4667

Стандартизация, взаимозаменяемость, контроль в производстве

Научная статья

Производство и промышленные технологии

Стандартизация, взаимозаменяемость, контроль Кустарное производство изделий было чисто индивидуальным и основанным на пригонке деталей друг к другу. Взаимозаменяемость появилась как ответ на необходимость серийно выпускать промышленные изделия. В...

Русский

2012-11-23

90.5 KB

35 чел.

Стандартизация, взаимозаменяемость, контроль

Кустарное производство изделий было чисто индивидуальным и основанным на пригонке деталей друг к другу. Взаимозаменяемость появилась как ответ на необходимость серийно выпускать «промышленные» изделия. В первую очередь это было связано с оружием (пушки, стрелковое оружие), которое тиражировалось в больших количествах.

Серийный выпуск изделий требует пропорционального увеличения ресурсов и может стать рентабельным только при сокращении вложенного в них овеществленного труда. Снизить себестоимость изделий можно было за счет упрощения конструкции (в первую очередь отказа от «излишеств» – дорогих материалов, трудоемких украшений, нетехнологичных деталей и сборочных единиц), «стандартизации» изделий и изменения технологии. Конечно, уровень качества таких изделий нельзя поднимать до наивысшего, но при их проектировании можно заложить удовлетворительный уровень качества, который представляет собой компромисс между желаниями потребителя и возможностями изготовителя. Структура перехода от индивидуального изготовления к серийному производству стандартных изделий представлена на рисунке 1.

Для упрощения технологии пошли по пути разделения труда и кооперации производства. Разделение труда в предельной форме можно представить, как членение технологического процесса изготовления изделия на операции – простейшие действия, каждое из которых выполняется одним работником (оператором). Научиться выполнению такой операции можно в течение нескольких минут, а достаточные навыки работы приобрести за 2...3 рабочие смены. Выигрыш от такой организации труда – высокая производительность при минимальных требованиях к квалификации работника.

Для обеспечения определенного уровня качества серийно выпускаемых изделий необходимо, чтобы все составляющие детали одного назначения (номенклатуры, типоразмера) были практически одинаковыми. В таком случае из любого полного комплекта деталей можно собрать изделие, соответствующее установленным требованиям. Детали, и более сложные изделия, если они отвечают всем поставленным требованиям, называются взаимозаменяемыми. В бытовом смысле взаимозаменяемость изделий можно рассматривать как их «одинаковость», но поскольку абсолютно одинаковых изделий не существует, следует установить условия «одинаковости». Различия между «одинаковыми деталями» должны быть столь незначительны, чтобы они собирались с любыми ответными, обеспечивая удовлетворительную работоспособность сопряжения. Собранные из взаимозаменяемых деталей сложные изделия, также будут взаимозаменяемыми.

Нормы, гарантирующие взаимозаменяемость, фиксируют в документации (конструкторская документация, технические описания, паспорта и др.). Для придания наиболее часто употребляемым нормам официального статуса широко используется стандартизация. Стандартизуют сложные изделия и процессы, их составные части, вплоть до элементарных. Всем известны стандартные дома, стандартные источники электрического питания, стандартные размеры магнитных и оптических дисков, стандартное напряжение электрической сети, стандартные скорости воспроизведения информации.

Для получения стандартных изделий заданного уровня качества приходится организовывать разветвленную нормативную базу. Стандартизация является нормативной базой взаимозаменяемости серийно выпускаемых изделий и многократно воспроизводимых процессов. При изготовлении взаимозаменяемых изделий следует всего лишь не допустить таких различий, которые выходят за оговоренные нормы.

В технике взаимозаменяемость изделий подразумевает возможность равноценной (с точки зрения оговоренных условий) замены одного другим в процессе изготовления или ремонта. Чем более подробно и жестко нормированы параметры изделий, тем проще реализуется замена, но тем сложнее обеспечить взаимозаменяемость.

Взаимозаменяемость изделий и их составных частей (узлов, деталей, элементов), а также взаимозаменяемость технологических процессов, операций и их элементов следует рассматривать как единственную возможность реализации экономичного серийного и массового производства с обеспечением заданного уровня качества. Одинаковый (колеблющийся в пределах пренебрежимых для потребителя различий) уровень качества конечных продуктов (изделий, услуг) конкретного производства обеспечивается выполнением грамотно определенного набора требований.

Необходимый результат нормирования параметров изделия или процесса – обеспечение взаимозаменяемости однотипных объектов в любой изготавливаемой партии или воспроизводимых технологических процессах.

