3.5.2. Параметрическая стандартизация.

Параметрическая стандартизация используется давно для создания классификационных научно-обоснованных рядов. Параметр продукции – это количественная характеристика ее свойств. Набор параметров, которые могут быть оптимизированы, может быть чрезвычайно разнообразным. Можно выделить ряд из них: размеры, вес, производительность (быстродействие) машин, механизмов, приборов, потребление энергии и т.д.

Параметрическая стандартизация заключается в выборе и обосновании целесообразной номенклатуры и численного значения параметров.

Естественно-потребительскую параметрическую стандартизацию можно проследить на примере одежды человека, когда размеры одежды имеют определенные значения, не соответствующие в точности размерам конкретного человека. Однако для получения научно-обоснованных рядов размеров одежды и обуви производятся антропометрические измерения большого числа мужчин, женщин и детей различного возраста, проживающих в разных районах страны (мира). В результате обработки данных методами математической статистики и моделирования удается получить набор размеров «средних» людей и присвоить им классы, соответствующие определенным размерам.

Если с людьми, размеры которых можно измерить и затем, исследовав массив полученных данных, создать ряд (ряды) предпочтительных размеров одежды и обуви, то как быть с размерами других параметров изделий, машин, конструкций и др? По каким законам создавать размерные ряды? Ясно, что изготавливать изделие «на каждый случай» явно не выгодно. Человечество давно задумывалось над этой проблемой.

Примечание. Примеры использования рядов размеров при строительстве и производстве промышленной продукции известны давно. Еще для римских водопроводов (I век до н.э.) использовались колеса, градация диаметров которых была подчинена законам геометрической прогрессии. В 1717 г. Петр I издал указ «О литии пушек и калибре оных», в котором устанавливались следующие калибры ядер: 4-6-8-12-18-24-30. Это ряд построен по ступенчато-арифметической прогрессии с разностями 2, 4, 6.

В 1877-1879 гг. французскийинженер Шарль Ренар при установлении размеров канатов, используемых для воздушных шаров, применил геометрическую прогрессию со знаменателем равным корню пятой степени из десяти. На основе этого ряда, условно обозначенногоR5, были в дальнейшем построены ряды R10, R20 и R40, которые впоследствии назовут рядами Ренара. В 1805 г. геометрическая прогрессия была применена во Франции при установлении размеров букв типографских шрифтов.

В отечественном станкостроении стали применять ряды предпочтительных чисел на основании разработок академика А. Гольдина еще в середине 19 века. В его трудах дается научное обоснование того положения, что наиболее рациональным с технической и экономической стороны является ряд чисел оборотов в станках, построенный по геометрической прогрессии. Дальнейшая разработка теории применения геометрической прогрессии дана в работах немецких инженеров О.Кинцле, Г.Шлизенгера и советского ученого Н. Ачеркана. В последствии принцип закономерности рядов из области кинематики были перенесены в практику построения рядов конструктивных параметров, определяющих геометрические размеры и технические показатели машиностроительных изделий.

Параметрические ряды машин, механизмов, приборов, тары и др. рекомендуется строить в соответствии с системой предпочтительных чисел. Предпочтительными называют числа, которые рекомендуются для предпочтительного применения при расчетах, стандартизации и унификации.

Кроме геометрической прогрессии для построения предпочтительных рядов по геометрической прогрессии, в стандартизации нашли применение ряды чисел, построенные по арифметической прогрессии.

Известно, что арифметическая прогрессия характеризуется тем, что каждый последующий член этой прогрессии больше (меньше) на определенную величину d. Ряды, построенные по арифметической прогрессии, имеют существенный недостаток, связанный с тем, что в таком ряду имеется необоснованная разреженность значений в зоне малых величин и сгущенность их в зоне больших величин и соответственно, увеличение количества больших типоразмеров по сравнению с количеством малых типоразмеров. Эти ряды в стандартизации применяются сравнительно редко. Чаще используют ступенчато-арифметические ряды, в которых разность d не является постоянной для всего ряда. Для малых типоразмеров d выбирается меньшей, чем для больших размеров изделий. На основе ступенчато-арифметического ряда разработан, например, ГОСТ 8724-81 «Резьба метрическая для диаметров 1 - 600 мм. Диаметры и шаги».

Наибольшее применение в стандартизации нашли ряды предпочтительных чисел, построенных на основе геометрической прогрессии. Преимущество использования геометрической прогрессии можно показать на следующем примере. Допустим, что в интервале величин от 3,15 до 50 мм необходимо установить ряд диаметров круглого проката, состоящий из семи членов, при равномерно увеличивающемся значении диаметра. Ряд, построенный по арифметической прогрессии, будет иметь вид: 3,15; 10,96; 18,77; 26,58; 34,39; 42,20; 50 мм (d=7,81). Ряд, построенный по геометрической прогрессии, будет иметь вид: 3,15; 5; 8; 12,8; 20; 32; 50 (q=1,6). Из сравнения этих рядов видно, что второй ряд более равномерен и, значит, в большей степени отвечает требованиям производства.

Многолетним международным опытом установлено, что для удовлетворения нужд промышленного производства достаточно положить в основу построения рядов предпочтительных чисел геометрические прогрессии со знаменателями рядов R5 (), R10 (), R20 ()т.д. На практике используются также ряды округленных предпочтительных чисел, принятых Международной организацией по стандартизации (ISO).

Основным стандартом в этой области является ГОСТ 8032-84 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел». На базе этого стандарта утвержден ГОСТ 6636 «Нормальные линейные размеры», устанавливающий ряды чисел для выбора линейных размеров.

Примечание. Исследования показывают, что использование предпочтительных чисел, например, в машиностроении имеет глубинные основы. Практика стандартизации в машиностроении показала, что целесообразно руководствоваться следующим правилом: ряду параметров машин по R5 должен соответствовать ряд размеров деталей по R10, ряду параметров машин по R10 – ряд размеров деталей по R20 и т.д.

В науке и технике находят применение и другие ряды характеристик. Основаниями таких рядов являются отношение квадрата к его стороне 1,414, величина золотого сечения – 0,618, значения атомных весов, число π = 3,14 и др. Например, ряды амплитуд и импульсных напряжений, применяемых в приборостроении, устанавливаются в соответствии с ГОСТ 26.013-81. «Средства измерения и автоматизации. Сигналы электрические с дискретным изменением параметров входные и выходные».

В электронике давно применяются предпочтительные числа, построенные по рядам Е (ГОСТ 2825-67), принятые Международной электротехнической комиссией (МЭК). Ряды Е состоят из округленных величин чисел со знаменателем ряда Е3: 2,2; для ряда Е6:­ 1,5; для ряда Е12: 1,2. Например, ряды номинальных резисторов и ряды номинальных емкостей постоянных конденсаторов выбираются по рядуЕ6: для электрических конденсаторов ряд емкостей должен иметь значения: 1,5; 2,2; 3,3;. 4,7; 6,8 (пФ или мкФ).