Научные, методологические и теоретические основы стандартизации

Кратко рассмотрим основные научные, методологические и теоретические основы стандартизации. К ним относятся:

1) системный подход;

2) система предпочтительных чисел;

3) стандартизация параметров;

4) перспективная стандартизация;

5) опережающая стандартизация;

6) комплексная стандартизация.

1)Системный подход.

В основе системного подходалежит исследование объектов как систем.

Система - это совокупность элементов, находящихся во взаимосвязях друг с другом, которая образует определенную целостность и единство.

Методологическая специфика системного подхода определяется тем, что он ориентируется на раскрытие целостности объекта и обеспечение функционирования его составляющих, на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую картину.

Системный подход выступает как конкретизация принципов диалектики применительно к исследованию, проектированию и конструированию объектов как систем.

Системный подход является объективно необходимым и основополагающим звеном при разработке стандартов на сложные технические объекты, учитывающие взаимосвязи, нормы, характеристики и показатели отдельных составляющих.

При разработке любого стандарта, состоящего из большого числа элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и образующих целостный документ, следует использовать идеологию системного подхода, что является одним из условий повышения качества и эффективности стандартизации.

Системный подход способствует постановке новых проблем и задач в вопросах развития стандартизации и выработке эффективной, оптимальной стратегии их решения.

2) Система предпочтительных чиселявляется теоретической базой современной стандартизации и тесно связана с понятием параметра - количественной характеристики свойств продукции.

Наиболее важными параметрами являются характеристики, определяющие назначение новых видов продукции и условия ее использования, - размерные, весовые и энергетические параметры, характеризующие производительность машин и приборов.

Продукция определенного назначения или типа характеризуется рядом параметров.

Набор численных значений параметров, которые необходимо использовать и выбирать при разработке, испытании и эксплуатации определенного вида продукции, называется параметрическим рядом.

Процесс стандартизации параметрических рядов заключается в выборе и обосновании целесообразной номенклатуры и численного значения параметров. Решается эта задача с помощью математических методов.

Параметрические ряды на типы и виды всей изготовляемой продукции определяются согласно системе предпочтительных чисел.

Предпочтительными числаминазываются числа, которые рекомендуется выбирать как предпочтительные перед другими при определении величин параметров для видов создаваемых изделий (производительность, грузоподъемность, давление, температура, напряжение, габариты, другие характеристики проектируемых объектов).

Специальные исследования показали, что наиболее оптимальными являются ряды, построенные по геометрической прогрессии.

Преимущество геометрической прогрессии состоит в том, что в любом интервале процент увеличения величины числа является неизменным; недостаток - все её члены обязательно округляются.

Пусть имеется геометрический ряд, в котором а₁, а₂,..., а_i,..., а_n - члены прогрессии.

В ряде, построенном на основе геометрической прогрессии, постоянен ее знаменатель w, т. е. отношение последующего члена к предыдущему:

w = a _n+1/a_n.

Каждый последующий член ряда является произведением предыдущего члена на знаменатель ряда w, и любой i-й член геометрической прогрессии

a_i = a₁w ^i-1.

Например, при а₁ = 1, w = 2 имеем геометрический ряд 1, 2, 4, 8, 16, ...; а при w = 1,4 - ряд 1; 1,4; 2; 2,8,....

Ряды, построенные на основе геометрической прогрессии, обладают следующими свойствами:

- произведение или частное каждых любых из двух его членов является членом ряда;

- любой член ряда, возведенный в целую положительную степень, также является членом этого ряда.

Из этих свойств следует, что зависимости, определяемые из произведений членов ряда или их степеней, всегда подчиняются закономерностям этого ряда.

Так, например, при выборе длин сторон прямоугольника из ряда предпочтительных чисел, его площадь будет членом этого ряда.

Менее удобны применяемые иногда ряды, построенные на основе арифметической прогрессии.

В арифметической прогрессии разность между ее соседними членами постоянна.

Любой член арифметической прогрессии

а_n = a₁ + b(n-1),

где а₁ - первый член прогрессии; b - разность прогрессии; n -номер члена.

В частности, последовательность чисел 1, 2, 3, 4, 5, ... представляет арифметическую прогрессию, возрастающую с разностью 1.

Последовательность чисел 1; 0,75; 0,5; 0,25 ... - арифметическая прогрессия, убывающая с разностью 0,25.

Несмотря на простоту, ряды предпочтительных чисел, построенные на основе арифметической прогрессии, имеют существенный недостаток - неравномерность ряда, который ограничивает их применение.

Так, в приведенной возрастающей последовательности с разностью 1 второй член ряда превышает первый на 100 %, десятый больше девятого на 11 %, а сотый больше девяносто девятого всего на 1 %.

В результате большие числа следуют друг за другом с очень малыми интервалами (очень часто), что не всегда экономически оправдано и рационально.

Для устранения этого недостатка используют ступенчатые ряды, составленные из отрезков арифметических рядов с различными разностями.

По такому принципу, например, построен ряд номиналов монет Российской Федерации - 1, 2, 5 рублей.

