ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ И НОРМИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Организация серийного выпуска изделий потребовала сокращения вложенного в них овеществленного труда. Добиться снижения себестоимости изделий можно было за счет упрощения конструкции (в первую очередь отказа от излишеств – дорогих материалов, трудоемких украшений, нетехнологичных деталей и сборочных единиц) и изменения технологии (обеспечения 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 обработанные детали одного назначения (номенклатуры, типоразмера) были практически одинаковыми. Различия между деталями должны быть столь незначительны, чтобы любая из них собиралась с ответными, а собранные вместе они составляли изделие, неотличимое в работе от других. Детали, и более сложные изделия, если они отвечают поставленным требованиям, называются взаимозаменяемыми.

В бытовом смыслевзаимозаменяемость можно рассматривать как одинаковость изделий, но поскольку абсолютно одинаковых изделий не существует, очевидно, что при изготовлении следует всего лишь не допустить таких различий, которые выходят за оговоренные нормы. Эти нормы 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 не только стандартные дома и машины, но и стандартное напряжение электрической сети, стандартные размеры магнитной ленты, магнитных и оптических дисков, скорости записи и 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.

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) следует рассматривать как единственную возможность обеспечения экономичного серийного и массового производства изделий заданного уровня качества. Одинаковый (колеблющийся в пределах пренебрежимых для потребителя различий) уровень качества конечных изделий конкретного производства обеспечивается выполнением определенного набора требований. Требования предъявляются ко всем элементам 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 (вплоть до издевательства над заказчиком: ...за время пути собака могла подрасти), при котором изготовитель формально не может быть обвинен в несоблюдении норм.

Итак, высшим достижением нормирования параметров изделия будет обеспечение полной взаимозаменяемости однотипных изделий в любой изготавливаемой партии. Полная взаимозаменяемость подразумевает взаимозаменяемость изделий по всем нормируемым параметрам. Параметры и свойства, не имеющие принципиального значения для функционирования изделий, не нормируются. Например, домохозяйку мало интересуют размеры частиц сахара-песка, который продается на вес, в то время как для макаронных изделий форма и размеры могут быть достаточно значимыми свойствами, поскольку лапша и вермишель развариваются неодинаково. Взаимозаменяемость (полная взаимозаменяемость) подразумевает соблюдение в процессе изготовления изделия всех его нормируемых параметров в заданных пределах.

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.).

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).

Функциональная взаимозаменяемость – аналог полной взаимозаменяемости, которая понимается не в буквальном смысле (одинаковость параметров), а ограничивается необходимым и достаточным набором требований к работе (выполнению функций) изделия. Например, функционально взаимозаменяемыми могут оказаться карандаш, шариковая или перьевая ручка, кусок мела, пишущая машинка, компьютер если необходимо записать краткое сообщение (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 при определенной постановке задачи (своевременная явка на работу) могут быть признаны такие транспортные средства, как трамвай, троллейбус, автобус, такси, велосипед или собственные ноги. Функционально взаимозаменяемыми по содержанию зафиксированной информации для владельца компьютера могут быть файлы, записанные на жестком диске, гибких дисках, компакт-дисках (при наличии соответствующих дисководов), 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 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 дискете), но и система ее кодирования. Электронная копия текста становится бесполезной, если у нас в компьютере нет соответствующей среды (так называемый текстовый процессор, версия которого совместима с использованной). В данном случае речь идет о процессуальной взаимозаменяемости, поскольку принципиально описанные операции можно реализовать с помощью машинописи, но без компьютера здесь происходит скатывание к неполной взаимозаменяемости из-за затруднений в использовании шрифтов, математических знаков и прочих символов. Нарисованную картину можно продолжить до возврата к индивидуальному переписыванию текстов гусиными перьями.

Функциональная взаимозаменяемость должна создаваться, начиная со стадии проектирования. Для этого в первую очередь необходимо уточнить номинальные значения эксплуатационных показателей исследуемого изделия (сооружения) и определить, исходя из назначения, требований к долговечности и надежности, допустимые отклонения эксплуатационных показателей этого изделия (сооружения), при которых оно еще будет нормально функционировать в конце установленного срока работы

Функциональная взаимозаменяемость строительных материалов предусматривает обеспечение физико-химических и эксплуатационных показателей без нарушения технических требований к конкретному сооружению (изделию).

