаются национальные стандарты, их используют для международных экономических связей.

После утверждения международному стандарту присваивается индекс, номер стандарта и год утверждения - ИСО/Р 1989.

Стандарты имеют юридический статус закона на соответствующих уровнях управления.

В качестве основы при разработке технических регламентов и национальных стандартов Соглашением по техническим барьерам в торговле предусмотрено полное или частичное использование международных стандартов.

Существует три варианта применения в РФ международных и национальных стандартов других стран в зависимости от степени использования международного документа и формы его представления.

1 Прямой метод или метод обложки - представляет принятие государственного стандарта, представляющего аутентичный (т. е. текст документа, официально признанный равнозначным другому тексту, но составленному на другом языке) текст на русском языке соответствующего международного документа. При этом обозначение состоит из индекса ГОСТ Р, обозначение соответствующего международного стандарта, без указания года его принятии, тире, две последние цифры года утверждения ГОСТ Р. Пример: ГОСТ Р ИСО 9001-2000.

2 Прямой с дополнениями - принятие государственного стандарта, представляющего аутентичный текс на руссом языке соответствующего документа с дополнительными требованиями, отражающими специфику потребностей России. Обозначение состоит - ГОСТ Р порядковый номер, год утверждения, в скобках международный стандарт. Пример: ГОСТ Р 50231-92 (ИСО 7173-89).

3 Принятие ОСТ, СТП, СТО на основе международного стандарта до принятия их в качестве государственного - т. е. локальное использование стандарта отраслью, предприятием, в случае неподготовленности органов или субъектов РФ к применению международного стандарта.

Все остальные варианты можно квалифицировать как использование международных стандартов в качестве источников исходной информации.

Виды стандартов. В России действует несколько видов стандартов, которые отличаются спецификой объекта стандартизации:

Стандарты основополагающие;

Стандарты на продукцию, услуги;

Стандарты на работы (процессы);

Стандарты на методы контроля, измерений, испытаний, анализа и др.

Стандарты основополагающие разрабатывают с целью содействия взаимопонимания, технического единства и взаимосвязи деятельности в различных областях науки, техники и производства. Этот вид стандартов устанавливает такие организационные принципы и положения, требования, правила и нормы, которые рассматриваются как общие для этих сфер и должны способствовать выполнению целей, общих как для науки, так и для производства. Они обеспечивают их взаимодействие при разработке, создании и эксплуатации продукта или услуг таким образом, чтобы выполнялись требования по охране окружающей среды, безопасности продукта или процесса для жизни, здоровья и имущества человека, ресурсосбережения и т. д.

Примеров основополагающих стандартов могут быть комплексные стандарты ЕСКД, ЕСДП, ЕСТД.

Стандарты на продукцию, услуги устанавливают требования к группам однородной продукции (услуг) или к конкретной продукции (услугам).

Примером могут быть:

Стандарты общих технических требований;

Стандарты параметров и (или) размеров;

Стандарты типов конструкции, размера, марки, сортамента;

Стандарты правил приемки и т. д.

Стандарты общих технических требований регламентируют общие для группы однородной продукции нормы и требования, обеспечивающие оптимальный уровень качества, который должен быть заложен при проектировании и задан при изготовлении конкретных видов продукции.

В зависимости от вида и назначения продукции могут устанавливаться требования к ее физико-механическим свойствам; надежности и долговечности; технической эстетике (окраске, отделке…), исходным материалам и т. д.

Стандарты параметров и (или) размеров устанавливают параметрические или размерные ряды продукции по основным потребительским или эксплуатационным характеристикам на базе которых должна проектироваться продукция конкретных типов, моделей, марок.

Стандарты типов конструкции, размера, марки, сортамента определяют конструктивные исполнения и основные размеры группы изделий, номенклатуру марок и химический состав материала ил сырья, регламентируют геометрические формы и размеры продукции.

Стандарты правил приемки регламентируют порядок приемки определенной группы или вида продукции для обеспечения единства требований при приемки продукции по качеству и количеству.

