2.1.2. Методичні основи стандартизації

Діяльність з стандартизації базується на застосуванні кількох основних принципів. Це принципи плановості, оптимальності, динамізму та системності. Принцип плановості реалізується шляхом складання (на підставі прогнозів) перспективних та річних планів розвитку і виконання робіт із стандартизації.

Принцип оптимальності передбачає прийняття таких норм, правил і вимог, застосування яких в господарській діяльності дасть можливість досягнути оптимальні витрати засобів і ресурсів.

Принцип динамізму полягає в періодичному оновленні показників, норм і вимог, які містяться у стандартах.

Принцип системності при проведенні робіт із стандартизації полягає в урахуванні максимальної кількості чинників, що впливають на досягнення кінцевого результату.

Існує також ряд методичних принципів, що застосовуються в діяльності з стандартизації, серед яких найбільш важливими є:

- застосування системи переважних чисел;

- вибір та оптимізація параметричних рядів виробів;

- уніфікація виробів;

- комплексна стандартизація;

- випереджувальна стандартизація.

Система переважних чисел полягає у використанні певних, науково обґрунтованих, рядів чисел (номіналів) при виборі номінальних значень параметрів виробів, що проектуються і виготовляються. Такі ряди будуються переважно на основі арифметичної та геометричної прогресій. Переважними ці числа називаються тому, що їм надають перевагу при конструюванні та розрахунках характеристик однотипних виробів. Вибір розмірів машин, вузлів, деталей і матеріалів за закономірним рядом переважних чисел є однією з необхідних умов для широкого розвитку для стандартизації і уніфікації.

Ряд переважних чисел, побудований за арифметичною прогресією, характеризується інтервалом (різницею) двох сусідніх значень, який є сталим у всьому діапазоні ряду, тобто

n _i - n _i-1 = d = const

де n _i і n _i-1 - значення членів ряду , що стоять поряд;

d - різниця значень двох суміжних членів ряду.

Перевагою такого ряду є невелика швидкість зростання номіналів, що дає можливість при необхідності отримати "щільніший" ряд, ніж при геометричній прогресії. З іншого боку недоліком такого ряду є сталий інтервал (різниці між двома сусідніми значеннями) при збільшенні наступного члена ряду в порівнянні з попереднім. В результаті отримується недоцільне “розрідження” значень в зоні малих величин і їх “ущільнення” в зоні великих величин. Ряди переважних чисел на основі арифметичних прогресій застосовуються при стандартизації та встановленні стандартизованих значень таких параметрів, як температура довкілля, розміри взуття, одягу, рівень шумів, типорозміри деяких деталей та механізмів, тощо. У позначеннях таких переважних рядів чисел вказуються їх різниця і числа, що обмежують ряд, наприклад:

А 4; А 8 (-15, . .. , +15) та ін,

де А - позначення арифметичного переважного ряду, числа 4 і 8 - позначення різниці;

-15 та +15 - числа, що обмежують ряд.

Ряди переважних чисел на основі арифметичних прогресій застосовуються в стандартизації відносно рідко. Трохи частіше використовуються ступінчато-арифметичні ряди. В таких рядах інтервал значень є сталою величиною не для всього ряду, а тільки для певної його частини. Для малих типорозмірів ряду різниця вибирається меншою, для великих більшою.

Будь-який член ряду в межах групи може бути знайдений як

n _i = n _i-1 + d(і - 1)

На основі ступінчато-арифметичного ряду побудовані стандарти ГОСТ 8724-81 Різьба метрична для діаметрів 1-600 мм. Діаметри і кроки, ГОСТ 9563-60 Колеса зубчаті. Модулі.