Виды взаимозаменяемости

Взаимозаменяемость изделий — сложное свойство. Различают параметрическую и функциональную взаимозаменяемость. Иногда говорят о полной и «неполной» или «частичной» взаимозаменяемости. Из наиболее часто рассматриваемых видов «неполной» взаимозаменяемости особо выделяют геометрическую.

Полная параметрическая взаимозаменяемость изделий подразумевает их взаимозаменяемость по всем нормируемым параметрам. Параметры и свойства, не имеющие принципиального значения для функционирования изделий, ограничиваются весьма свободными, часто «технологическими» нормами. Например, никто не устанавливает требования к оптическим свойствам поверхностей валов или зубчатых колес редуктора, а на несопрягаемые поверхности деталей устанавливают такие требования к геометрическим параметрам (к макро- и микрогеометрии), которые автоматически обеспечит любой технологический процесс их формообразования.

В число нормируемых параметров изделий могут входить:

  •   геометрические (размеры, форма, расположение и шероховатость поверхностей);
  •   физико-механические (твердость, масса, отражательная способность и т.д.);
  •   экономические (себестоимость, лимитная цена, производительность и др.);
  •   прочие (эргономические, эстетические, экологические и др.).

Относительно жесткие требования предъявляются к параметрам всех элементов деталей и сопряжений, которые обеспечивают нормальную работу изделия. Обеспечение взаимозаменяемости, а значит и заданного уровня качества изделий подразумевает:

  •  установление комплекса требований ко всем параметрам, оказывающим влияние на взаимозаменяемость и качество изделий (нормирование номинальных значений и точности параметров);
  •  соблюдение при изготовлении установленных норм, единых для одинаковых объектов, и эффективный контроль нормируемых параметров.

При этом «пробелы» при назначении норм или неправильный, нечетко определенный выбор их границ могут привести к нарушению взаимозаменяемости изготавливаемых изделий, следовательно, к несоблюдению заданного уровня качества изделий. Неправильный или неполный набор при нормировании номенклатуры параметров или их предельных значений приведет к нарушению взаимозаменяемости, при котором изготовитель формально не может быть обвинен в несоблюдении норм. Пример явной неправильности – «нормальная температура 20 оС», указанная в стандартах на допуски и посадки. Поскольку приведены не нормы, а номинальное значение, трактовать ограничения можно произвольно и установление нормы (20 ± 0,01) оС ничем не предпочтительнее трактовки (20 ± 10) оС. Такое «нормирование» может привести к возникновению конфликтной ситуации (различие в 4 порядка – очевидный абсурд).

Полная параметрическая взаимозаменяемость изделий предусматривает возможность их замены с обеспечением всех заданных свойств. Именно для обеспечения нормального функционирования изделий и разработан такой подход к их проектированию, который традиционно называют «полная взаимозаменяемость».

Полная взаимозаменяемость предполагает наличие «неполной» или «частичной» взаимозаменяемости. Неполную взаимозаменяемость можно получить из полной «методом урезания свойств». Например, оптические детали фотоаппаратов делают из специального оптического стекла или из пластмасс. При этом фотоаппараты можно считать полностью взаимозаменяемыми, если речь идет о получении любительских снимков. Однако для профессиональных нужд специалисты никогда не пользуются фотоаппаратами с пластмассовой оптикой и автоматической установкой экспозиции. А одинаковые геометрические параметры фотопленки позволяют нам говорить о геометрической взаимозаменяемости механизмов большинства фотоаппаратов, использующих пленку в качестве носителя информации.

Тела качения в одном подшипнике определенного типоразмера обладают полной взаимозаменяемостью, однако они могут оказаться невзаимозаменяемыми с телами качения другого подшипника того же типоразмера. В таком случае говорят о «внутренней взаимозаменяемости» тел качения в каждом из подшипников и о «внешней взаимозаменяемости» всех подшипников данного типоразмера, поскольку установка любого из них в проектируемое изделие должна обеспечить нормальное функционирование. «Внешняя взаимозаменяемость» подшипников определяется «одинаковостью» присоединительных размеров, точности вращения, нагрузочной способности и др. Из последних примеров видно, что наряду с взаимозаменяемостью по физико-механическим свойствам деталей значительное внимание приходится уделять их геометрическим параметрам.