Стандарты правил маркировки, упаковки, транспортирования и хранения нормируют требования к потребительской маркировки продукции с целью информации потребителя об основных характеристиках продукции, упаковке и т. п.

Стандарты правил эксплуатации и ремонта устанавливают общие правила, обеспечивающие в заданных условиях работоспособность изделия и гарантирующие их эксплуатацию.

Стандарты на процессы устанавливают требования к конкретным процессам, которые осуществляются на разных стадиях жизненного цикла продукции.

Стандарты этой группы включают следующие нормативы:

Требования к методам автоматизированного проектирования продукции;

Схемы технологического процесса изготовления продукции;

Требования к технологическим режимам и влияющим на них факторам;

Правила потребления (эксплуатации);

Общие требования к хранению, транспортированию, ремонту и утилизации;

Требования безопасности для жизни и здоровья людей и т. д.

Особое место занимают экологические требования.

Стандартизации подлежат предельно допустимые нормы различного рода воздействий технологий на окружающую среду. Эти воздействия могут носить химический (выброс вредных химикатов), физический (радиационное излучение), биологический (заражение микроорганизмами), механический (разрушение) характер, опасный в экологическом отношении.

Экологические требования включают:

Условия применения определенных материалов и сырья, потенциально вредных для окружающей среды;

Параметры эффективности работы очистного оборудования;

Правила аварийных выбросов;

Предельно допустимые нормы сбросов загрязняющих веществ.

Стандарты на методы контроля (испытаний, измерений, анализа) должны в первую очередь обеспечивать всестороннюю проверку всех обязательных требований к качеству продукции (услуги). Стандарты этой группы устанавливают порядок отбора проб (образцов) для испытаний, методы испытаний (контроля, анализа, измерения) потребительских или эксплуатационных характеристик определенной группы продукции с целью обеспечения единства оценки показателей качества; приводятся четкие рекомендации по условиям выбора того или иного метода, либо данные по их отличительным характеристикам.

II. Методологічні засади, підходи, принципи, критерії формування позитивної мотивації на здоровий спосіб життя у дітей та молоді

III. Для философии необходима наука, определяющая возможность, принципы и объем всех априорных знаний

Lt;question>Какие принципы должны выполняться при стандартизации?

V. Все теоретические науки, основанные на разуме, содержат априорные синтетические суждения как принципы

Любое изделие характеризуется определенными параметрами (геометрические размеры, мощность, производительность, скорость, прочность и др.) Параметры изделий подразделяются на основные, главные и второстепенные.

Основные параметры это совокупность всех параметров, которые характеризуют эксплуатационные (потребительские) качества изделия.

Главным параметром называют такой параметр из числа основных, который наиболее полно характеризует изделие; остается неизменным длительное время и может измениться только при внедрении более совершенных изделий.

Второстепенные параметры зависят от различных усовершенствований и отличаются нестабильностью.

Рассмотрим для примера автомобильную разливочную станцию (АРС). Она характеризуется многими параметрами; емкость цистерны, временем заполнения, временем опорожнения, длиной дегазируемой (дезинфицируемой) полосы, количеством одновременно обрабатываемых объектов техники и др. Все эти параметры являются основными и входят в описание основных технических данных.

Но среди этих параметров есть главный, который наиболее полно характеризует изделие, остаётся неизменным при любых усовершенствованиях данного образца. Таким параметром в нашем примере является ёмкость цистерны. Остальные параметры являются вспомогательными, ибо они зависят от различных условий, возможных усовершенствований и отличаются нестабильностью.

Однако, в стране имеется много потребителей, которым нужны автомобильные цистерны различных ёмкостей. И что же, каждому заказчику изготовлять цистерны той ёмкости, которые нужны ему? Но это экономически невыгодно.

Аналогичная задача стоит во многих областях: какой мощности выпускать электродвигатели, каких диаметров выпускать трубы, болты и т.д. Для решения этого вопроса необходимо знать:

крайние значения главных параметров исходя из потребностей страны;

закономерность изменения интервала между соседними значениями главного параметра.

