Основные принципы стандартизации конкретных объектов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные принципы стандартизации конкретных объектов

Теоретические основы стандартизации конкретных объектов базируются на ряде основополагающих принципов, к которым можно отнести:

- принцип значимости объекта стандартизации,

- принцип предпочтительности,

- принцип оптимизации стандартизуемых параметров,

- принцип системности,

- принцип комплексности.

Сферы действия названных принципов могут частично перекрываться, но главным условием успешной работы стандартизаторов является комплексное применение принципов на основе системного подхода. Только соблюдение этого условия позволит разрабатывать прогрессивные нормативные документы (НД) по стандартизации и использовать стандартизацию как реальное средство упорядочения научно-технической деятельности, приносящее значительный экономический эффект.

Поскольку на разработку документов затрачивается время, квалифицированный труд стандартизаторов, материальные ресурсы на проведение исследований, то в соответствии с принципом значимости (рис. 1) для стандартизации выбирают только объекты, соответствующие определенному набору требований. Первый критерий - существенность объекта - позволяет отказаться от разработки НД на второстепенные и малозначительные объекты, и благодаря этому установить приоритеты в разработке стандартов.

Вторым критерием является повторяемость объекта, которая должна быть достаточно большой, чтобы имело смысл разрабатывать стандарт. Поскольку применение стандарта должно приносить экономический эффект за счет однажды оплаченного апробированного решения типовой задачи, необходимо, чтобы такие задачи встречались достаточно часто. Если объект уникален, то стандарт на него не нужен, повторного использования решений не будет. А себестоимость стандарта на уникальный объект может оказаться соизмеримой с затратами на создание этого объекта, поскольку определение оптимальных параметров требует дорогостоящих исследований.

Еще один важный критерий - прогрессивность объекта стандартизации. Для стандартизации следует выбирать те объекты, которые имеют достаточные перспективы применения. Сам стандарт может служить как прогрессу, так и его торможению, поэтому разработанная НД должна регламентировать только принципиально значимые свойства объекта, не препятствуя его возможному дальнейшему развитию и совершенствованию. Если стандарт будет фиксировать достигнутое положение, не предусматривая возможности совершенствования объекта стандартизации, то может наступить санкционированный стандартизаторами застой.

Принцип предпочтительности - один из основных принципов, используемых в стандартизации. Различают качественный и количественный аспекты применения этого принципа. Качественный аспект состоит в образовании предпочтительных рядов объектов стандартизации. Предпочтительность устанавливают для конкретных объектов (изделий, деталей, процессов, типовых решений, обозначений), а также их элементов (норм, требований, параметров и т.д.). Количественный аспект связан с построением числовых параметрических рядов.

Уровней предпочтительности может быть как минимум два. В соответствии с уровнями следует выбирать по возможности более предпочтительные объекты. Как правило, наиболее предпочтительный ряд включает наименьшее количество объектов или параметров объектов стандартизации. Следующие, менее предпочтительные ряды отличаются расширенной номенклатурой и могут включать объекты предыдущих рядов.

Соблюдение принципа предпочтительности позволяет добиться разумного сокращения применяемой номенклатуры стандартных объектов (элементов). Поскольку в первую очередь выбирают из наиболее предпочтительного ряда (1) и переходят к менее предпочтительным (2, 3 и др.) только если поставленная задача не имеет удовлетворительного решения на более высоком уровне, то при наличии необходимого разнообразия стандартных объектов (элементов) существенно сокращается число наиболее часто используемых решений. Таким образом, принцип предпочтительности всегда предлагает некоторый компромисс между достаточно широкой номенклатурой средств, пригодной для решения любых, в том числе оригинальных и сравнительно редко встречающихся задач, и их значительно сокращенным набором для использования в типовых, наиболее часто встречающихся ситуациях.

Примером использования принципа предпочтительности в стандартных системах допусков и посадок могут служить ряды предпочтительных полей допусков и ряды предпочтения посадок.

Количественная сторона принципа предпочтительности реализуется через использование рядов предпочтительных чисел. Стандартом установлены пять рядов R, называемых иногда рядами Ренара, которые построены на основе геометрической прогрессии со знаменателем в виде корня определенной степени из десяти (табл. 1). Значение членов рядов рассчитывается с использованием этих знаменателей. Значения знаменателей рядов предпочтительных чисел и самих чисел округлены по сравнению с точными значениями геометрических прогрессий. Ряды R5…R40 называются основными, ряд R80 - дополнительным. Наиболее предпочтительным является ряд R5, за ним следует ряд R10, и т.д. Дополнительный ряд R80 можно применять только в технически и экономически обоснованных случаях.

