1.2.5. Эталоны. Меры длины и угловые меры.

Для воспроизведения единиц физических величин в обще­государственном и международном масштабе служат эталоны. Эта­лон единицы физической величины воспроизводят с практически наи­высшей достижимой точностью на основе физических принципов на специальных установках. В качестве эталона единицы длины утвер­жден метр, равный 1 650 763,73 длин световых волн в вакууме излу­чения, соответствующего переходу между уровнями 2р₁₀ и 5d₅ атома криптона 86 (ГОСТ 8.417—81). На XVII Генеральной конференции мер и весов принято новое определение единицы длины: метр — длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. За единицу времени принята секунда, равная 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Эталон единицы массы (1 кг) представляет собой цилиндр из сплава платины (90 %) и иридия (10 %), у которого диаметр и высота примерно одинаковы (около 30 мм). За эталон количества вещества принят моль — коли­чество вещества системы, содержащей столько же структурных эле­ментов частиц, сколько атомов содержится в 12,000 г угдерода-12. В качестве эталона единицы силы света принята (кандела) — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохрома­тическое излучение частотой 540-10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 В/ср. В качестве эта­лона единицы силы тока принят ампер — сила неизменяющегося во времени электрического тока, который, протекая в вакууме по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, располо­женным один от другого на расстоянии 1 м, создает на каждом уча­стке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 2-10 ⁷ Н.

Единицей термодинамической температуры является кельвин, составляющий 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

1.3. Стандартизация

1.3.1. Организация работ по стандартизации

Высокое качество стандартов определяет высокое каче­ство продукции. Опыт отечественной стандартизации и работ, про- j водимых в этой области в странах — членах СЭВ, показывает, что для обеспечения высокого качества и эффективности стандартов необходимо на стадии их разработки выполнять следующие обяза­тельные принципы.

1. Принцип системности. Технический прогресс и повышение качества выпускаемой продукции вызвали объективную необходимость системного подхода к общественному процессу производства, включающему труд людей, обеспечивающих процесс производства, средства труда (совокупность применяемого оборудования, оснастки, инструмента, средств контроля и т. д.) и предметы труда (выпускаемую продукцию на всех стадиях ее создания и использования).

Под системой понимают совокупность взаимосвязанных элементов, функционирование которых приводит к выполнению поставлен­ной цели с максимальной эффективностью и наименьшими затратами. Количественные связи элементов системы могут быть детерминиро­ванными или случайными. Совокупность взаимосвязанных элемен­тов, входящих в систему, образует структуру, позволяющую строить иерархическую зависимость их на различных уровнях.

2. Принцип комплексности и оптимального ограничения. При разработке стандартов необходимо учитывать все основные элементы (факторы), влияющие на конечный объект стандартизации. Для сокращения трудоемкости работ по стандартизации элементы, не­значительно влияющие на основной объект, не учитывают. При стандартизации рассматривают систему характеристик и требований к комплексу взаимосвязанных материальных и нематериальных элементов. При этом требования к элементам определяются исходя из требований к основному объекту стандартизации. Для создания условий получения продукции высокого качества и повышения эф­фективности производства необходима рациональная система стан­дартов, которая охватывала бы все ее жизненные циклы: проекти­рование, серийное производство и эксплуатацию готового изде­лия.

3. Принцип прогрессивности и оптимизации стандартов. Пока­затели, нормы, характеристики и требования, устанавливаемые стандартами, должны соответствовать мировому уровню науки, тех пики и производства. Они должны учитывать тенденцию развития стандартизуемых объектов. Необходимо устанавливать экономи-чески оптимальные показатели качества, учитывающие не только эффектив­ность нового (повышенного) качества продукции, но и затраты на ее изготовление, материал и эксплуатацию, т. е. должен быть полу­чен максимальный экономический эффект при минимальных затра­тах. Достижению этой цели способствуют методы опережающей и комплексной стандартизации.

4. Принцип обеспечения функциональной взаимозаменя-емости стандартизуемых изделий. Этот принцип, позволяющий обеспечить взаимозаменяемость изделий по эксплуатационным показателям, является главным при комплексной и опережающей стандартизации, а также при стандартизации изделий, технических условий на них и т. п.

5. Принцип взаимоувязки стандартов. При большом много-обра­зии общетехнических и межотраслевых стандартов необходима их взаимная увязка. Метод комплексной стандартизации является наиболее убедительным примером важности и эффективности рас­сматриваемого принципа, относящегося ко всем видам стандартов. Важна также взаимная увязка терминов и определений в области стандартизации.

