Как избежать рисков преобразования стандартных таблиц допусков в метрические

Неожиданные сложности конверсии

Одной из основ поиска мелких деталей является возможность преобразования между различными единицами измерения — например, создание метрической таблицы допусков путем преобразования значений допусков между миллиметрами и дюймами.

Это задача, которая не так проста, как вы думаете. На самом деле риски переключения между метрической и стандартной системами измерения ходят легендами и часто приводят к катастрофическим последствиям.

Некоторые наихудшие сценарии

Еще в 1983 году у Боинга 767 Air Canada, летевшего из Монреаля в Эдмонтон, закончилось топливо примерно через час полета, и ему пришлось (буквально) планировать для аварийной посадки. Чудом легкие травмы получили только двое пассажиров — и то при эвакуации из самолета.

Почему это произошло?

Когда система индикации количества топлива самолета отказала перед взлетом, летный и наземный экипажи решили вручную рассчитать количество необходимого топлива. Подсчитав, что самолету требовалось 8 703 кг топлива, они разделили это значение на 1,77 — плотность топлива согласно документации заправочной компании — чтобы преобразовать килограммы в 4 916 л. Затем это количество топлива было закачано в самолет.

Проблема в том, что в то время как самолет 767 измерял топливо в килограммах на литр (кг/л), значения плотности в руководстве по дозаправке использовали фунты на литр (фунты/л). В результате на борту самолета было меньше половины необходимого количества топлива.

Есть много других примеров:

• В 1999 году NASA потеряло первый межпланетный метеорологический спутник Mars Climate Orbiter (MCO) стоимостью 125 млн долларов из-за того, что инженерам космических кораблей не удалось перейти от стандартных измерений к метрическим. Поскольку его траектория вычислялась с использованием фунт-секунд, ошибочно принятых за метрическую единицу силы (ньютон-секунды), MCO не смог выйти на орбиту и врезался в планету Марс.
• В 2003 году американские горки "Спейс-Маунтин" в Токийском Диснейленде сошли с рельсов из-за того, что ось была меньше проектных требований, в результате чего между подшипником и осью образовался зазор более 1,0 мм (вместо 0,2 мм). Спецификации были преобразованы в метрические единицы в 1995 году, но в 2002 году для заказа новых осей использовались более ранние стандартные единицы измерения, которые в итоге получили размер 44,14 мм вместо необходимых 45 мм.
• Использование компанией Boeing стандартных узлов могло помешать передаче некоторых точных работ зарубежным поставщикам по субподряду, что усугубило задержки в производстве Boeing 787 Dreamliner. Первоначально запланированный на май 2008 года, самолет поступил в коммерческую эксплуатацию только в октябре 2011 года.

Вы получаете картину. Использование разных единиц измерения, человеческий фактор и неточное преобразование метрических единиц в стандартные (и наоборот) могут иметь серьезные последствия не только для качества и производительности, но и для безопасности.

Технология преобразования поможет?

Примечательно, что современные технологии действительно предоставляют более надежные инструменты преобразования и помогают снизить риск человеческой ошибки. Компьютерное числовое управление (ЧПУ) на станках позволяет вычислять внутренние преобразования для всех значений, находящихся под управлением станка.

В цехе персонал может быть оснащен различными портативными цифровыми микрометрами для преобразования на лету. Например, дисплей современного цифрового микрометра позволяет пользователям переключаться между метрическими единицами измерения и дюймами нажатием кнопки.

Однако преобразование стандарта в метрическую систему (и обратно) — непростая задача, и при смене системы измерения необходимо учитывать некоторые моменты.

Большинство машин откалиброваны в единицах измерения, наиболее подходящих для их основного использования. Например, инструмент, который изготавливает детали для столярных работ, может быть откалиброван в стандартных дюймах и их долях.

Но хотя дроби хорошо подходят для разметки на рулетке, их нелегко транспонировать при вводе в машину. Кроме того, размеры, используемые в столярном деле, хотя и подходят для деревообработки, в десять-сто раз больше, чем размеры, используемые для медицинских устройств.