Можно «отказаться от взаимозаменяемости» еще в процессе проектирования, заложив в конструкцию компенсатор, который обеспечивает изменение в определенных пределах (регулирование) нормируемого параметра. Всем известны регулируемые опоры (ножки) приборов и мебели, которые позволяют компенсировать не только неточности изготовления самих изделий, но и несовершенство базовых поверхностей (стола, пола). Но при проектировании компенсаторов или устройств для регулировки также необходимо придерживаться некоторых общих точностных требований к конструкциям, что и является поводом для употребления термина «частичная взаимозаменяемость».

Функциональная взаимозаменяемость, которую в литературе противопоставляют «полной взаимозаменяемости» изделий гарантирует равноценное выполнение ими заранее оговоренных функций.

Фактически функциональную взаимозаменяемость тоже можно рассматривать как полную взаимозаменяемость или «частичную взаимозаменяемость». Но в отличие от взаимозаменяемости вследствие «одинаковости» параметров, функциональная взаимозаменяемость изделий определяется необходимым и достаточным набором требований к их работе (выполнению заданных функций). Например, если необходимо записать краткое сообщение, функционально взаимозаменяемыми могут быть карандаш, шариковая или перьевая ручка, кусок мела, компьютер (перечень составлен без учета экономических затрат и квалификации). Наложение экономических ограничений может резко укоротить такой список. Особенностью, которую подчеркивает термин «функциональная взаимозаменяемость», является приоритет выполняемых изделием функций (карандашом, мелом, ручкой... пишут) при возможных существенных технических отличиях используемых объектов. Функционально взаимозаменяемыми решениями в неподвижном сопряжении вала с зубчатым колесом могут быть посадка с гарантированным натягом, шпоночное или шлицевое сопряжения. Можно применить также фиксацию зубчатого колеса винтом или штифтом.

Если основным требованием является получение «твердой копии» текстового и/или иллюстративного материала, функционально взаимозаменяемыми могут быть признаны копировальное устройство (в просторечии «ксерокс») или сканер с компьютером и принтером (матричным, струйным, лазерным). Но если речь пойдет о скорости получения копии или ее стоимости, эти два варианта перестают отвечать требованиям взаимозаменяемости.

Функционально взаимозаменяемыми по содержанию зафиксированной информации для владельца компьютера могут быть файлы, записанные на жестком диске, флэш-памяти, компакт-дисках, а также «твердая копия» соответствующего файла, хотя параметрические отличия между носителями информации весьма существенны. В частности, распечаткой можно воспользоваться и тогда, когда компьютер перестал работать из-за временного отсутствия электроэнергии, технической неисправности, завирусованности.

Из рассмотренных примеров вытекают две акцентированных особенности функциональной взаимозаменяемости: нацеленность на результат при практически безразличном отношении к процессу (целеобеспечивающая взаимозаменяемость), либо гарантирующая результат за счет воспроизведения функций (процессуальная взаимозаменяемость). В частности, нам бывает безразлично, откуда и как получить необходимую графическую и текстовую информацию, если обеспечена ее полнота и доступность. С другой стороны, если эта информация подлежит редактированию или другому видоизменению (частичному заимствованию, объединению с дополнительной информацией и т.д.), для нас становится весьма важными свойствами не только форма ее представления (распечатка или электронная копия на флэш-памяти), но и система ее кодирования. Электронная копия становится бесполезной, если у нас в компьютере нет соответствующей программной среды, версия которой совместима с использованной.

Детали для изделий машиностроения (в отличие от ряда радиоэлектронных, оптических и др.) держат первый экзамен на взаимозаменяемость в процессе сборки. Неточно изготовленные детали могут не собраться друг с другом или сломаться при попытке собрать их «силой», поэтому для механических деталей и узлов в первую очередь рассматривается такой аспект как геометрическая взаимозаменяемость.

Геометрическая взаимозаменяемость выделяется особо, еще и потому, что в машиностроении и приборостроении именно формообразование деталей является преимущественным видом работ. В производстве геометрические параметры изделий всегда получают с ограниченной точностью. Абсолютная точность недостижима на практике, да и необходимости в ней нет. Как правило, нормально работают детали, изготовленные в некотором диапазоне геометрических параметров.

Чем жестче допуск, тем дороже обходится деталь (рисунок 2), поэтому требования к точности должны быть близки к оптимальным: деталь при умеренной стоимости должна обеспечивать нормальное функционирование изделия.

Чтобы обеспечить возможность назначения норм разных относительных уровней точности разрабатывают системы допусков. Для обеспечения взаимозаменяемости различных изделий по геометрическим параметрам необходимо использование соответствующих систем допусков, а также систем допусков и посадок (на «гладкие», резьбовые, шлицевые и иные поверхности).