Стандарт ГОСТ 8032-84 устанавливает порядок применения предпочтительных чисел, включая образование производных рядов. Они могут образовываться отбором каждого n-ного члена основного ряда; можно также составлять ряды с неодинаковыми знаменателями в различных диапазонах. Таким образом, регулируют номинальные значения членов рядов и их «густоту».

В стандарте приведены значения членов рядов от 1 до 10. Значения в других диапазонах рядов определяют умножением приведенных членов на 10 в соответствующей положительной или отрицательной степени. Благодаря этому ряды предпочтительных чисел практически бесконечны в обе стороны. Количество членов каждого ряда в любом десятичном интервале соответствует числу в обозначении ряда (ряд R5 - пять членов, ряд R10 - 10 членов и т.д.).

В электротехнике применяют также предпочтительные числа, построенные по рядам E - геометрические прогрессии со знаменателями в виде корней третьей, шестой, двенадцатой, двадцать четвертой, сорок восьмой, девяносто шестой и сто девяносто второй степеней из десяти. Примерные значения знаменателей первых четырех рядов: Е3 - 2,2; Е6 - 1,5; Е12 - 1,2 и Е24 - 1,1.

Использование рядов предпочтительных чисел обеспечивает упорядочение и определенный экономический эффект при выборе числовых значений любых параметров, на которые нет конкретного НД по стандартизации. При стандартизации новых параметрических рядов и пересмотре действующих НД также необходимо использование предпочтительных чисел и их рядов. 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, использование транспортных и грузоподъемных средств будет достаточно рациональным, если грузоподъемность и массы грузов будут построены по ряду R5, в частности, если грузоподъемность железнодорожных вагонов в тоннах будет составлять 25, 40, 63 и 100, вместимость (грузоподъемность) контейнеров в килограммах - 250, 400, 630, 1000, масса ящиков в килограммах - 25, 40, 63, 100, масса коробок или банок в граммах - 250, 400, 630 и 1000. стандартизация допуск посадка комплексность

В стандартах при необходимости используют не только геометрическую, но и арифметическую прогрессию. С ее использованием построены ряды размеров обуви и одежды. Применяют также и ступенчатые арифметические ряды с отличающимися разностями на разных диапазонах (номинальные диаметры резьб, колец подшипников качения и другие).

Оптимизацию стандартизуемых параметров (процесс оптимального нормирования) можно представить следующим образом:

· определяют оптимальные выходные характеристики проектируемого изделия (производительность, мощность, скорость и т.д.), нормируют их предельные значения;

· выясняют связи (например, функциональные зависимости) между каждым влияющим параметром образующих изделие элементов и некоторой выходной характеристикой изделия, и по допускаемому рассеянию характеристик определяют необходимые ограничения параметров.

Такая задача носит название "расчет размерных цепей", поскольку в ней определяют зависимости между составляющими звеньями (функциональными параметрами образующих изделие элементов) и замыкающим звеном (выходной характеристикой изделия). Размерные цепи не ограничиваются только линейными и угловыми размерами, они могут быть также электрическими, гидравлическими, пневматическими и т.д. При наличии функциональной связи между звеньями размерной цепи задача решается "в любую сторону" (прямая и обратная задачи или проектный и проверочный расчеты).

Для установления связей между функциональными параметрами элементов изделия и выходной характеристикой изделия используются модели. Разработка "простой" модели, обеспечивающей удовлетворительные результаты нормирования параметров, является одной из основных задач проектирования изделия. Решение оптимизационной задачи могут значительно усложнить такие обстоятельства, как суммарное нелинейное влияние нескольких параметров на одну выходную характеристику изделия, взаимное влияние параметров, определяющих одну или несколько выходных характеристик изделия и т.д.

Поскольку стандартизация стремится к "достижению всеобщей оптимальной экономии" постановка оптимизационной задачи может выходить за область проектирования конкретного объекта. При разработке гаммы изделий одного назначения с отличающимися техническими характеристиками оптимизации подлежит число объектов, необходимых для удовлетворения запросов всех возможных потребителей с минимизацией затрат производителя из-за роста номенклатуры. Стандартизация полуфабрикатов, сборочных единиц, комплектующих элементов и включающих их более сложных изделий ставит задачи минимизации суммарных затрат на изготовление полуфабрикатов и комплектующих изделий, а также на их обработку и встраивание в сложное изделие.