Преобразование цифр для таблицы допусков метрик

Кроме того, вы можете использовать детали от многих субподрядчиков, как местных, так и стран, где преобладает метрическая система. Этим частям, возможно, придется подключаться и взаимодействовать с другими системами, которые не основаны на показателях.

Это означает, что при ручном расчете конверсий между стандартными и метрическими показателями вам также необходимо учитывать допуски на детали. Это связано с тем, что изготовление деталей в верхней части диапазона допусков, измеренных в метрической системе, может не соответствовать другому компоненту в нижней части диапазона допусков, измеренных в стандартной системе.

Например, приведенная здесь метрическая таблица допусков показывает преобразование дюймов в миллиметры (и наоборот) для типичного диапазона допусков, которые клиенты запрашивают в Metal Cutting.

Тем не менее, мы также учитываем верхний и нижний пределы спецификации — корректируя допуски по мере необходимости, чтобы гарантировать, что при преобразовании и округлении цифр преобразованная единица измерения не выходит за пределы верхнего или нижнего предела. Для иллюстрации:

• Размер 20 мм ± 2 мм
• Преобразуется в 0,79 дюйма ± 0,08 дюйма
• В результате верхний предел спецификации составляет 0,87 дюйма, а нижний — 0,71 дюйма.
• Которые возвращаются к верхнему и нижнему пределам спецификации 22,098 мм и 18,034 мм.

В исходной единице измерения верхний и нижний пределы спецификаций составляют 22 мм и 18 мм — и, как вы можете видеть, преобразованный верхний предел выходит за эти пределы. Таким образом, чтобы гарантировать, что деталь не выходит за пределы исходных спецификаций, мы можем изменить преобразованный допуск на 0,79 дюйма + 0,07 дюйма/-0,08 дюйма.

Влияние округления на допуски

Округление также может привести к ошибкам и преобразованиям, выходящим за пределы допустимого диапазона допусков. Поэтому вам нужно тщательно выбирать, на сколько знаков после запятой нужно расширить преобразование.

Например, вы можете сказать, что 1,0 мм преобразуется в 0,04 дюйма; однако этот расчет округляет число 0,0393700787 только до второго десятичного знака. В мире, требующем допусков как минимум до третьего или четвертого знака после запятой, достаточно ли точно 0,04 дюйма?

Даже инструменты, на которые мы рассчитываем для конверсий, вносят округление в уравнение. Большинство станков с ЧПУ калибруются в одной единице измерения и конвертируются — и округляются — в другую. Современный цифровой микрометр, спроектированный в метрической системе, будет работать и рассчитывать размеры показаний в метрических единицах.

Однако, когда пользователи переключают простую кнопку с метрики на стандарт, они не получают совершенно новый расчет. Скорее, они получают преобразование в стандарт, включая коэффициент округления или ошибку, которая необходима для десятичных разрядов, предусмотренных в отсчете. Эта потенциальная неточность редко принимается во внимание, но иногда может иметь серьезное значение.

Кроме того, эффекты скругления усугубляются не только для нескольких взаимодействующих деталей, но и для размеров и допусков. К счастью, эти различия можно преодолеть путем методичного округления и корректировки номиналов и верхних/нижних пределов спецификаций по мере необходимости, чтобы гарантировать, что все размеры будут в пределах (или меньше) принятых допусков.

Влияние на качество, безопасность и затраты

Очевидно, что преобразование стандартных измерений в метрические имеет важные последствия во всем, от аэрокосмических приложений до медицинских устройств и автомобильных сварочных аппаратов. Хотя в большинстве случаев плохая подгонка может не иметь жизненно важных последствий, в других случаях отказ детали может иметь катастрофические последствия.

Хорошая новость заключается в том, что, потратив некоторое время и внимание на переходы между различными измерительными системами — и на то, как это повлияет на допуски и сопряжение различных деталей, — вы и ваш поставщик сможете помочь сохранить качество, безопасность и контроль над затратами.

(Чтобы узнать больше о том, как учитывать допуски, ознакомьтесь с нашим соответствующим блогом о том, как складываются допуски.)