То есть, необходимо построить ряд значений главного параметра, называемого параметрическим рядом, состоящим из ряда предпочтительных чисел.

Допустим, что для изготовления каких-либо машин желательно применять болты семи диаметров: 24, 25, 26, 27, 28, 29, и 30 мм. В этом случае для нарезки резьбы на болтах и в гайках, а также для сверления отверстий под болты понадобится семь комплектов резьбонарезного инструмента и сверл. Если же применить болты только трёх размеров (24, 27 и 30 мм), то понадобится всего три комплекта металлорежущего инструментов; сократится число переналадок оборудования для изготовления болтов и гаек и для сверления отверстий под болты, уменьшится разнообразие запасных деталей и, следовательно, упростится ремонт машин.

В данном примере один ряд размеров заменён другим, более рациональным рядом. Так как числа второго ряда создают более благоприятные условия для проектирования, изготовления и эксплуатации изделия, то они являются предпочтительными.

Подобные примеры можно было привести и с потребностями в большом разнообразии емкостей автомобильных цистерн, мощностей электродвигателей, диаметров труб и т.д. Но из большого числа разнообразия данных цифр необходимо выбрать предпочтительные числа, которые в своей совокупности составляли бы параметрический ряд.

Естественно, что для главных параметров различных изделий необходимы различные ряды предпочтительных чисел. И здесь возникают вопросы: как построить тот или иной ряд предпочтительных чисел, сколько должно быть параметрических рядов.

В этой связи необходимо построить эти параметрические ряды и стандартизировать их. Тогда рассчитав главный параметр изделия необходимо брать его из числа предпочтительных чисел того или иного параметрического ряда. Система параметрических рядов и предпочтительных чисел является основой государственной стандартизации и её теоретической базой.

Смысл этой системы заключается в возможности использования лишь тех значений параметров и размеров, которые входят в систему предпочтительных чисел и подчиняются строго определённой математической зависимости, а не любых значений полученных в результате расчетов или принимаемых в порядке волевого решения. Применение предпочтительных чисел позволяет широко унифицировать размеры и параметры как внутри, так и между отраслями промышленности.

Ряды предпочтительных чисел могут быть выражены в виде арифметических или геометрических прогрессий.

Элементарные арифметические или геометрические прогрессии можно представить следующими примерами:

0,3-0,6-0,9-1,2-1,5…

25-50-75-100-125…

Арифметический ряд характерен тем, что в нём разность между любыми двумя следующими друг за другом числами ряда всегда постоянна. В приведенных примерах эта разница составляет соответственно 1; 0,3 и 25. Применение арифметической прогрессии не требует округления чисел. Арифметический ряд является простым.

Существенным недостатком такого ряда является ее относительная неравномерность. При постоянной абсолютной разности относительная разность между членами при возрастании ряда резко уменьшается. Так, относительная разность между членами арифметического ряда 1, 2, 3… 10 для чисел 1 и 2 составляет 200%, а для чисел 9 и 10 всего 11%. В арифметическом ряду 25, 50, 75,…, 475, 500 для чисел 25 и 50 разность составляет 200%, а для 475 и 500 - только 5%. Это свойство простого арифметическою ряда ограничивает возможность его использования, хотя в ряде случаев он и находит применение в практике стандартизации.

Наиболее удобными, являются геометрические ряды, так как при этом получается одинаковой и относительная разность между любыми смежными числами ряда. Это важное свойство объясняется тем, что геометрическая прогрессия является рядом чисел, в котором отношение двух смежных членов всегда постоянно для данного ряда и равно знаменателю прогрессии:

1-2-4-8-16-32…

1-1,1-1,21-1,331…

10-100-1000-10000…

Так, в ряду геометрической прогрессии 1,2,4..32 порядковый номер (i) цифры 32 будет 5 (порядковый номер для единицы является 0). Тогда Ni =2 5 =32.

Геометрические прогрессии обладают важными свойствами, имеющими большое практическое значение.

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

Таким образом, ряды предпочтительных чисел лучше выражать в виде геометрической прогрессии. Но какие числа брать в качестве знаменателя прогрессии?