Функциональная взаимозаменяемость предполагает возможность нормальной работы изделия (сооружения, элемента конструкции или составной части сооружения взамен вышедшей из строя) после замены одного используемого материала на другой. Стандарты на целевую продукцию в необходимых случаях должны устанавливать нормы и требования, обеспечивающие функциональную взаимозаменяемость изделий и материалов .

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.

Используемые для нормирования массивы значений геометрических параметров, как правило, оформлены в виде стандартов. Например, можно воспользоваться стандартами параметров макрогеометрии поверхностей (размеры, форма, расположение) и микрогеометрии (шероховатость). Стандарты пригодны для нормирования геометрических параметров любых типовых деталей и поверхностей в весьма широком диапазоне.

Годность изделия по данному параметру Q оценивают сравнением действительного значения параметраQ_деств с его предельными допускаемыми значениями. Определение годности называется контролем параметра, и если при этом используются средства измерений, то контроль называют измерительным. Измерительный контроль обычно осуществляется в два этапа:

- определение действительного значения параметра;

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

Чтобы получить действительное значение контролируемого параметра заданного физической величиной, необходимо сравнить его реальное значение с единицей соответствующей физической величины – в этом и заключается суть любого измерения. Единицы физических величин стандартизованы, они воспроизводятся с помощью стандартных эталонов, а от них передаются стандартным и нестандартизованным рабочим средствам измерений.

СНиП I-A. 4-62

Настоящая глава содержит основные требования по обеспечению точности сборных конструкций и взаимозаменяемости их элементов. Требования главы распространяются на проектирование, изготовление и монтаж сборных конструкций зданий и сооружений. Примечание. Для строительных изделий и материалов, выпускаемых по государственным стандартам, нормативы точности принимаются по этим государственным стандартам впредь до их пересмотра и уточнения в соответствии с требованиями настоящей главы.

1.2. Точность конструкции определяется степенью приближения натурных размеров и положения конструкции к основным проектным. Величины допускаемых погрешностей устанавливаются исходя из предельных размеров конструкций и предельных положений элементов конструкции в узлах сопряжений. Разность между наибольшими и наименьшими предельными размерами (или положениями) является допуском размера (положения). Примечание. Терминология по системе допусков приведена в 5-м разделе настоящей главы.

1.3. Суммарный допуск конструкции (конструкционный допуск) включает в себя изготовительные допуски, определяющие допустимую величину погрешности при изготовлении элементов конструкции, и монтажные допуски (разбивочные и установочные), определяющие допускаемую неточность сборки элементов конструкции. Величина каждого допуска представляет собой сумму положительного и отрицательного допускаемых отклонений натурного (фактического) размера или положения от основного проектного. Необходимая точность конструкции обеспечивается изготовлением и монтажом ее элементов в пределах установленных допусков и допускаемых отклонений. Величины допусков и допускаемых отклонений устанавливаются при проектировании конструкции с учетом" требований соответствующих глав СНиП.

1.4. Назначаемые допуски и допускаемые отклонения должны обеспечивать индустриальный метод монтажа конструкции без дополнительной обработки и пригонки с обеспечением прочностных, изоляционных (термоизоляционных, звукоизоляционных, гидроизоляционных, пароизоляционных и т. д.) и эстетических качеств, когда эти качества связаны с геометрической точностью. Допуски должны обеспечивать взаимозаменяемость однотипных элементов конструкций

2. СИСТЕМА ДОПУСКОВ

2.1. Система допусков построена на принципе группировки погрешностей отдельных производственных процессов в классы точности. Назначение класса точности производится на основе расчета точности конструкции в зависимости от вида и назначения этой конструкции с учетом технологии производства.

2.2. Изготовительные допуски линейных размеров сборных элементов в зависимости от установленного класса точности изготовления должны устанавливаться в пределах величин, приведенных в табл. 1.