Задачи оптимизации решаются математическими методами, которые хорошо разработаны в специальной области, называемой теорией оптимизации. Основная сложность чаще всего состоит не в поиске решения задачи, а в необходимости правильной ее постановки, включая выбор критериев оптимизации. В процессе постановки оптимизационной задачи необходимо классифицировать параметры объекта, выделив основные и второстепенные, чтобы определить приоритеты стандартизации. После выбора номенклатуры стандартизуемых параметров следует определить границы параметрических рядов с учетом перспектив развития объектов стандартизации в сторону их увеличения и/или в сторону миниатюризации.

Выбранные диапазоны параметров должны быть заполнены предполагаемым множеством объектов стандартизации, число которых определяется компромиссом между потребителем и производителем. Выбор характера градации параметрического ряда (его структуры и частоты) также входит в задачу оптимизации. Параметрические ряды обычно выбирают с учетом рядов предпочтительных чисел (параметры на базе рядов, знаменатели из членов рядов и др.).

Принцип системности в стандартизации предусматривает применение системного подхода как к объекту стандартизации, так и к организации НД по стандартизации (рис. 4). Системный подход подразумевает рассмотрение образующих систему элементов с учетом связей между ними, что позволяет разрабатывать систему взаимно увязанных требований к собственно объекту стандартизации и к основным элементам, составляющим этот объект или используемым при эксплуатации (потреблении) объекта стандартизации.

Система (от греческого systema - целое, составленное из частей, соединенное) - совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность, единство. Такое наиболее общее определение системы позволяет строить системы при минимальной упорядоченности и наличии очень слабо выраженных связей между элементами (слабые или "мягкие" системы).

Например, такая система, как естественный язык характеризуется наличием множества исключений, неоднозначностью трактовки правил и высказываний, изменениями во времени. К "мягким" системам можно отнести этикет, который в большинстве состоит из "неписаных" предписаний. Противоположностью "мягким" системам являются строгие логические системы, построенные на использовании ограниченного числа аксиом (евклидова геометрия, натуральный ряд чисел и др.).

Деление систем на "мягкие" и "жесткие" в значительной степени условно. Обычно технические системы по упорядоченности занимают некое среднее место между расплывчатыми социальными и строгими абстрактными (идеальными) системами. Повышение уровня определенности норм направлено на построение жесткой системы, в которой все должно быть однозначно определено. В качестве примеров можно привести "машинные языки", гражданский или уголовный кодекс, правила дорожного движения, системы конструкторской или технологической документации. Официально утвержденные нормы могут быть оформлены в виде приказов, правил, законов, положений или стандартов.

В стандартизации очевидно стремление к разработке жестких систем, так как любая неоднозначность здесь может привести к возникновению конфликтной ситуации, а в худшем случае - к поломке изделия, аварии или катастрофе. Разработка жестких систем предполагает использование таких принципов, как достаточность, определенность и оптимальность норм.

Любой объект стандартизации (изделие, техпроцесс, набор условных обозначений) следует рассматривать как систему определенного уровня сложности. Если объект стандартизации сравнительно прост, можно ограничиться разработкой одного стандарта (например, ГОСТ 8820-69. Канавки для выхода шлифовального круга. Форма и размеры; ГОСТ 2590-88. Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент).

Сложные объекты стандартизации могут представлять собой системы, включающие в себя не только элементы, но и другие системы более низкого порядка (подсистемы). В подобных случаях на объект разрабатывают систему стандартов, в состав которой могут входить подсистемы стандартов, хотя такого наименования официально стандартизация не признает. К примеру, Единая система конструкторской документации (ЕСКД) включает такие подсистемы, как "Общие правила выполнения чертежей" (ГОСТ 2.3ХХ-ХХ), "Правила выполнения схем и обозначения условные графические" (ГОСТ 2.7ХХ-ХХ) и ряд других. В "Основные положения" ЕСКД входят стадии разработки конструкторской документации, которые по составу элементов и их взаимосвязям представляют собой формализованную систему, определяющую состав и порядок разработки конструкторской документации.

Из приведенных примеров понятно, что формальные наименования "систем стандартов" не всегда соответствуют сути определения системы, однако это нисколько не умаляет значения и необходимости применения принципа системности в стандартизации.