Найчастіше в стандартизації використовуються ряди на основі геометричної прогресії. У рядах побудованих за таким принципом, кожен наступний член ряду в певне число разів (множник, називається знаменником прогресії - q) більший від попереднього, тобто

n _i = q  n _i-1

Перевагою геометричної прогресії є постійний відсоток у збільшенні значень членів ряду в будь-якому інтервалі, а недоліком - необхідність заокруглення цих значень. Це можна проілюструвати на такому прикладі. Нехай в інтервалі величин від 3,15 мм до 50 мм необхідно визначити ряд діаметрів, який має сім членів, при рівномірному зростанні значень діаметрів. Ряд побудований за арифметичною прогресією буде мати інтервал d = (50 – 3,15) / 6  7,81. В результаті отримаємо ряд, в якому діаметри будуть мати значення 3,15; 10,96; 18,77; 26,58; 34,39; 42,20; 50,01.

Ряд, побудований за геометричною прогресією буде мати знаменник d =  1,6. Відповідно, члени цього ряду будуть мати наближені значення 3,15; 5,00; 8,00; 12,60; 20,00; 32,00; 50,00.

З поданих прикладів видно, що ряд значень діаметрів в другому випадку більш рівномірний, а значить краще відповідає вимогам виробництва, ніж ряд побудований за арифметичною прогресією.

Найзручнішим при побудові рядів переважних чисел виявилося використання геометричних прогресій зі знаменниками, що є коренями з числа 10. В ХІХ ст. французький інженер Ш. Ренар застосував геометричну прогресію зі знаменником при побудові повітряних куль. За зразком побудованого Ренаром ряду, який умовно був названий R₅, пізніше запропоновано використовувати ряди R₁₀, R₂₀, R_40. Зараз система рядів переважних чисел, передбачає у своєму складі п'ять рядів, що так і називаються рядами Рената, з наступними параметрами:

Ряди - R ₅, R ₁₀, R ₂₀, R ₄₀ є основними, а ряд R ₈₀ - додатковим.

Багаторічним досвідом підтверджено, що для потреб промисловості достатньо за основу побудови рядів переважних чисел взяти геометричні прогресії з вказаними п’ятьма знаменниками. Число в умовному позначенні ряду одночасно показує кількість членів ряду.

Знаменники прогресій регламентуються ГОСТом 8084-56, в якому по­дані ряди переважних чисел, що прийняті і одобрені більшістю країн-членів ISO. Членами рядів переважних чисел в цьому стандарті є округлені члени рядів геометричних прогресій. При цьому відносна різниця між розрахова­ними і округленими числами знаходиться в межах від – 1,01% до +1,26%.

Ряди переважних чисел покладені за основу для розроблення ГОСТ 6636-69 Нормальні лінійні розміри. В стандарті подані ряди нормальних лінійних розмірів (діаметри, довжини, висоти і т.п.), які застосовуються для вибору номінальних розмірів промислових виробів, зокрема машинобудування. Стандарт обмежує кількість лінійних розмірів (для всіх десяткових інтервалів від 0,001 мм до 20000 мм), що сприяє скороченню номенклатури виробів і для їх уніфікації. Ряди, що містить стандарт ГОСТ 6636-69, складаються з округлених значень переважних чисел і мають позначення Ra₅, Ra₁₀, Ra₂₀, Ra₄₀. Інші характеристики продукції, що не є лінійними розмірами, повинні вибиратися за рядами переважних чисел, поданими в ГОСТ 8032-84 Переважні числа і ряди переважних чисел.

Застосування рядів переважних чисел дає можливість пов’язати між собою конструктивно самостійні, але взаємопов’язані в процесі виробництва вироби, наприклад ряди потужностей електродвигунів і силові характеристики угрегатів, в які вони входять; об’єм ковшів екскаваторів і кузовів вантажних автомобілів. Розглянемо для прикладу застосування таких рядів у виробництві стандартизованої продукції. Конструктори встановлюють вантажопідйомність вагонів у 25, 40, 63 та 100 т; відповідно до першого ряду чисел згідно вказаного стандарту. Конструктори і виробники вантажних автомобілів встановлюють вантажопідйомність автомобілів - 2,5; 4,0; 6,3; 10 т. Товарознавці повинні замовити контейнери з масою 250, 400, 630 та 1000 кг, а маса банок, що становлять вміст контейнерів, відповідно повинна бути 250, 400, 630 та 1000 г. Будівельники повинні проектувати склади на 250, 400, 630, 1000 т.