С помощью параметрических рядов выбираются лишь те значения параметров, которые подчиняются строго определенной математической закономерности (ГОСТ 8032-84 "Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел"). ГОСТ 8032-84 предусматривает четыре основных ряда предпочтительных чисел, обозначаемых R5, R10, R20, R40, и один дополнительный R80.

1-й ряд - R5 - 1,00; 1,60; 2,50; 4,00; 6,30; 10,00... имеет знаменатель прогрессии 10 ^1/5 ≈ 1,6.

2-й ряд - R10 - 1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50... имеет знаменатель 10 ^1/10 ≈ 1,25.

3-й ряд - R20 - 1,00; 1,12; 1,25; 1,40; 1,60... имеет знаменатель 10 ^1/20 ≈ 1,12.

4-й ряд - R40 - 1,00; 1,06; 1,12; 1,18; 1,25... имеет знаменатель 10 ^1/40 ≈ 1,06.

Количество чисел в интервале 1 - 10: для рядов R5составляет 5, для R10 - 10, для R20 - 20, для R40 - 40.

При установлении размеров, параметров и других числовых характеристик объектов их значения следует брать из основных рядов предпочтительных чисел.

При этом величины ряда R5 необходимо предпочитать величинам ряда R10, величины ряда R10 - величинам ряда R20, последние - величинам R40.

В ряде случаев допускается применение дополнительных рядов предпочтительных чисел и производных рядов (ГОСТ 8032-84).

Так, в основу построения нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69 "Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные линейные размеры" взят ряд R40.

В соответствии с ним размеры увеличиваются в 1,06 раза: 1,00; 1,06; 1,12; 1,18; 1,25 и т.д.

Ряды предпочтительных чисел, приведенные в стандарте, включают их значения в диапазоне от 0 до ∞, полученные для величин а₁, лежащих в интервале 1 < а ≤ 10.

Для перехода от чисел этого интервала в любой другой десятичный интервал необходимо умножить соответствующее число на 10^к, где к - целое положительное или отрицательное число.

Если, например, предполагается выпускать несколько типов размеров двигателей (минимальная мощность первого типоразмера 10 кВт), то по нормальному ряду чисел со знаменателем прогрессии 10 ^1/5 параметрический ряд будет включать в себя двигатели следующих мощностей: 10, 16, 25, 40, 63, 100 кВт.

Допускается также использовать производные ряды, которые образуются из основных отбором каждого второго, третьего или в общем случае каждого n-го члена ряда.

В частности, ряд, обозначенный как R 40/5, включает в себя каждый пятый член ряда R 40.

В измерительных системах кроме рядов R для выражения числовых параметров ряда электрических величин используют числа, построенные по рядам, рекомендуемым МЭК.

Для данных рядов (ряды Е)w = 10 ^1/n , и n = 3, 6, 12, 24.

Примером применения рядов Е могут служить ряды номинальных значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов.

Параметрические ряды. Для рационального сокращения номенклатуры изделий необходима разработка стандартов на их параметрические ряды.

Стандарты данного вида направлены на сокращение до целесообразного минимума конкретных типов, видов и моделей изделий.

Как правило, эти стандарты являются перспективными и их основные требования направлены на внедрение в производство прогрессивных, технически более совершенных и производительных машин, оборудования, приборов и других видов продукции.

Параметрические ряды строятся по основным параметрам.

При их выборе руководствуются следующими принципами:

- номенклатура основных параметров должна быть минимальной, чтобы не ограничивать процесс совершенствования конструкций и технологии изготовления изделий;

- параметры, включаемые в номенклатуру основных, должны быть стабильными, т. е. оставаться неизменными при конструктивных модификациях и техническом усовершенствовании;

- основные параметры не должны зависеть от часто изменяемых факторов: технология изготовления, применяемых материалов, методики расчета и т. п.

При построении и выборе рядов на конкретный параметр существуют два основных метода: технического и экономического обоснования.

Практика стандартизации в машиностроении показала, что параметрические ряды деталей и узлов должны базироваться на параметрических рядах машин и оборудования; например, ряду параметров машин по R5 должен соответствовать ряд размеров деталей по R10.

Примерами параметрических рядов могут служить: параметры судов, вагонов, значения мощности насосов и перекачивающих станций, размеры одежды, обуви и т.д.

Установленные предпочтительные числа и ряды обеспечивают унификацию значений параметров технических объектов и выбор наиболее рационального числа типоразмеров конкретных видов продукции.

Это приводит к росту возможности взаимозаменяемости, способствует повышению серийности, технического уровня и качества выпускаемой продукции, оптимизации ее ассортимента и объема, улучшению организации производства.

3)Стандартизация параметров.Параметр продукции - это количественная характеристика одного из свойств назначения продукции. Параметры продукции делятся на главные и основные.

Главный параметр - это количественная характеристика предельно дифференцированного свойства продукции данного вида, т.е. это величина, наиболее полно характеризующая предмет с точки зрения его функционального назначения. Главных параметров может быть один или несколько.

Например, одним из главных параметров для химического реактива является его реакционная способность в определенного типа реакциях, для автомобиля - мощность двигателя и т.д.

