Задание 4. Методы стандартизации в машиностроении и их эффективность (Стандартизация параметрических и типоразмерных рядов машин).

Продукция определенного назначения, принципа действия и конструкции, т.е. продукция определенного типа, характеризуется рядом параметров.

Параметрический ряд изделий - это упорядоченная совокупность числовых значений параметров изделий. Поскольку изделие состоит из большого количества сборочных единиц и деталей, значительная часть которых может являться самостоятельной единицей продукции для заводов – поставщиков комплектующих изделий (например, электротехнические и гидравлические изделия, подшипники качения и т. п.), то для них устанавливаются свои ряды.

В параметрических рядах вместе с главными параметрами деталей и сборочных единиц (электрическое напряжение, рабочее давление, несущая нагрузка или ресурс) важную роль играют и присоединительные размеры, по которым они стыкуются в изделии (например, для тканей размерный ряд состоит из отдельных значений ширины тканей, для посуды – отдельных значений вместимости). Эти размеры относятся к основным параметрам таких сборочных единиц и деталей. В таком случае говорят о типоразмерном ряде, под которым понимается совокупность наборов числовых значений основных параметров, характеризующих типоразмеры деталей и сборочных единиц, числовые значения главного параметра которых находятся в параметрическом ряду. Например, сейчас установлено 105 типоразмеров мужской одежды и 120 типоразмеров женской одежды.

Процесс стандартизации параметрических рядов – параметрическая стандартизация – заключается в выборе и обосновании целесообразной номенклатуры и численного значения параметров. Решается эта задача с помощью математических методов. При создании, например, размерных рядов одежды и обуви производятся антропометрические измерения большого числа мужчин и женщин разных возрастов, проживающих в различных районах страны. Полученные данные обрабатывают методами математической статистики.

При выборе параметров для стандартизации их параметрических рядов прежде всего решается вопрос о мерности рядов.

Если в качестве объекта стандартизации выбран только один главный параметр изделия, то построенный для такого параметра параметрический ряд будет одномерным. Построение параметрического ряда для одного главного параметра не позволяет в полной мере создавать изделия с оптимальными другими параметрами.

Более перспективным путем является построение многомерных параметрических рядов, охватывающих широкую номенклатуру не только основных, но и вспомогательных параметров изделия. Но их создание является чрезвычайно сложным.

Параметрические ряды машин, приборов, тары рекомендуется строить согласно системе предпочтительных чисел - набору последовательных чисел, изменяющихся в геометрической прогрессии. Смысл этой системы заключается в выборе лишь тех значений параметров, которые подчиняются строго определенной математической закономерности, а не любых значений, принимаемых в результате расчетов или в порядке волевого решения. Основным стандартом в этой области является ГОСТ 8032-84 "Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел". На базе этого стандарта утвержден ГОСТ 6636-69 "Нормальные линейные размеры", устанавливающий ряды чисел для выбора линейных размеров.

ГОСТ 8032-84 предусматривает четыре основных ряда предпочтительных чисел: количество чисел в интервале 1-10: для ряда R5 - 5, RIO - 10, R20 - 20, для ряда R40 - 40.

В некоторых технически обоснованных случаях допускается округление предпочтительных чисел. Например, число 1,06 может быть округлено до 1,05; 1,12 - до 1,1; 1,18 - до 1,15 или 1,20. При выборе того или иного ряда учитывают интересы не только потребителей продукции, но и изготовителей. Частота параметрического ряда должна быть оптимальной: слишком "густой" ряд позволяет максимально удовлетворить нужды потребителей (предприятий, индивидуальных покупателей), но, с другой стороны, 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 R10 предпочтительнее ряда R20.

Любой параметрический ряд несет в себе противоречие между потребителем и производителем изделий. Производителю продукции выгоден как можно более редкий параметрический ряд, поскольку он способствует увеличению серийности продукции, а значит, и снижению ее себестоимости. Потребителю, наоборот выгоден наиболее частый параметрический ряд, поскольку вместо необходимого по расчету изделия приходится брать либо два меньших, либо одно большее. В обоих случаях решение приводит к увеличению веса и габаритов конечной продукции.

Например, применение подшипника скольжения, масса которого на 1 кг больше массы подшипника, необходимого по расчету, приводит к увеличению размеров сопрягаемых деталей и их массы - на 5... 7 кг. Значит общая масса сборочной единицы вырастет на 6...8 кг [25]. При этом необходимо иметь в виду, что в современных транспортных средствах, например автомобилях, уменьшение его массы на 1 % приводит к снижению расхода топлива на 0,5... 1 %, а низкая снаряженная масса автомобиля наряду с расходом топлива - важнейшие характеристики качества и конкурентоспособности продукции.

Решение проблем оптимизации параметров изделий и создание на их основе параметрических рядов представляет сложную технико-экономическую задачу.

Применяемые для оптимизации рядов методы предлагается разделить на три класса:

— элементарные методы, которые используют в случаях, когда выбор ряда достаточно ограничен рядами предпочтительных чисел, в том числе метод последовательного перебора;

— классические методы математического программирования, основанные на определении экстремума затрат приравниванием нулю частных производных. Условием применения данного метода является наличие и дифференцируемость функций спроса и затрат, а также единственность экстремума общих затрат;

— неклассические методы, не связанные с выполнением вышеуказанных условий, но ограниченные применением некоторых других условий.

Из известных методов оптимизации рядов машин, сборочных единиц и деталей наиболее развит и дает наибольший эффект в производстве и эксплуатации метод точек перехода, разработанный во ВНИИНМАШе. Он позволяет использовать любые целевые функции без ограничений. Теоретические обоснования метода точек перехода базируются на исследовании структур параметрических рядов деталей и сборочных единиц машин.

Так же можно добавить, что разработка параметрических и типоразмерных рядов изделий, машин, оборудования, приборов, узлов и деталей, является одним из основных направлений унификации.