Оказалось, что для целей стандартизации наиболее удобными оказались ряды предпочтительных чисел, включающие число 1 и имеющие знаменатель.

Ныне Госстандартом РФ установлены четыре основных ряда предпочтительных чисел (R5, R1O, R20 и R40) и дополнительный ряд предпочтительных чисел (R80), применение которого допускается в отдельных, только технически обоснованных случаях. Все эти ряды представляют собой десятичные ряды с округлёнными значениями чисел геометрических прогрессий со знаменателями.

Как видно, корень квадратный из знаменателя прогрессии предшествующего ряда равен знаменателю прогрессии последующего ряда:

1,25; =1,12; =1,06; =1,03.

В таблице представлены предпочтительные числа четырёх основных параметрических рядов. Количество чисел в десятичном ряду равно 5; десятого -10; двадцатого - 20; сорокового - 40 и восьмидесятого - 80. При этом каждый последующий ряд включает все числа предыдущих рядов, т.е. десятый ряд включает все числа пятого ряда, двадцатый - все числа пятого и десятого рядов и т.д.

Ряды предпочтительных чисел безграничны в обоих направлениях. Числа свыше 10 получаются умножением значений, установленных в интервале 1…10 на 10; 100; 1000 и т.д., а числа менее 1 - на 0,1; 0,01; 0,001 и т.д.

Начиная с десятого ряда среди предпочтительных чисел имеется число 3,15 равное приблизительно?. Следовательно, длины окружностей и площадей кругов, диаметры которых являются стандартизируемыми параметрами следует выражать предпочтительными числами. Это относится и к окружным скоростям, цилиндрическим и сферическим поверхностям и объемам.

Таким образом, представленные в таблице параметрические ряды предпочтительных чисел являются основой для разработки параметрических стандартов на машины, оборудование и приборы. В этих стандартах указывается ряд предпочтительных чисел для главного параметра, определяющего эксплуатационные и технологические возможности машины. Так, например, установлено, что классы точности средств измерения (манометров, термометров и др.) должны выбираться и назначаться из пятого параметрического ряда, т.е. должны быть 1; 1,6; 2,5; 4,0: 6,0, где n=1, 0, -1, -2 и т.д.). Диаметры корпусов манометров и вакуумметров приняты равными 160 мм и 250 мм.

Выбрав ряд предпочтительных чисел для главного параметра, выбирают ряды для вспомогательных параметров и других стандартизируемых размеров. При этом, следует предпочитать ряд R5 ряду R10; R10-ряду R20, R20-ряду R40.

Следует отметить, что сейчас уже разработаны по рекомендации Международной организации по стандартизации (ИСО) более округлённые значения предпочтительных чисел R» (1-го округления) и R» (2-го округления). Относительно R» даётся оговорка, что их следует по возможности избегать во всех отношениях.

Для 5-го ряда предусмотрены R» 5 (1,5 и 6); для 10-го ряда-R10 (3,2) и R» 10 (1,2; 1,5; 3; 6). Для 20-го ряда даются значения R 20 (1,1; 2,2; 3,2; 3,6) и значения R» 20 (1,2; 3; 3,5; 5,5; би7).

Универсальность параметрических рядов предпочтительных чисел позволяет широко использовать их во всех отраслях промышленности. Так, номинальные мощности электродвигателей и генераторов установлены по ряду R10 и в пределах от 100 до 1000 кВт. Этот ряд мощностей составляет: 100 - 125 -160 -200 -250 - 320 -400-500-630-800 - 1000.

Верхние пределы измерения для манометров установлены no ряду R5: 1 - 1,6 - 2,5 - 4 - 6 - 10 - 16 - 25 - 40 - 60 - 100 - 160 - 250 - 400 -600 - кгс/см.

