23/2/2009 - Ölçülendirme ve Toleransın Tarihsel Gelişimi

(tamami alintidir, quarters)

Kullandığımız ürünleri ölçülendirme gereksinimi Milattan önce (M.Ö.) 6000 yıllara kadar dayanmaktadır. O tarihte Nil'de kol dirseğinden orta parmak ucuna kadar mesafe 'Royal Cubit' olarak tanımlanmıştır. Royal Cubit 45 ile 48 cm arasında değişen mesafe olup, Mısır'daki Piramitlerin yapımında 100 Royal Cubit değeri kullanılmıştır. Piramitlere tolerans boyutundan bakıldığında kullanılan her bir taş bloğunda 30 cm yakın farklılıklar olacağı anlamını da taşımaktadır. Standartların gelişmesi Royal Cubit'i 524 ± 2 mm ye eşitlenen bir ölçü haline getirmiştir.

Tarihsel gelişim içinde ölçüm toplum içinde kullanımını sürdürmesine karşın ölçüye uygulanan tolerans uygulamalarda görülmez. Bununla beraber teknik resim olarak tanımlayabileceğimiz tasarım çalışmalarında da ölçü ve tolerans kavramına rastlanılmamaktadır. Bunun en belirgin örneklerini Leanardo Da Vinci'nin tasarım çalışmalarını yaptığı teknik resimlerle örneklendirebiliriz.

Leanardo Da Vinci’nin Mekanik Izgara Resmi. (sıcak havanının yükselmesi ve hızlanmasıyla dönen pervanenin dişli, zincir, kayışlı düzenek yardımıyla ızgarayı döndürmesi.
Leanardo Da Vinci'nin Teknik Resimlerde

Neden Ölçülendirme ve Tolerans Göremiyoruz?

teknik resimlerde ölçü ve tolerans gösterilmemesinin farklı nedenleri olabilir. Bu nedenler;

- Teknoloji tanımının temellerinin atıldığı dönemde yapılan her teknik resim yeni bir icad (-taslak tasarım) olabilir.

- Ürünün gerçek ölçüsel boyutları tecrübe, gözlem ve deneme-yanılmayla yapılan imalat sonucunda ortaya çıkmıştır.

- O dönemde seri üretim ihtiyacının olmaması teknik resmin tanımını gereksiz kılmıştır.



Zanaatkar

Teknik resimlerde ölçü ve tolerans olmaması, ürünü imal eden sınıf olarak 'Zanaatkar' tanımını ortaya çıkarmıştır. Zanaatkar, tecrübesini ve ustalığını bireysel yetenekleriyle birleştirip imalat yapan kişi olarak tanımlanabilir.


Parçaların Birbirine Göre İmalatı

Zanaatkarlığın en önemli özelliği parçayı parçaya göre imal etme veya revizyonla birbirine uydurma becerisidir. Zanaatkarlar da çoklu üretim yapmalarına karşın bozulan parçaların değiştirebilirliği özellliğini tamir etme veya yeni imal edilen parçayı yerine uydurma sistemi geçerli olmuştur.

Bugünkü yapıda sanayi çarşılarında iş yapan ustaların (-zanaatkar) yüksek maliyetli parça değişimi yerine, parçaları ufak tefek revizyonlarla tamir etme veya düşük işçilikle tekrar yapma düşüncesi hala geçerli metot olarak karşımıza çıkmaktadır. Dikkat edildiği taktirde bu ustalar teknik resim kullanmazlar ve resim okuma becerileri de sınırlıdır.

Seri Üretim

Zaman içindeki değişimlerle artan tüketim seri üretim düşüncesini oluşturmuştur. Seri üretim, ürünü oluşturan parçaların montaj edileceği yerden bağımsız olarak üretilmesi ve montaj edilmesi olarak özetlenebilir.


Seri Üretim ve Ölçü Tanımı

Seri üretimde aynı parça farklı zamanlarda, farklı kişilerle, farklı tezgahlarda üretilebilir olması parçanın tanımlama ihtiyacını ölçülendirilmiş teknik resim olarak ortaya çıkarmıştır.

Ölçülendirilmiş teknik resim oluşumu aynı zamanda toplumsal değişmeleri de beraberinde getirmiş, zanaatkar sınıfın yerini işçi sınıfı almaya başlamıştır. Bu değişimde işçi'nin zanaatkar kadar yetenekli, becerikli olması gerekmemekte, sadece belirtilen miktardaki işi belirlenen zamanda yapması istenmektedir.


Seri üretimde Tolerans Gereksinimi

1900 lü yıllarla seri üretimle birlikte ürünlerdeki parçaların değiştirebilir olma gereksinimi de artırmıştır. Özellikle savunma sanayii ürünlerinde parçalarının değiştirebilir olma özelliği yerine getirilebilmesi gereken en önemli şartlardan birisi sayılmıştır.

Değiştirebilirlik özelliği ürünlerin imalat tolerans kavramının da başlangıç noktası olmuştur. Değiştirilebilirlik zaman içinde 2 farklı tolerans metoduyla gelişme göstermiştir. Bu metotlar


- Ölçülemeyen hassaslık (precision)

- Ölçülebilen sapma miktarı (accuracy) dır.

