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 R 5, R 10, R 20, R 40. R 80 и R 160 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 - R 5/2 (1…1000000); R 10/3 (…80…); R 10/3 (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 – R 20 (1…2) R 10 (2…10) R 5/2 (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 “ ”: R 5, R 20 (45…), R 40 (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

В обозначениях арифметических предпочтительных рядов чисел должны указываться их разность и числа, ограничивающие ряд - A 2 (-10…+10), A 0, 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 К_п и межпроектной (вза­имной) унификации Кму. Коэффициенты Кпр и К_п, 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 М_Σ , т.е.

Коэффициент применяемости К_пр 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 К_а характеризует уровень внутрипроектной унификации изделия и вычисляется по формуле

где п — число повторяющихся составных частей изделия.

Коэффициент К_а 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, 26 ⁱ.

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.