6. Научно-исследовательский принцип разработки стан-дартов. Для подготовки проектов стандартов и их успешного внедрения необходимо не только широкое обобщение практического опыта, но и проведение специальных теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских работ. Этот принцип относится ко всем видам стандартов.

7. Принцип предпочтительности. Обычно типоразмеры деталей и типовых соединений, ряды допусков, посадок и другие параметры стандартизуют одновременно для многих отраслей промышленности, поэтому такие стандарты охватывают большой диапазон значений параметров. Чтобы повысить уровень взаимозаменяемости и умень­шить номенклатуру изделий и типоразмеров заготовок, размерного режущего инструмента, оснастки и калибров, используемых в той или иной отрасли промышленности, а также чтобы создать условия для эффективной специализации и кооперирования заводов, уде­шевления продукции при унификации и разработке стандартов применяют принцип предпочтительности. Согласно этому принципу устанавливают несколько рядов (например, три) значений стандар­тизуемых параметров с тем, чтобы при их выборе первый ряд пред­почитать второму, второй — третьему. По такому принципу по­строены ряды диаметров и шагов метрической резьбы, ряды нор­мальных углов, стандарты на допуски и посадки для гладких ци­линдрических соединений и т. д. Кроме того, рекомендуется создать отраслевые ограничительные стандарты, сводящие к необходимому минимуму число допускаемых к применению параметров, типов и типоразмеров изделий.

Особо важное значение принцип предпочтительности имеет как принцип систематизации параметров и размеров машин, их частей и деталей, проводимой при унификации и стандартизации. Он осно­ван на применении рядов предпочтительных чисел. Наиболее широко используют ряды предпочтительных чисел, построенные по геоме­трической прогрессии. Она представляет собой ряд чисел с по­стоянным отношением двух соседних чисел — знаменателем φ про­грессии. Каждый член прогрессии является произведением преды­дущего члена на φ. Например, при φ₁ = 2 и φ₂ == 1,6 прогрессии имеют вид: 1; 2; 4; 8; 16; 32; ... и 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; ... Соответственно их знаменатели φ₁ = 2/1 = 4/2 = 32/16 = 2; φ₂ = 1,6/1 = 2,5/1,6 = 4/2,5 = = 6,3/4 =1,6.

Произведение или частное любых двух членов геометрической прогрессии всегда является ее членом: 2 · 4= 8; 8 · 4 = 32; 16: 2= = 8; 8 : 2 = 4; 32 : 4 == 8. Любой член такой прогрессии, возве­денный в целую положительную или отрицательную степень, также является членом этой прогрессии: 2² = 4; 2³ == 8; 2⁴ == 16; == 2;= 2;= 4 и т.д.

В связи с перечисленными свойствами геометрической прогрес­сии зависимости, определяемые из произведений членов или их целых степеней, всегда подчиняются закономерности ряда. Напри­мер, если ряд определяет линейные размеры, то площади или объемы, образованные из этих линейных величин, также подчиняются его закономерности.

Наиболее удобными являются геометрические прогрессии, вклю­чающие число 1 и имеющие φ_n = . В соответствии с рекомен­дациями ИСО установлены четыре основных десятичных ряда пред­почтительных чисел со знаменателями φ:

= 1,5849 ≈ 1,6 для ряда R5; = 1,2589 ≈ 1,25 для рядаR10; = 1,1220 ≈ 1,12 для рядаR20; = 1,0593 ≈ 1,06 для ряда R40. (9)

В отдельных обоснованных случаях допускается применять ряд R80 с φ = ≈ 1,03 и производные ряды, полученные из основных R5—R40 и дополнительного R80 отбором каждого второго, третьего или какого-либо другого члена ряда. Можно также составлять ряды, которые в различных диапазонах имеют неодинаковые φ. По рекомендации ИСО. Р497 в науке, технике и производстве применяют округленные значения предпочтительных чисел по сравнению с числами, полученными по формулам (9). При выборе ряда предпочтительных чисел для типоразмеров изделий целесообразно использовать ряды с большим значением φ, но выбор ряда необходимо технически и экономически обосновать.

Ряды предпочтительных чисел нужно применять не только при стандартизации, но и при выборе номинальных значений параметров в процессе проектирования любых не стандартизо-ванных машин, приборов и других изделий и их частей. Только при такой единой закономерности построения параметров и размеров изделий можно согласовать между собой параметры и размеры связанных с ними комплектующих изделий, а также полуфабрикатов и материалов.