Принцип комплексности в разработке стандартов следует рассматривать с позиций охвата стандартизуемых объектов и их элементов одним НД или комплексом НД. Комплексный подход в стандартизации подразумевает установление и применение взаимосвязанных норм и требований к объектам стандартизации, взаимосвязанным в процессе создания (производства) и/или эксплуатации либо потребления. Очевидными комплексами НД по стандартизации можно считать такие, которые объединяют требования к материалам, полуфабрикатам, деталям, комплектующим и изготовляемым из них сложным изделиям, машинам, приборам. Можно также проследить связь между конструкционными материалами, сортаментом проката, материалами и конструкциями режущего инструмента и требованиями к технологическому оборудованию.

Если учесть, что однотипные материалы, полуфабрикаты и комплектующие применяют для создания машин и приборов разного назначения, то можно сделать вывод о комплексном подходе к стандартизации как о попытке оптимизации взаимодействия соприкасающихся, пересекающихся или косвенно связанных между собой объектов (систем). Не очевидны связи между музыкой, стандартизацией и метрологией, но без стандартных единиц физических величин (времени и частоты), реализующих эти единицы эталонов и других средств измерений невозможна согласованная настройка музыкальных инструментов. Более явными представляются связи между сверлом и метчиком, или сверлом, разверткой и жестким калибром-пробкой.

Для повышения качества бытовой радиоаппаратуры необходимо повысить требования к комплектующим изделиям, в том числе к "элементной базе" - полупроводниковым приборам, резисторам, конденсаторам и т.д. Для повышения качества этих элементов приходится ужесточать требования к полуфабрикатам и материалам, которые идут на их изготовление. Очевидно, что необходимо будет также менять требования к технологическим процессам по всей цепочке изготовления изделия.

Минимальным комплексом стандартов можно считать изданные одной брошюрой ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики и ГОСТ 2.309-73. ЕСКД. Обозначение шероховатости поверхностей. Аналогичные комплексы знакомы всем, кто изучал не только ЕСКД, но и системы допусков формы и расположения поверхностей, системы допусков и посадок конусов и ряд других.

Известным сложным изделием является автомобиль, который приходится "увязывать" со стандартами на металлы и сплавы, другие конструкционные и горюче-смазочные материалы, приборы для измерения разных физических величин, с экологическими нормами, правилами дорожного движения и юридическими нормами.

Одна из самых распространенных сборочных единиц - подшипник качения. В комплекс стандартов, связанных с подшипниками, входят стандарты на материалы для изготовления его деталей, стандарты на сами подшипники, а также стандарты, регламентирующие посадки подшипников качения и требования к поверхностям, сопрягаемым с подшипниками.

Идеальной была бы такая ситуация, когда все стандарты составляли бы одну сверхмощную систему (надсистему), но столь же очевидно, что такой идеал недостижим. Одна из сторон принципа комплексности состоит в последовательном приближении к созданию системы (надсистемы) стандартов, правил их разработки и применения.

Важной задачей комплексной стандартизации является ограничение числа входящих в комплекс элементов и их связей, поскольку возможно бесконечное расширение любого комплекса. Оптимальное ограничение комплекса объектов стандартизации позволяет достичь значительного экономического эффекта за счет применения стандартов с взаимоувязанными требованиями и позволит сократить время и труд на их разработку.

Еще одна задача комплексной стандартизации состоит в обеспечении преемственности вновь назначаемых норм со старыми, в увязывании разрабатываемых стандартов с действующими. Практически весь мир отказывается от дюймовой системы мер длины, но следы ее применения обнаруживаются даже в столь прогрессивной области, как компьютеры, не говоря о дюймовых резьбах, калибрах оружия и др.

Комплексный подход позволяет успешно решить еще одну внутренне противоречивую задачу стандартизации - назначение в стандартах перспективных норм и требований. Когда разрабатывается новый комплекс требований, его согласуют не только с действующими стандартами и требованиями международных и наиболее прогрессивных национальных стандартов других стран. Обязательно необходимо учитывать также и современное состояние национальной техники и технологии, которая может оказаться не готовой к обеспечению резко ужесточающихся требований.

Дилемма, которая при этом возникает (старые нормы тормозят производство, а новые не обеспечены техническими возможностями), может быть решена принятием стандартов со ступенчатыми сроками введения отдельных норм. В таком случае пользователь стандарта заранее предупреждается о необходимости революционизировать производство, а не ставится внезапно перед фактом невозможности продолжения работы.

Размещено на Allbest.ru