По главному параметру строятся ряды, из которых составляется стандарт на данный ряд предметов - стандарт параметров и размеров.

Основные параметры определяют характерные конструкционные, технологические и эксплуатационные свойства и необходимы для наиболее полного и точного описания изделий и процессов.

К числу основных параметров можно отнести размеры, скорость, расход энергии, топлива, содержание основного вещества и примесей для химических соединений и т.д.

Основные параметры могут быть объединены в группы, установленные на основе анализа большого числа параметрических стандартов, машин различного функционального назначения: размерные, силовые, эксплуатационные и т.д.

4)Перспективная стандартизациятребует разработки прогрессивных стандартов, отвечающих передовому уровню состояния науки и техники и содержащих перспективные требования, отвечающие этому уровню.

Стандарты с перспективными требованиями должны предусматривать ограниченную номенклатуру основных показателей технического уровня и качества и характеризовать тенденцию прогрессивного развития данной группы однородной продукции (т.е. продукции, имеющей одинаковое функциональное назначение) в прогнозируемый период.

Например, в автомобилестроении такими показателями могут быть моторесурс двигателей, экологичность, экономичность.

Научно-технический уровень стандарта при этом определяется степенью соответствия требований стандарта высшим достижениям отечественной и зарубежной науки и актуальным направлениям развития промышленности страны. При этом следует учитывать соотношение между финансовыми затратами на возможное производство изделия нового качества и экономической эффективностью от внедрения этого изделия.

5)Опережающая стандартизация.Одним из закономерных факторов развития стандартизации является то, что с развитием науки и техники показатели объектов стандартизации устаревают и они должны систематически пересматриваться с учетом долгосрочного прогноза и опережения темпов научно-технического прогресса.

Этим требованиям должна отвечать опережающая стандартизация, устанавливающая повышенные по отношению к уже достигнутому на практике уровню нормы и требования к объектам стандартизации, которые на основе прогнозов будут оптимальными в дальнейшем.

Сущность опережающей стандартизации состоит в том, что в стандартах устанавливаются перспективные требования для вновь разрабатываемой продукции, опережающие современный отечественный и зарубежный уровень для того, чтобы и в период производства этот уровень не уступал лучшим аналогам. При этом объектами опережающей стандартизации могут быть как продукция в целом, так и отдельные этапы ее изготовления.

Процесс опережающей стандартизации должен быть непрерывным - после ввода в действие опережающего стандарта сразу же приступают к разработке нового стандарта, который должен заменить предыдущий. При этом создание стандарта на сложное техническое изделие требует разработки других стандартов на комплектующие этого изделия.

Научно-техническую основу перспективной и опережающей стандартизации составляют:

- научные идеи, открытия и изобретения;

- достижения фундаментальных и прикладных научных исследований;

- проектные решения, опытно-конструкторские работы;

- методы оптимизации параметров объектов стандартизации, ориентированные на высшие достижения;

- долгосрочное прогнозирование технического, экономического и социального прогресса, рост потребностей общества в разработке новых образцов продукции.

6)Комплексная стандартизациязаключается в разработке ипрактической реализации целевых программ, направленных на решение всех взаимосвязанных норм и требований, относящихся как к самому объекту стандартизации, так и ко всем этапам его жизненного цикла, сокращение сроков создания образцов новой продукции и техники и оптимальное решение конкретных проблем по наиболее важным и актуальным научно-техническим, экономическим и социальным направлениям.

Комплексная стандартизация обеспечивает наиболее полное и оптимальное удовлетворение требований заинтересованных сторон согласованием показателей взаимосвязанных составных частей изделия, входящих в объекты стандартизации, и увязкой сроков введения в действие разрабатываемых стандартов.

Она также обеспечивает взаимосвязь смежных отраслей по совместному производству готового изделия, отвечающего требованиям национальных стандартов.

Для разработки и реализации практически любой программы комплексной стандартизации требуется участие нескольких отраслей промышленности.

Например, реализация норм и требований, указанных в стандарте на любой химический продукт, затрагивает энергетику, машиностроение, приборостроение, химическую, электротехническую, сырьевую и другие отрасли промышленности.

Комплексная стандартизация позволяет установить наиболее рациональные в техническом отношении параметрические ряды и детали промышленной продукции, устранить их излишнее многообразие, обеспечить взаимозаменяемость и однотипность, создать техническую базу для организации массового производства на основе современных технологий с целью повышения качества продукции, ее надежности, долговечности, ремонтопригодности и безотказности.

Для комплексной стандартизации характерны три главные черты:

- системность (установление взаимосвязанных требований с целью обеспечения соответствующего уровня качества);

- оптимальность (определение оптимальной номенклатуры объектов комплексной стандартизации, состава и количественных значений показателей их качества);

- программное планирование (разработка специальных целевых программ комплексной стандартизации объектов, их элементов, включаемых в планы государственной (отраслевой) стандартизации).

Взаимосвязь отдельных составных частей комплексной стандартизации на основе жизненного цикла промышленной продукции представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Взаимосвязь отдельных составных частей комплексной стандартизации