Ряди переважних чисел мають ряд важливих властивостей. Міцність і пружні властивості деталей машин є пропорційними до величин площі, моментів опору і моментів інерції поперечних перерізів, які всвою чергу є степеневими функціями лінійних розмірів. Відповідно, якщо лінійні розміри будуть вибрані на основі ряду переважних чисел, то значення і міцності і пружності теж будуть розташовані за тим самим рядом.

Другою важливою властивістю є те, що у всі ряди переважних чисел, починаючи з R₁₀, входить число 3,15 (наближене значення p), тому якщо членом ряду є діаметр, то відповідно довжина кола чи поверхня кулі так само буде членом ряду. Те саме стосується швидкості обробки та різання сферичних та циліндричних поверхонь.

Вибір та обгрунтування параметричних рядів стандартизованих виробів. Основою для раціонального скорочення номенклатури і числа промислових виробів є стандарти на параметричні ряди цих виробів. Стандарти на параметричні ряди, ряди основних параметрів, або як ще їх називають стандартами основних параметрів, встановлюють найбільш раціональні типи і типорозміри виробів, які пропонуються для виробництва. При розробленні стандартів, що містять параметричні ряди, необхідно враховувати, що число регламентованих параметрів повинно бути оптимальним, а їх числові значення, в основному, повинні визначатися рядами переважних чисел. Наприклад ГОСТ 6639 встановлює чотири ряди чисел. Ряди переважних чисел за цим стандартом призначені для вибору лінійних розмірів (діаметрів, довжин, висот тощо) і є основою при розробці стандартів на параметричні ряди.

Розробка стандартів на параметричні ряди проводиться за наступними етапами:

- вибір номенклатури параметрів;

- вибір діапазону параметричного ряду;

- вибір градації параметричного ряду.

Параметр продукції - це кількісна характеристика властивостей продукції. Параметри продукції поділяють на головні, основні й допоміжні. Головні параметри вибирають з числа основних, а допоміжні встановлюють лише для деяких видів виробів.

Вибір основних, а серед основних головних параметрів, слід базувати на таких міркуваннях:

- головні та основні параметри повинні достатньо повно характеризувати технічні і експлуатаційні властивості виробу;

- номенклатура стандартизованих параметрів повинна бути оптимальна і не повинна обмежувати можливість вдосконалення конструкції;

- головні і основні параметри повинні бути, по можливості, стабільними, не змінюватись при модифікації і вдосконаленнях, не залежати від технології та матеріалів;

- номенклатура головних та основних параметрів споріднених типів виробів повинна бути, по можливості, уніфікована;

- у випадку вибору для побудови параметричного ряду сукупності декількох основних і головних параметрів всі вони повинні бути незалежними;

- величини значень головних параметрів повинні, як правило, вибиратися з ряду переважних чисел.

Отже основні параметри продукції визначають найтиповіші конструктивно-технологічні й експлуатаційні властивості виробів і процесів, а, як головні, приймаються такі основні параметри, що відрізняються стабільністю при технічних удосконаленнях і не залежать від застосовуваних матеріалів і технологій виготовлення та найбільш повно характеризують конструктивно-технологічні, експлуатаційні властивості виробів і процесів. Наприклад, головним параметром для пресів є номінальне зусилля, яке вони розвивають, для вантажних автомобілів – вантажопідйомність, для холодильного обладнання – об’єм холодильної камери і т.д. Оскільки недостатньо характеризувати промисловий виріб лише головним параметром, то поряд з ним для характеристики виробів використовують основні параметри. Наприклад, для вантажівок це габаритні розміри, власна маса, об'єм двигуна (потужність), тощо

При виборі головних параметрів повинно враховуватися те, що вони становитимить нормативну основу для випереджувальної стандартизації.