Используемые для нормирования геометрических параметров совокупности номинальных и предельных значений, как правило, оформлены в виде стандартов. Например, можно воспользоваться стандартами допусков макрогеометрии поверхностей (размеры, форма, расположение) и параметров микрогеометрии (шероховатость). Стандарты пригодны для нормирования геометрических параметров любых типовых деталей и поверхностей в весьма широком диапазоне. Есть стандарты на сложные изделия (редукторы, двигатели, приборы), сборочные единицы (подшипники качения, муфты), детали (шпонки, штифты, винты, гайки), их составные части, вплоть до элементарных.

Изготовление взаимозаменяемых изделий основано на широком применении стандартных номинальных значений и стандартных норм точности параметров (в первую очередь геометрических). Схемы обеспечения производства взаимозаменяемых (в том числе стандартных) изделий представлены на рисунках 3 и 4, которые иллюстрируют важность стандартных элементов для изготовления сложных изделий.

Любые сложные изделия состоят из деталей и сборочных единиц, которые могут быть стандартными или оригинальными. Однако даже самая нестандартная деталь, как правило, имеет значительное число стандартных элементов, включая стандартные нормы точности

Параметры следует не только нормировать в технической документации изделий, но и контролировать в процессе их изготовления. Годность изделия по параметру Q оценивают сравнением действительного значения параметра Qдейств с его предельными допускаемыми значениями.

Определение годности объекта по выбранному свойству – контроль его параметра или характеристики. Если для контроля применяют органы чувств, контроль называют органолептическим, а если используют средства измерений, то контроль называют измерительным. Измерительный контроль параметра предусматривает две операции или составные части процесса:

  •  определение действительного значения параметра;
  •  сравнение действительного значения параметра с нормированными значениями и определение годности объекта по контролируемому параметру.

Обычно контроль осуществляется в два последовательных этапа, но иногда они могут быть совмещены, например, при использовании калибров.

Чтобы получить действительное значение контролируемого параметра, представленного физической величиной, необходимо сравнить его реальное значение с единицей соответствующей физической величины – в этом и заключается суть любого измерения. Единицы физических величин, воспроизводящие их средства измерений, методики выполнения измерений, выполнение измерительных процедур и иных процедур, включающих измерения, являются объектом отдельной науки – метрологии.

Единицы физических величин стандартизованы, они воспроизводятся с помощью стандартных эталонов, а от них передаются стандартным и нестандартизованным рабочим средствам измерений. Процедура передачи (поверка средства измерения) тоже стандартизована. На пересечении стандартизации и метрологии лежит специальная область («законодательная метрология»), содержание которой составляют метрологические объекты, а нормативную основу представляют документы по стандартизации в области метрологии.

Связи между стандартизацией, метрологией и взаимозаменяемостью очевидны. Если серийное производство и эксплуатацию изделий удовлетворительного качества можно организовать только с применением взаимозаменяемости, делать это следует, опираясь на стандарты. Выполнение установленных требований, которые оформляются на основе стандартов, проверяют измерениями, которые в свою очередь базируются на стандартных единицах, средствах их воспроизведения, процедурах и требованиях к оформлению.


Изделие штучной работы

Уровень качества

Изделие серийного

(массового) производства

Компромиссное снижение

тандартизация

Себестоимость

ЦЕНА

Компромиссное снижение

Высокая

Удовлетворительная

Возможен  высший

Удовлетворительный

Рисунок 1 – Уровень качества и себестоимость при индивидуальном и серийном производстве изделий

Уровень точности

Относительная стоимость

Рисунок 2 – Повышение относительной стоимости с увеличением точности параметра

Техническая документация

Изделие

Нормы точности

Реальные параметры

Контроль соответствия

Средства контроля

Рисунок 3 – Параметры изделий – нормирование и контроль

Изделия серийного и массового производства – стандартные (взаимозаменяемые)

Стандартные

материалы

Стандартные сборочные единицы и детали

Стандартные элементы

Стандартные допуски и посадки

Стандартные технологии, инструмент, оборудование, средства измерений

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ

Функциональная

Параметрическая

Полная, «Неполная»

