Понятие о предпочтительных (стандартных) числах и их роли в стандартизации и взаимозаменяемости.
Все производственные процессы, технические средства для их выполнения
(оборудование, приспособления, инструменты и др.) и исходные материалы взаимосвязаны.
Так, например, размеры пруткового материала отражаются на размерах режущего инструмента и на габаритах и мощности станков. Поэтому важной задачей единой стандарт-и является построение рядов чисел для основного параметра изделия. В одном случае основным параметром будет линейный размер, в другом- мощность или скорость, или масса и т.д.
При разработке стандартов в целях устранения разнообразия в числовых значениях размеров и др. разлиных характеристик продукции, пользуются так называемыми предпочтительными числами и рядами предпочтительных чисел.
Введение единого порядка при переходе от одних числовых значений параметров к другим во всех отраслях промышленности приводит к сокращению типоразмеров, к более экономному расходу исходных материалов и позволяет лучшим образом согласовать и увязать между собой различные виды изделий, материалов, полуфабрикатов, трансп. средств, произв. оборудования.
Одним из основных принципов стандартизации является принцип предпочтительности. Основополагающим документом в этой области является стандарт “Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел”. Этим стандартом предусматриваются числа и ряды, которые должны применяться при установлении градаций и отдельных значений параметров технических объектов (продукции, условий ее существования, технологических процессов и пр.).
Предпочтительные числа получают на основе геометрической прогрессии, i-й член которой равен
,
знаменатель прогрессии
,
где R = 5, 10, 20, 40, 80 и 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 ряда данной прогрессии.
Исходный ряд составляют предпочтительные числа от 1 до 10.
Предпочтительные числа менее 1 и более 10 получают делением или умножением исходного ряда на 10, 100, 1000 и т.д. предпочтительные числа одного ряда могут быть либо положительными, либо отрицательными.
Основные ряды предпочтительных чисел обозначают R5, R10, R20, R40. R80 и R160 являются дополнительными.
Из предпочтительных чисел можно составить выборочные ряды, отбирая каждые 2, 3 или n-е члены основного или дополнительного ряда, начиная с любого числа ряда. Обозначение выборочного ряда состоит из обозначения исходного основного ряда и числа 2, 3, 4, …, n, отделенного от обозначения исходного основного ряда косой чертой. Если ряд ограничен, обозначение должно содержать члены, ограничивающие ряд; если ряд не ограничен, должен быть указан хотя бы один его член - R5/2 (1…1000000); R10/3 (…80…); R10/3 (80…..).
Сочетанием различных основных и (или) выборочных рядов можно получить составные ряды предпочтительных чисел. Составной ряд имеет неодинаковые знаменатели в различных интервалах. Конечные и начальные члены смежных рядов, образующих составной ряд, должны быть одинаковыми – R20 (1…2) R10 (2…10) R5/2 (10…1000).
Если не могут быть использованы геометрические ряды, то применяются производные предпочтительные ряды чисел, получающиеся на основе убывающей геометрической или арифметической прогрессий.
Для убывающих рядов положительных предпочтительных чисел i-ый член прогрессии определяется по формуле:
.
Обозначение убывающего ряда положительных предпочтительных чисел получают добавлением к обозначению каждого основного или дополнительного ряда предпочтительных чисел знака “ 
”: R5, R20 (45…), R40 (300…75).
Предпочтительные арифметические ряды чисел получаются на основе прогрессии, i-й член которой определяется выражением
.
Обозначения и разности основных и дополнительных арифметических предпочтительных рядов чисел устанавливаются по табл. 1.1
Табл.1.1
| Обозначение | Значащие цифры разности (точные значения) | |
| Исходного геометрического ряда | Производного арифметического ряда | |
| Основные ряды | ||
| R5 | A20 | |
| R10 | A10 | |
| R20 | A5 | |
| R40 | A2,5 | |
| Дополнительные ряды | ||
| R80 | A1,25 | |
| R160 | A0,625 |
В обозначениях арифметических предпочтительных рядов чисел должны указываться их разность и числа, ограничивающие ряд - A2 (-10…+10), A0,5 (0…40).
Унификация. Общие положения и показатели уровня унификации
Наиболее эффективным и распространенным является метод унификации изделий, суть которого заключается в проведении изделий к единообразию на основе установления рационального числа их разновидностей. В зависимости от поставленных задач унификация изделий может проводиться по назначению (применению), средствам обеспечения и обслуживания, агрегатам и узлам определенного функционального назначения, условиям производства и др.
Ни одна разработка сложной технической системы не является исключительно новой, а содержит определенное количество элементов, узлов, уже прошедших апробацию на предыдущих образцах, типах изделий.