Діапазон параметричного ряду визначається потребою у виробах даного виду. При цьому враховується ріст виробництва і попит на вироби з врахуванням прогнозів; можливість виготовлення різних варіантів виробів на основі агрегатування; досвід виробництва і експлуатації подібного або аналогічного устаткування; наявність стандартів та іншої документації. Діапазон параметричного ряду може обмежуватись вимогами техніки безпеки, неможливістю експлуатації виробу разом з іншим обладнанням, об’єктивними залежностями і природними межами.

Градація параметричного ряду визначається законом утворення ряду, який визначає характер інтервалів між членами даного ряду. Інтервал може бути однаковий у всьому діапазоні, зростати або спадати зі зростанням членів ряду. При розробці нових стандартів слід старатися використовувати ряди переважних чисел, побудовані на основі арифметичної, арифметично-ступінчатої або геометричної прогресій. Як правило, оптимальним є ряд з змінною густиною градації.

Параметри об’єктів стандартизації вибираються не довільно, а визначаються за єдиними правилами, які нормуються комплексом стандартів.

Уніфікація полягає у виборі оптимальної кількості або в раціональному скороченні числа типів, видів, параметрів і розмірів об'єктів однакового чи близького функціонального призначення. Уніфікація спрямована на зменшення числа різновидів шляхом комбінування двох і більше характеристик. Об'єктами уніфікації можуть бути різні вироби: матеріали, деталі, вузли, схеми, прилади, пристрої, агрегати, машини.

Уніфікація виробів супроводжується встановленням оптимальних конструкторсько-технологічних рішень та типізацією шляхом комбінування (поєднанням) найбільш вдалих конструкторсько-технологічних рішень. При цьому раціонально зменшується кількість різновидів цих виробів.

В залежності від сфери проведення робіт з уніфікації розрізняють міжгалузеву уніфікацію, що проводиться в масштабі кількох галузей промисловості, галузеву і заводську, що проводиться в рамках одного підприємства.

В промисловості існують такі види уніфікації продукції:

- модифікаційна – уніфікація між базовою моделлю виробу і конструктивними модифікаціями, які виконані на основі базової моделі;

- внутрітипова (розмірно-конструктивна) - уніфікація між однотипними виробами, що мають різні параметри;

- міжтипова - елементи продукції, що відрізняються конструкцією, але подібні за основними параметрами;

- загальна - схожа за призначенням продукція, що не має конструктивно-технологічної подібності.

Уніфікація може бути повною і неповною. При повній уніфікації здійснюється уніфікація всіх елементів запроектованого або існуючого виробу, при неповній - тільки частини елементів.

Повна уніфікація передбачає уніфікацію форми, розмірів та матеріалів.

Якщо повна уніфікація неможлива, - проводять неповну, наприклад, уніфікують форму деталі, але не уніфікують розміри і матеріали деталі, а також складальні одиниці (вузли), якщо вони виконують близькі по характеру функції.

Уніфікацію проводять при конструюванні виробів та їх виготовленні. Найбільш ефективна уніфікація при конструюванні нових виробів, оскільки в цьому випадку вона може бути комплексною: уніфікують вироби, технологічні процеси та технологічну документацію. В процесі виробництва можна проводити лише неповну уніфікацію, оскільки навіть незначна зміна конструкції тягне за собою зміну оснастки і технології.