Иногда при стандартизации применяют ряды предпочтительных чисел, построенные по арифметической прогрес-сии, например 1, 2, 3, 4, 5, 6, ... или 25, 50, 75, 100, 125, 150, ... Для арифметического ряда характерно то, что разность между любыми двумя соседними числами его всегда постоянна. Применяют также ступенчато-арифметические ряды, у которых на отдельных отрезках прогрессии раз­ности между соседними членами различны, например ряды диаметров метрической резьбы: 1; 1,1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,2; ... 3; 3,5; 4; 4,5; ...; 145; 150; 155; 160 и т. д.

В радиотехнике часто применяют предпочтительные числа, по­строенные по рядам Е, установленным Международной электротех­нической комиссией (МЭК):

ряд Е3 с φ = ≈ 2,2; ряд Е12 с φ =≈ 1,2;

ряд Е6 φ = ≈ 1,5; ряд Е24 с φ =≈ 1,1.

8. Принцип динамичности. Для повышения эффективности на­родного хозяйства необходимо периодически пересматривать требо­вания к объектам стандартизации с целью приведения их в соответ­ствие с требованиями технического прогресса.

9. Принцип минимального удельного расхода материалов. Стои­мость материалов и полуфабрикатов в машиностроении составляет от 40 до 80 % общей себестоимости продукции. Поэтому снижение удельного расхода материала на единицу продукции имеет боль­шое народнохозяйственное значение. Например, при снижении расхода проката на 1 % по стране экономится 600 тыс. т металла в год, что позволяет изготовить 200 тыс. тракторов или 450 тыс. лег­ковых автомобилей «Москвич».

Крупным резервом экономии материалов является повышение срока службы машин и их составных частей, в том числе в резуль­тате защиты от коррозии.

В настоящее время в нашей стране широко применяют программно-целевой метод планирования и решения крупных на­роднохозяйственных задач. В области стандартизации разрабатывают и выполняют целевые программы комплексной стандартизации.

Комплексная стандартизация (КС). По определению, данному Постоянной Комиссией СЭВ по стандартизации, — это стандарти­зация, при которой осуществляется целенаправленное и планомер­ное установление и применение системы взаимоувязанных требова­ний как к самому объекту КС в целом и его основным элементам, так и к материальным и нематериальным факторам, влияющим на объект, в целях обеспечения оптимального решения конкретной проблемы. Следовательно, сущность КС следует понимать как си­стематизацию, оптимизацию и увязку всех взаимодействующих факторов, обеспечивающих экономически оптимальный уровень ка­чества продукции в требуемые сроки. К основным факторам, опре­деляющим качество машин и других изделий, эффективность их производства и эксплуатации, относятся: совершенство конструкций и методов проектирования и расчета машин (их составных частей и деталей) на прочность, надежность и точность; качество применяе­мого сырья, материалов, полуфабри-катов, покупных и получаемых по кооперации изделий; степень унификации, агрегатирования и стандартизации; уровень технологии и средств производства, кон­троля и испытаний; уровень взаимозаменяемости, организации произ­водства и эксплуатации машин; квалификация рабочих и качество их работы. Для обеспечения высокого качества машин необходима оптимизация указанных факторов и строгая взаимная согласован­ность требований к качеству как при проектировании, так и на эта­пах производства и эксплуатации. Решение этой задачи усложняется широкой межотраслевой кооперацией заводов. Например, для произ­водства автомобилей используют около 4000 наименований покупных и кооперируемых изделий и материалов, тысячи видов технологиче­ского оборудования, инструмента и средств контроля, изготовляе­мых заводами многих отраслей промышленности. КС позволяет организовать разработку комплекса взаимоувязанных стандартов и технических условий, координировать действия большого числа организации-исполнителей.

Опережающая стандартизация(ОС)—это стандартизация, заклю­чающаяся в установлении повышенных по отношению к уже достигну­тому на практике уровню норм, требований к объектам стандарти­зации, которые согласно прогнозам будут оптимальными в после­дующее планируемое время. Опережение может относиться как к изделию в целом, так и к наиболее важным параметрам и показа­телям его качества, методам и средствам производства, испытания и контроля и т. д.

Объектами ОС являются важнейшие виды продукции и процессы (нормы, характеристики, требования) при стабильной потребности в них и возможности изменения их в течение срока действия стан­дартов. Нормы и требования должны быть оптимальными, при ко­торых заданная цель достигается минимальными затратами.