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从美国公差标准(ASME y14.5-2018)看全球先进制造的水平与动向

http://www.qctester.com/ 来源: 本站原创  浏览次数:1915 发布时间:2019-3-7 QC检测仪器网
 李明(上海大学)

本文特注:本文仅限于一般技术讨论,可能会涉及到ISO和美国ASME标准的比较,其意图在于探讨标准背后的思路,并据此研讨全球最先进的水平和发展动向。与任何商业目的无关。

一、国际上精度设计的二种标准体系

对于制造业而言,产品几何精度设计无疑是最基础的技术,它是在今后工业互联网上跑的核心内容之一,脱离了这些核心内容的工业互联网不仅是摆设,更是劳民伤财的累赘。

长期以来,在几何精度设计和几何技术规范方面,国际上一直存在二种标准体系,即ISO的产品几何技术规范和验证(Geometry Production Specification and Verification , GPS&V)和美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME),其中:

  • ISO GPS&V标准体系由150多个标准组成,并通过相互间的引用成为一个庞大的技术标准体系。同时,其还与产品技术文件(Technical Product Documentation,TPD)一起最终形成了完整的技术文件规范,其中涉及到了2D的工程图样、测量器具和3D的基于模型的工程表达,即基于模型的定义(Model Based Definition,MBd)(注:本文将基于模型的定义写成MBd是因为还有一个MBD,称为基于模型的设计,即Model Based Design,MBD)

     

  • 下面各图分别为ISO GPS&V标准体系的主要内容、最新标注案例示例。

 

 

  • ASME也是一个标准体系,同样通过引用将ASME y14ANSIB89等技术标准汇成一个整体,内容同样涉及到几何尺寸与公差标注(Geometric Dimensioning and Toleraning , GD&T)、图样规范、MBd、测量器具等。

  • 但从理论基础、技术体系的系统性和先进性来看,二者还是有明显的代差。如果说2009年前的美国ASME标准更为实用的话,那么在2010年后,ISO的GPS&V标准已全面覆盖了美国ASME标准,并实现了根本性的超越。

下图为对二个标准体系的对比(ISO GPS&V与ASME y14.5-2009版为代表的对比)

 

ISO标准的系统性和先进性归功于ISO从上世纪90年代开始对GPS&V标准体系的革命性重构。有关ISO的脱胎换骨过程,请参见本公众号(点滴方圆)的相关文章“一个始于90年代的工业4.0成功实践”以及“关于企业宣贯国家新公差标准的10个问答”(可直接点击链接)。

从这一点讲,笔者一直在关注着新一版美标ASME y14.5新版的修订情况,因为从中可以看到美国人在这一方面的思考。

二、新版ASME y14.5-2018版的修订思路及相关探讨

事实上ISOSAME二大标准体系的进化一直是相互促进的,但不知何种原因,在上世纪90年代ISO标准体系重构的过程中,美国ASME标准并没有跟进,它一直沿用着原有的技术体系,这可以从GD&T 2009版的修订中看到。而此时,ISO已实现了全面数字化。

ISO的革命性变化自然也引起了美国人的重视,并在十几年前,ISOASME双方成立了相关工作组,专门应对二种标准体系的关系。从这一点讲,新一版美标的推进真得值得期待。经过10年的努力,2108版的几何尺寸与公差标注(Geometric Dimensioning and Toleraning , GD&T)终于正式推出。

关于这一新版的GD&T变化,已有相关公众号发表了相关的比较,面上的差异本文不再复述,这里主要探究一下新版美标的修订思路

  1. 新版美标已在向ISO靠拢,其主要体现在相关数字化概念的出现,主要表现在对基准(Datum)、中心线/中心平面等术语定义的调整和增加。同时对跳动定义的专门修改也在一定程度上表现了这种思路

  2. ISO2010年就弃用的线性尺寸标法进行了明确的跟进。并表现出将弃用线性尺寸的倾向,但在内容上还是保留了线性尺寸的标法和大量的案例。而一般线性尺寸的标注不仅对于精度控制不利,更会影响MBD的应用

  3. ISO 1101-2017标准一样,对标准中几乎所有出现的案例都同时给出了2D3D的规范标注方法,为MBd/MBD标准及应用提供了一定的基础

  4. 去除了“对称度”和“同轴度(/同心度)”的符号。但保留了同轴度的术语。这二者的控制功能由位置度承担,这个操作事实上在2009版中已有替用的出现

  5. 给出了类似ISO“OZ”功能的动态轮廓度修饰符,增强了对加工过程的控制

  6. 增加了相当的篇幅和案例

 

从上面的总体变化来看,这版美标较之上一版,除了在某些术语定义中有些数字化痕迹外,并没有实质性的变化,令人失望。

当然,这里我们需要理解的是,作为一个工业化多年,并形成了自己标准体系的国家而言,要一下子在工业界翻转整个标准体系是极其困难的,从某种角度讲基本上也是不可能的。

ASME标准修订的情况看,ASME总体将向ISO靠,但这将是一个至少10以上的艰难进程。到底是什么原因造成在ISO脱胎换骨时,美国ASME标准还在原来轨道上走呢?这是一个值得思考的问题和值得探究的迷。

三、从ASME y14.5-2018的内容看全球几何精度的水平和发展

从最新的ISO1101-2017ASME y14.5-2018标准内容比较来看,可以得出以下结论

  1. ISOGPS&V标准引领着全球几何精度设计、控制技术的发展,它不仅全面完成了标准体系架构,更以惊人的速度全面完善之中,并已全面对接了未来制造模式

  2. ISOASME标准都将3D标注作为标准修订的一个重要内容,但从其具体规范的内容来看,还远未达到实用的要求。有关这部分展开,可参见本公众号的文章“工业互联网上跑些什么 ?关于MBD的10个问题 (可直接点击链接)

  3. 尽管还有面MBd/MBDISO16792ASME y14.43等标准,但这些标准主要规范的是3D标注和应用方法,其具体标注内容和规范标注并不是这些标准的主要内容。而正在新制订的ASME y14.47则是MIL 31000A的进阶,主要是技术数据包(Technical Data Packages , TDP)的规范。有关这方面问题,将另撰文讨论

  4. 尽管ANSI QualityInformation Framework (QIF)标准对基于MBD的信息化架构进行了规范,但在其核心的GD&T没有规范到位的情况下,其作用也无法正常发挥

从上面的情况来看,ISOGPS&V标准体系已全面对接了面向未来的几何精度控制要求,但基于模型的设计(MBD)应用还有时日,这一点也可以从NISTMBD年会中看到。而MBE等应该还远在概念层面。期待今年即将召开的MBD年会中会有新的进展。

事实上,就是MBD的核心,3DGD&T完成了全面规范,企业的MBD也未必能真正应用,因为还有N多的企业规范需要配套制订。

对于中国制造而言,美国ASME GD&T标准落后的局面值得我们思考,我们更应该思考的是应该如何迎头赶上。事实上,我们在几何精度领域在理念、思路方面与ISO GPS&V标准体系的差距巨大。因此,尽快学习最新ISO GPS&V标准,更新理念和思路是最重要的。至于MBD,没了GPS&V的基础,以及信息化技术的熔入是不可能真正实用的。

 

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