Ölçülemeyen Hassaslık (precision)

Seri üretimi uygulayacak tezgah çeşitliliğininin az, hız ve yeteneklerinin sınırlı olması üretim ihtiyacını ve parçaların değiştirebilir özelliğini sağlamak için  ilk nesil üretim tezgahlarına ilaveten mastar aparatı kavramını geliştirmiştir.

Mastar Aparatı

mastar aparatlı üretim biçimiyle kapak delikleri ortak bir referans oluşturan mastar aparatına koordine edilmektedir. Mastar aparatı üretimi ilk nesil üretim araçlarıyla yapılmaktadır. Bu sistemde  görüldüğü gibi mastar aparata koordineli parçaların gereğinden fazla ve ölçülemeyen hassaslıkta (precision) üretilmesidir. Bu üretimin ‘ne kadar hassas' sorusunun cevabıysa ölçülemeyen bir değer olduğu için 'merkezleme yapan pimin girdiği yuvada serbestçe dönebilmesi' olarak örnek tanımlama yapılabilir.
Mastar aparat kavramı uçak imalatında geçerliliğini koruyan bir üretim şekli olarak günümüzde de örneklerini sürdürmektedir.


Ölçülebilen Sapma Miktarı (-accuracy)

Ürün özelliklerinin gelişmesi, imalat alanlarının farklı ortamlara (fabrikalar-yan sanayi, farklı ülkeler) taşınması,  yarı otomatik seri üretim tezgahların, ölçme cihazlarının gelişmesi, üründeki parça değiştirebilirlik ihtiyacının büyümesi ve maliyetin önem kazanması ölçülemeyen hassaslıktan da (precision) gerektiği kadar tolerans (ölçülebilen sapma miktarı (-accuracy)) düşüncesinin oluşmasını sağlamıştır . Bu sistemde parçalarda geometrik ve ölçüsel değişikliklerin olabileceği kabul edilmiş, parça montaj ölçülerinin toleranslar dahilinde tutulmasıyla gerçekleşebileceği düşüncesi üretimin temel düşüncesi olmuştur.

Teknik Resim Standartları Tarihçesi

Ölçülendirme ve tolerans tanımların gelişmeyle birlikte ürünün tanımlanma kurallarının oluşturulması gerekliliğinin ilk örneğini 1911 yılında ilk basımı yapılan Charles J. Vierck ve Thomas E. French'in Mühendislik Çizim el kitabında görmekteyiz. Gerçi tolerans tanımı ilk defa 1929 yılındaki 4. baskısında yanlızca 1 paragraf olarak bahsedilmesi bu yıllara kadar imalat toleranslarında mastar aparat kavramının ne kadar etkin olduğunu göstermektedir. 1966’da basılan French ve Vierck'in Mühendislik Çizimi kitabının 10. baskısında Amerikan Standartlar Birliğine (ASA) göre verilen en çok malzeme koşulu, paralellik (//) ve artı/eksi tolerans (±) gösterimleri belirtilmiştir. Toleransların sembolleri yerine yazısal olarak resimlerde belirtilmesi 1966'lı yıllarda bile ölçülebilen sapma miktarı düşüncesinin olgunlaşma aşamasında olduğunu göstermektedir.

(ASA) ne göre teknik resimdeki en çok malzeme durumu, paralellik ve tolerans gösterim örnekleri

1930 yılında Stanley Parker, ilk defa konum tolerans teorisini Kraliyet Torpido fabrikasında gerçekleştirmiştir. Daha sonraki yıllarda İngiliz Donanması tarafından da standart haline getirilmiştir.

1940’da basılan Chevrolet Teknik ressam el kitabı dönemin toleranslarla ilgili en fazla bilgiyi ihtiva eden bir dökümandı. En çok malzeme durum toleransı bu standartta açıklanmıştır.

Ölçülendirme ve toleranslarla ilgili ilk Amerikan Askeri Standardı 1949 yılında yayınlanmıştır (MIL STD-8) ve 1953 yılındaki revizyonunda (MIL STD-8A) toleranslar için sembol tanımına geçilmiştir. tolerans sembolleri ASME Y14.5M ve ISO ile karşılaştırılmalı olarak örneklendirilmiştir. Örneklenen sembol gösterimlerinin her iki standart için aynı olması, uluslararası düzlemde imalatın da standart haline geldiğinin göstergesidir.

Yakın bir dönem öncesine kadar teknik resim, parçanın tasarım ve imalat bilgilerinin her ikisini de tanımlamaktaydı. Teknolojinin ilerlemesi tasarım bilgilerini imalat bilgilerinden ayırmıştır. Günümüzde teknik resim sadece imalat verilerini içeren bir dökümantasyon şeklini almıştır. Bu ayrımı günümüzde

- Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD)

- Teknik resim (DRAWING)olarak tanımlanmaktadır.

CAD genel olarak ürünün mukavemet, imal edilebilirlik ve montaj ilişkileri tanımlamalarının oluşturulduğu modül olarak tanımlanabilir. Bilimsel bir ifadeyle CAD modülü, parçanın matematiksel olarak tanımlandığı bir ortamdır.