Допуски линейных размеров элементов сборных конструкций в мм Величины допусков при классах Интервалы проектных точности размеров ----------------------------------------------- 5-и 6-и 7-и 8-и 9-и 10-и 11 -и 12-и До 1500 0,9 1 2 4 0 10 14 22 Свыше СлООдо 2 500 1.2 2 3 5 8 12 20 30 » 2 500 4 500 1,5 3 4 6 10 16 24 38 4500 » 9000 2,3 4 6 9 14 22 36 56 9 000 » 15 000 3,4 5 9 14 22 34 54 86 15000 » 21000 4 6 10 16 26 40 64 100 » 21 000 % 27 000 4,6 7 И 18 28 46 72 — » 27 000 » 33 000 5 8 13 20 32 50 — Примечание. Если размеры элемента конструкции менее 1500 мм, допуски устанавливаются по интервалу проектных размеров до 1500 мм.

2.3. Соблюдение допусков размеров бетонных и железобетонных изделий должно обеспечиваться качеством формовочного оборудования и соответствующей организацией производства на предприятии-изготовителе.

2.4. Для элементов конструкций с основными свободными размерами допуски размеров разрешается назначать по более низким классам точности с учетом технико-экономических обоснований.

2.5. По величине допусков размеров элемента устанавливаются допускаемые отклонения от основных размеров элемента.

2.6. Допуски на шероховатость поверхности устанавливаются по классам шероховатости в зависимости от необходимой степени заводской законченности элементов и конструктивных требований в соответствии с табл. 2.

ТЕРМИНОЛОГИЯ ПО СИСТЕМЕ ДОПУСКОВ

5.1. Натурный размер - фактический размер, полученный в результате непосредственных измерений, выполненных инструментом, имеющим соответствующую точность.

5.2. Предельные размеры - размеры, между которыми допускается колебание величины натурного размера. Подразделяются на наибольший предельный размер (индекс - макс) и наименьший предельный размер (индекс - мин).

5.3. Свободный размер - не влияющий на размеры или положение сопрягаемых элементов конструкции.

5.4. Натурное положение — фактическое положение установленного конструктивного элемента, определенное в результате непосредственных измерений.

5.5. Предельные положения — между которыми допускается колебание натурного положения конструктивного элемента. - 13 СНиП !-А. 4-62

5.6. Точность - степень приближения натурных размеров к основным проектным размерам.

5.7. Классы точности - группы погрешностей, характерных для технологических операций, выполняемых на определенном технологическом оборудовании или с применением заданных приемов работ, при налаженных процессах производства.

5.8. Допуск - разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами (или предельными положениями).

5.9. Суммарный конструкционный допуск — допуск, определяющий необходимую точность конструкции.

5.10. Производственные допуски.— допуски размеров при выполнении отдельных производственных процессов (изготовление сборных элементов, разбивочные работы, монтаж); а) изготовительные допуски линейных размеров элементов (изделий), искажения их формы и качества поверхности; б) разбивочные (геодезические) допуски разбивки осей и высотных отметок; в) установочные монтажные допуски установки и выверки монтируемых элементов.

5.11. Допускаемое отклонение — разность между предельным размером (или положением) и основным проектным размером (положением). За счет положительного допускаемого отклонения увеличивается размер конструктивного элемента по сравнению с основным проектным размером или уменьшается проектный зазор между элементами. За счет отрицательного отклонения уменьшается размер элемента по сравнению с основным проектным или увеличивается зазор между элементами. Абсолютная сумма положительного и отрицательного допускаемых отклонений равна допуску.

5.12. Компенсатор: конструктивное устройство - зазор, шов, площадка опирания,— поглощающее неточности расчетной цепи (неточности размеров и положений элементов).

5.13. Монтажный горизонт - условная плоскость, проходящая в уровне оснований монтируемых элементов конструкции.

5.14. Горизонт разбивки осей - поверхность, на которой наносятся установочные риски (оси положения монтируемых элементов).

5.15. Базовая ось - ось, принимаемая за начало отсчета при измерениях или при суммировании ошибок в цепях.

5.16. Установочная ось элемента - характерный ориентир (геометрическая ось, грань) на поверхности элемента, совмещаемый с соответствующей осью его положения в конструкции.