Так, например, при разработке первой боевой баллистической ракеты Y-2 в ТНА был использован в качестве прототипа высокопроизводительный пожарный насос; твердотопливные ускорители "Шаттла" выполнены по идее, реализованной в ракете Титан-lllc, а топливный бак "Сатурна-5" является прототипом топливного бака "Шаттла". В ракетной двухступенчатой системе Темп-С (СС-12) унифицированы двигатели: на двух ступенях применяются одинаковые ТТРД. Примеров унификации как основного пути развития техники особенно много, если рассматривать это развитие от поколения к поколению образцов техники, когда каждое следующее поколение техники берет наиболее удачные, лучшие технические решения и технологии. Это наглядно прослеживается в авиационной и автомобильной технике, строительстве, металлургии и других отраслях.
Показатели уровня унификации определяются коэффициентами применяемости Кпр, повторяемости Кп и межпроектной (взаимной) унификации Кму. Коэффициенты Кпр и Кп, применяются для оценки уровня унификации конкретного изделия. Уровень унификации группы изделий оценивается коэффициентом Кму. В общем виде коэффициент унификации может быть представлен отношением трудоемкости унифицированных узлов изделия Тун к суммарной трудоемкости изделия Т:
Это отношение может быть выражено в единицах массы унифицированных узлов Мун к суммарной массе изделия МΣ, т.е.
|
Коэффициент применяемости Кпр оценивает в изделии долю узлов типоразмеров, оригинальных и впервые предлагаемых к реализации в данном изделии, т.е. характеризует конструкторскую преемственность составных частей изделия и определяется как процентное соотношение
где N и п0 — соответственно общее число и число оригинальных типоразмеров.
Коэффициент повторяемости Ка характеризует уровень внутрипроектной унификации изделия и вычисляется по формуле
где п — число повторяющихся составных частей изделия.
Коэффициент Ка объективно характеризует технологичность конструкции изделия.
Параметрические ряды. Принцип модульного проектирования
Для рационального сокращения номенклатуры изделий, производимых и потребляемых в народном хозяйстве, требуется разработка стандартов на параметрические ряды этих изделий. Как правило, эти стандарты являются перспективными, и их требования направлены на внедрение в производство прогрессивных, технически более совершенных и производительных машин, оборудования, приборов и других видов продукции, а также на сокращение до целесообразного минимума конкретных типов и моделей изделий. Параметрические ряды строятся по основным параметрам на базе рядов предпочтительных чисел. При их выборе следует руководствоваться следующими принципами:
- номенклатура основных параметров должна быть минимальной, чтобы не ограничивать процесс совершенствования конструкций и технологии изготовления изделий
- выбранные основные параметры должны быть стабильными, т.е. неизменными при техническом усовершенствовании и конструктивных модификациях
- основные параметры не должны зависеть от технологии изготовления, применяемых материалов, методик расчета и других часто меняющихся факторов.
Построение и выбор рядов чисел на конкретный параметр основываются на технологическом и экономическом методах обоснования. В качестве примера можно привести параметрические ряды в электротехнике и энергетике — мощности электродвигателей, тепловых двигателей для автомобилей, самолетов и вертолетов.
Числовые ряды играют важную роль не только в построении параметрических рядов, но и непосредственно участвуют в расчетах при проектировании новых унифицированных изделий. Например, если большую сторону параллепипеда разделить пополам, то образуется два подобных параллепипеда, линейные размеры которых точно стыкуются и соответствуют предпочтительным значениям модульного ряда.
Для обеспечения указанного требования значения линейных размеров сторон модуля должны быть связаны соотношением
а/в = в/с; в/с=2с/а.
Отсюда выражение для i-гo члена ряда имеет вид
fi = а/1,26i.
Создание разнообразных инженерно-технических систем из ограниченного числа первичных элементов-модулей является основным принципом модульной техники. В свою очередь, модульное проектирование представляет собой перспективное и эффективное направление и способ развития техники, сберегающей материальные и интеллектуальные ресурсы, благодаря уменьшению структурного многообразия технических систем без ущерба для их функционального назначения. Здесь следует подчеркнуть прямую связь целей модульного проектирования с задачами унификации. Кроме того, важнейшим показателем cледующего поколения техники является новизна ее элементной (модульной базы).
В научно-технической терминологии понятие "модуль" имеет разные толкования.
Вообще под модулем понимается некоторая условная мера. Агрегат или блок могут быть модулями, если ими можно и "измерить", т.е. многократно повторить или, другими словами, комплектовать систему. Хорошо известен "модуль зубчатого зацепления". Модуль зубчатых колес в сочетании с принципом предпочтительности позволил определить однозначно все геометрические размеры зубчатых колес и зубонарезного инструмента. В современной технике модуль перерос рамки чисто проектного понятия. Появились модули-изделия, которые характеризуются конструктивной и технологической завершенностью, обладают строго фиксированными параметрами, принадлежащими заранее установленным параметрическим и типоразмерным рядам.