Teknik resim, tasarlanan ürünün imalatı için gerekli iletişiminin şekilsel ve ölçüsel dökümantasyonu olarak tanımlanabilir. teknik resim bilgilerin CAD ortamında görmek, hissetmek, algılamak zor olabilir. Parçayla ilgili diğer imalat bilgileri gösterilmemiştir. Delik bilgilerinin CAD modeliyle karşılaştırması gösterilmiştir.

Dünya üzerinde teknolojiyi üreten firmalar ürün verilerini elektronik ortamda ( teknik resim yapılmadan üretim) bilgisayardan üretim tezgahlarına aktararak üretim yapma çalışmaları sürmesine karşın imalat tanımlama farklılıklarının standart haline getirilememesi teknik resim tanımını günümüzde de geçerli kılmaktadır. Bu tanımlamaya farklı bir açı ile bakarsak CAD modeli aslında sadece görsel açıdan mükemmeliktir. Teknik resim boyutundaysa hisler, duygu, düşünce ve yorum devreye girer. Parçanın boyutlarını görmek, ne kadar ağır olduğunu hesaplamak, uygulanan toleranslarla ne kadar kompleks olduğunu farketmek, modelleme esnasında yapılabilecek hataları görebilmek, ürünü yorumlayabilmek, kontrol edebilmek teknik resim sayesinde gerçekleşmektedir. 


Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD )

50 ± 0.05

43.5 ± 0.05
CAD ortamında ölçülebilir.(50 ve 43.5)
CAD ortamında tolerans tanımı yoktur. (± 0.05)
CAD ortamında yüzey kalitesi tanımı yoktur
CAD ortamında hatalı ölçüm yapılabilir (R2, 33)
CAD ortamında ölçme işlemi uzun sürebilir (Ø25, R10, R23, 3, 33)

0.5x45 pah
10x0.5 eğim
Bu ölçüler bilindiği taktirde CAD ortamında belirlenebilir, aksi taktirde CAD ortamında görmek zordur, hatalı ölçüm yapılabilir .
CAD ortamında ölçme işlemi uzun sürebilir

İmalat notları
CAD ortamında imalat not tanımı yoktur.

Anahtar Ölçü (Key Value)

Ölçülendirme ve toleransla sistematik yapıya kavuşan imalat, günümüzde tolerans değişimini de kontrol altına almayı amaçlayan 'anahtar ölçü' metodu geliştirilmiştir.

Bu metotla kiritik ölçülere anahtar ölçü (key value) verilerek üretilen parçaların tolerans farklılıkları birbirleriyle karşılaştırılır. 

ornek bir  profil toleransına verilen anahtar ölçü değeri parçanın tolerans limitlerini ±0.005 arasında olması gerektiğini ve tolerans eğrisinin olması beklenir. ±0.005 arasındaki her ölçü parçanın kalite kontrolü açısından kabul bir ölçü olmasına karşın tolerans limitleri içindeki değişimler üzerinde tartışılır.

Anahtar ölçümle toleranslar farklılıkları yaratan sebeplerin bazılarını örneklemek istersek;

- Parçayı kesen çakı aşınması toleransı limitlere taşımış olabilir.

- Gece gündüz ısı farklılıkları parçaların toleranslarını artı ve eksi yönde etkilemektedir.

- Farklı tezgahlardaki üretim ve kesme hızlarında değişiklik tolerans değişikliği yapabilir.

- Vardiya değişikliği-operatör kalitesi

- Soğutma suyunun kalitesi

- Parçanın üretimi ve ölçümü arasındaki ısı farkları

gibi genel sonuçlara çıkabilir. Bu sonuçlara göre yapılan iyileştirmelerle üretilen parçaların  en dar tolerans aralığında olması sağlanmaya çalışılır.

Anahtar ölçü metoduyla amaç üretilen parçaların toleransın içinde olması yanında tolerans değişmelerinin de mümkün olan en dar tolerans aralığı içinde olmasını sağlayıp imalat standardizasyonunu da sağlamaktır.

Sosyal, kültürel, ekonomik etkilerle ürüne olan talebin artması imalat düşüncesinin 3 aşamaya

- Parçaların birbirine göre,

- Parçaların ölçülemeyen hassaslıkta,

- Parçaların ölçülebilen sapma miktarı ölçüsüne göre gelişme gösterdiğini belirtmiştik. Bilimin ürün tasarımına ve üretimine etkisinin artması ürünün kurumsal yönetim ve üretim sistemleri içinde gelişmesini zorlamaktadır. Bilgilerin organizasyon içinde kişilere bağımlı olmadan dağılması ve anlaşılabilmesi teknik resim düşüncesi gelecekte de geçerliliğini koruyan bir tanımlama metodu olarak gelişimini sürdürecektir. Bilginin genele yayıldığı günümüzde kullanılan çizim standartlarının (ISO, ANSI, ASME, MIL vb.) isimleri farklı olsa da benzer tanımlamaları kullanarak standart bir üretim sağlamaktadırlar.