В більшості країн світу набула поширення внутрітипова уніфікація, що проводиться на основі конструкторсько-уніфікованого ряду. В такому ряді виділяють базовий виріб (базову модель), що має максимальну конструктивну і технологічну наступність, і модифікації - вироби (моделі), створені на основі базового. Важливо, щоб в основу конструктивно-уніфікованого ряду був покладений базовий виріб, що має високі якісні характеристики і можливості наступного удосконалення. Тоді весь конструктивно-уніфікований ряд являтиме собою вироби високої якості. Рівень уніфікації деталей і вузлів як окремого виробу, так і всього уніфікованого ряду моделей характеризується коефіцієнтами уніфікації, наступництва конструктивних елементів в конструктивно-уніфікованому ряді та повторюваності деталей в одному виробі.

Загальна схема, проведення робіт з уніфікації містить:

- аналіз застосування ряду виробів;

- класифікацію виробів за конструктивними та іншими ознаками;

- вибір найдосконалішої або створення нової конструкції;

- встановлення типорозмірів конструкції;

- стандартизацію уніфікованого ряду типорозмірів;

- розробку конструкторської та технологічної документації;

- організацію спеціалізованого виробництва уніфікованих виробів.

Існує чотири основних форми уніфікації: симпліфікація; типізація; агрегатування; взаємозамінність.

Симпліфікація полягає в скороченні кількості типів, груп та інших різновидів виробів до кількості, що є доцільною з технічного та економічного погляду для задоволення споживчих потреб.

Типізація полягає в розробці, створенні та встановленні типових чи зразкових конструкцій, розмірів і номенклатури виробів. Типові конструкції служать як моделі при проектуванні нових виробів. Після багаторазового використання їх групують за типорозмірами. Типізація значно скорочує витрати часу на проектування та розробку виробів.

Агрегатування полягає у створенні складних технічних виробів на базі уніфікованих елементів (агрегатів, вузлів, деталей певного чи будь-якого функціонального призначення), що мають багатопланове використання. Основною метою проведення агрегатування є: розширення галузей застосування виробів універсального призначення шляхом створення умов для швидкої заміни її основних робочих частин і перетворення на виріб спеціального призначення; розширення номенклатури і технічних можливостей виробів, що випускаються шляхом виробництва і модифікованих робочих частин різного призначення; забезпечення можливості комплектування певних виробів і різного функціонального призначення з уніфікованих елементів.

Взаємозамінність полягає у властивості окремо виготовлених деталей, вузлів, агрегатів без доробки забезпечувати комплектування машин, приладів і виконувати запрограмовані функції, не порушуючи при цьому технічних вимог до виробу в цілому. Взаємозамінність досягається за рахунок виготовлення деталей з заданою точністю геометричних, параметричних або схематичних параметрів, що впливають на споживчі властивості.

Комплексна стандартизація передбачає розробку системи стандартів, що визначають оптимальні взаємопов'язані та взаємопогоджені норми і вимоги до самого об'єкта та його елементів, з яких він складається чи від яких він залежить.

Комплексна стандартизація охоплює готову продукцію та необхідні для її виготовлення комплектуючі вироби, напівфабрикати, сировину, технічні засоби, а також методи підготовки й організації виробництва, проведення випробувань і контролю, правила пакування, транспортування, зберігання і ремонту.

Програми комплексної стандартизації є планами підвищення технічного рівня та якості продукції. Вони враховують всі стадії життєвого циклу продукції: розробку, виготовлення, експлуатацію, що включає технічне ї обслуговування і ремонт. До таких програм (для промислової продукції) входять матеріальні та нематеріальні елементи виробництва. До матеріальних елементів відносять сировину, матеріали, напівфабрикати, комплектуючі вироби, їх вузли та деталі, технологічне обладнання та інструмент; до нематеріальних - методи розрахунку, випробувань, контролю якості, підготовки та організації виробництва, технологію, технологічні процеси, правила пакування, маркування, зберігання та транспортування продукції.

Випереджувальна стандартизація полягає в установленні підвищених вимог і норм відносно досягнутого рівня. Вона включає ті показники якості готової продукції, які ще не досягнуті. Випереджувальна стандартизація може розглядатися як сходинка на шляху певних вимог до якості продукції з диференційованими термінами впровадження.