Однако, несмотря на универсальность приведённых рядов Международная организация по стандартизации (ИСО) приняла решение о необходимости разработать систему рядов предпочтительных чисел для линейных размеров в машиностроении. Это связано с тем, что наибольшее количество числовых значений, применяемых в технике, приходится на долю линейных размеров, измеряемых в единицах длины первой степени (мм, см, м, км), Именно линейные размеры, в большинстве случаев, определяют требования взаимозаменяемости деталей, которые должны иметь одинаковые номинальные размеры и допуски. Размеры допусков в ряде случаев очень малы и получить такие значения можно деля числа в десятичном интервале рядов R5 - R40 на 10, 100, 1000 и т.д. Но при этом, особенно при определении посадочных размеров, может оказаться, что предпочтительные числа в рядах R5 - R40 будут недостаточно округлёнными.

Поэтому, для линейных размеров разработаны ряды Ra5, Ral0, Ra20, Ra40 с большим округлением чисел (буква «а» означает, что ряд содержит округлённые числа).

Ряды линейных размеров (Ra5 - Ra40) разработаны на основе рядов R5 - R40 для всех десятичных интервалов от 0,001 до 20000 мм. Так предпочтительными числами в ряду R5 являются:

Для интервала 0,001 линейного размера: 0,001; 0,002; 0,003; 0,004; 0,006 (т.е. размер 0,0016 в ряду R5 округлён до 0,002, а размер 0,0025 в ряду R5 округлён до 0,003).

R5… 10=1.5849=1.6

R10… 10=1,2589=1,25

R20… 10=1,1220=1,12

R40… 10=1,0593=1,06

R80… 10=1.0292=1.03

(разность +1,26% до - 1,01%)

Для интервала 0,01 линейного размера: 0,010; 0,016; 0,025; 0,040; 0,060 (здесь, размер 0,063 в ряду R5 округлён до 0,060).

Для интервала 0,1 линейного размера: 0,1: 0,16; 0,25; 0,40; 0,60 (здесь тоже размер 0,63 в ряду R5 округлён до 0,60).

Для интервала 1,0 и 10 линейных размеров размеры 6,3 и 63 округлены до 6,0 и 60 и т.д.

Аналогичные округления в пределах указанных интервалов имеются и в рядах Ra10, Ra20 и Ra40.

Таким образом, основными параметрическими рядами предпочтительных чисел являются ряды R5 - R40, а для линейных размеров ряды Ra5 - Ra40, На основании этих рядов разрабатываются параметрические стандарты на отдельные виды машин, приборов, деталей, в которых указывается предпочтительный ряд чисел, которым должен соответствовать определенный параметр данных изделий. Однако, на практике могут быть случаи, когда для установления параметров, особенно зависимых от природных условий, требуется более сложная закономерность или применение арифметической прогрессии. Такие отклонения должны быть в каждом отдельном случае обоснованы.

Использование рядов предпочтительных чисел находит применение не только при стандартизации, но и при проектировании любых машин, механизмов, приборов и изделий, их деталей и узлов, при разработке размерных рядов машин, оборудования и приборов, на которые отсутствуют параметрические стандарты.

Возвращаясь опять к нашему примеру, при решении вопроса о том, какой ёмкости автоцистерны должна выпускать промышленность, необходимо выбрать параметрический ряд.

Ряд R5 более редкий. Он уменьшает число типоразмеров и по нему трудно подобрать автоцистерну требуемой емкости,

Приходится брать цистерну заведомо большей ёмкости, а это связано с увеличением грузоподъёмности автомобиля, что не оправдывается расчётной необходимостью.

Использовать более высокие ряды R20 и тем более R40 - нецелесообразно потому что они существенно увеличивают количество типоразмеров. Поэтому в большинстве случаев в машиностроении применяют параметрические ряды, основанные на ряде предпочтительных чисел R10. Этот же ряд используется и при построении, предпочтительного ряда ёмкостей автоцистерн. Промышленность выпускает автоцистерны ёмкостью 1000, 1250, 1600, 2000, 2500 литров.

Но в общем случае, выбор параметрического ряда в каждом отдельном случае является типовой задачей оптимизации. Он должен быть выбран таким образом, чтобы суммарные затраты на изготовление изделий данного ряда были наименьшими при заданной эффективности этих изделий в эксплуатации.