Геометрическая

Стандартные нормы точности точность размеров

точность формы

точность расположения,

нормы микрогеометрии

Рисунок 4 – Сложные изделия и стандартизация


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32714. ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БАНКОВСКИХ КРЕДИТОВ И ПУТИ РАЗВИТИЯ ФОРМ ВОЗВРАТНОСТИ КРЕДИТА 670.5 KB
  Рассмотреть наиболее часто используемые формы обеспечения возвратности кредитов: залог, уступка требований (цессия) и передача права собственности, гарантии и поручительства и др.; на примере ОАО «Сбербанк» получить представление о возможностях банка по возврату кредитов.
32715. ЭКОНОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПАССАЖИРООБОРОТА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕВОЗОК ОТ ДЛИНЫ ДОРОГИ 336 KB
  В конце прошлого столетия разработаны и широко применяется для решения большого числа практических задач экономики математические модели, в основу которых положены уравнения регрессии. В настоящей курсовой работе стоит задача обосновать математическую модель пассажирооборота железнодорожных перевозок
32716. Сердечные гликозиды, Механизм кардиотонического действия 94 KB
  Сердечные гликозиды – вещества растительного происхождения которые оказывают высокоизбирательное кардиотоническое действие. Исследования зависимости между структурой и действием этих средств показали что лактонное кольцо и стероидное ядро в равной мере необходимы для проявления активности. Действие на сердце. Систолическое действие инотропное Усиление и укорочение систолы.
32717. АНТИАРИТМИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА 123 KB
  Антиаритмический эффект проявляют так же вещества действие которых направлено на эфферентную иннервацию сердца. Поэтому в механизме действия ААС ведущую роль играет их действие на клеточные мембраны транспорт ионов N K C и взаимосвязанные с этим изменения мембранного потенциала кардиомиоцитов. Препараты могут угнетать сократимость обладать умеренным Мхолинолитическим действием устранение влияния вагуса может способствовать распространению предсердной аритмии на желудочки. Влияет на все отделы проводящей системы сердца угнетает...
32718. АНТИАНГИНАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА 118.5 KB
  ngin pectoris – грудная жаба лекарственные средства применяемые для купирования и предупреждения приступов стенокардии и лечения других проявлений коронарной недостаточности при ишемической болезни сердца включая безболевую форму. При всех видах стенокардии возникает несоответствие между кровоснабжением миокарда и его потребностью в кислороде. Средства понижающие потребность миокарда в кислороде и повышающие доставку кислорода а нитраты Препараты нитроглицерина Для применения в медицинской практике нитроглицерин выпускают в виде готовых...
32719. ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ АТЕРОСКЛЕРОЗА (ГИПОЛИПИДЕМИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА) 105.5 KB
  Ведущая роль отводится высокому содержанию холестерина в липопротеинах низкой плотности участвующих в образовании дестабилизации атеросклеротических бляшек и тромбогенезе. Цель их использования заключается в понижении концентрации в крови атерогенных липопротеидов – липопротеидов низкой плотности ЛПНП липопротеидов очень низкой плотности ЛПОНП и холестерина ХС а также повышении концентрации антиатерогенных липопротеидов высокой плотности ЛПВП. Лекарственные средства как правило имеют несколько механизмов действия один из которых...
32720. АНТИГИПЕРТЕНЗИВНЫЕ СРЕДСТВА 130.5 KB
  Их антигипертензивное действие связано со стимуляцией центральных α2адренорецепторов расположенных в нейронах продолговатого мозга и вазомоторных центрах ствола мозга. Оказывает быстрое и выраженное гипотензивное действие. Кроме влияния на ССС клофелин оказывает значительное седативное действие обладает анальгезирующим действием может уменьшать выраженность абстинентного синдрома. Побочное действие: сонливость вялость усталость диспепсия запоры сухость во рту головные боли брадикардия нарушение сна тремор кожные реакции.
32721. Вивчення універсального вимірювача Е7-11 при вимірюваннях індуктивності, ємності, опору, тангенса кута втрат й добротності елементів 404.5 KB
  Вивчення універсального вимірювача Е7-11 при вимірюваннях індуктивності, ємності, опору, тангенса кута втрат й добротності елементів.
32722. Реальные газы. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса 44.5 KB
  Реальные газы Как известно уравнение состояния устанавливает функциональную связь между давлением Р объемом V температурой T и числом молей газа в состоянии равновесия. Самым простым и известным уравнением состояния является уравнение состояния идеального газа: 7.1 Реальные газы описываются уравнением состояния идеального газа только приближенно и отклонения от идеального поведения становятся заметными при высоких давлениях и низких температурах особенно когда газ близок к конденсации. Предпринималось много попыток для...