標準からメトリック公差チャートへの変換のリスクを回避する

変換の驚くべき複雑さ

小型部品調達の基本の 1 つは、異なる測定単位間で変換する機能です。たとえば、ミリメートルとインチの間で公差数値を変換することにより、メートル法公差チャートを作成します。

これは、あなたが思っているほど単純ではないタスクです。実際、メートル法と標準的な測定システムの間を行ったり来たりするリスクは伝説的なものであり、しばしば破滅的な結果をもたらします.

いくつかの最悪のシナリオ

さかのぼること 1983 年、モントリオールからエドモントンへ飛行中のエア カナダ ボーイング 767 は、飛行開始から約 1 時間で燃料切れになり、緊急着陸のために (文字通り) 滑空しなければなりませんでした。奇跡的に、軽傷を負った乗客は 2 人だけでした — それは航空機からの避難中に発生したものです。

なぜそれが起こったのですか?

航空機の燃料量表示システムが離陸前に故障したとき、客室乗務員と地上乗務員は必要な燃料量を手動で計算することにしました。飛行機には 8,703 kg の燃料が必要であると計算し、それを 1.77 (給油会社の文書によると燃料の密度) で割り、キログラムを 4,916 L に変換しました。その後、その量の燃料が航空機に送り込まれました。

問題は、767 型機では燃料をキログラム/リットル (kg/L) で測定していたのに対し、給油ガイドの密度数値はポンド/リットル (lb/L) を使用していたことです。その結果、飛行機には必要な量の半分以下の燃料しか搭載されていませんでした。

他にもたくさんの例があります:

• 1999 年、NASA は最初の惑星間気象衛星である 1 億 2500 万ドルのマーズ クライメート オービター (MCO) を失った。力のメートル法単位 (ニュートン秒) と間違えられたポンド秒を使用して計算された軌道により、MCO は軌道に入ることができず、惑星火星に衝突しました。
• 2003 年、東京ディズニーランドのスペース マウンテン ジェット コースターは、設計要件よりも小さい車軸が原因で脱線し、ベアリングと車軸の間に (0.2 mm ではなく) 1.0 mm 以上の隙間が生じました。仕様は 1995 年にメートル単位に変換されましたが、2002 年に新しい車軸を注文するために以前の標準単位仕様が使用されました。これにより、必要な 45 mm ではなく 44.14 mm を測定することになりました。
• ボーイングが標準ユニットを使用しているため、一部の精密作業を海外のサプライヤーに下請けすることが妨げられ、ボーイング 787 ドリームライナーの製造が遅れた可能性があります。当初は 2008 年 5 月に予定されていましたが、航空機は 2011 年 10 月まで商用サービスを開始しませんでした。

あなたは絵を手に入れます。異なる単位の使用、人的ミス、不正確なメトリックから標準への変換 (およびその逆) は、品質とパフォーマンスだけでなく、安全性にも深刻な影響を与える可能性があります。

変換技術で救出?

特に、今日のテクノロジーがより信頼性の高い変換ツールを提供し、人的ミスのリスクを軽減するのに役立つことは事実です.機械のコンピュータ数値制御 (CNC) により、機械の制御内のすべての値に対して内部で変換を計算できます。

製造現場では、スタッフはさまざまなハンドヘルド デジタル マイクロメータを装備して、その場で変換できます。たとえば、最新のデジタル マイクロメーターの表示では、ユーザーはボタンを押すだけでメートル単位とインチを切り替えることができます。

ただし、標準からメートルへの変換 (およびその逆) は単純な提案ではなく、測定システムを切り替える際に考慮すべき点がまだいくつかあります。

ほとんどの機械は、その主な用途に最も適した単位で校正されています。たとえば、大工仕事で使用する部品を作成するツールは、標準のインチとその分数で調整されている場合があります。

しかし、分数は巻尺の目盛りに適していますが、機械に入力するときに転置するのは簡単ではありません。さらに、大工仕事で使用される測定値は、木工では問題ありませんが、医療機器で使用される測定値よりも 10 倍から 100 倍大きくなります。

メトリック公差チャートの数値の変換

さらに、多くの下請け業者からの部品を使用している可能性があります。一部は国内で、一部はメートル法が普及している国で使用されています。これらのパーツは、メトリック ベースではない他のシステムに接続して対話する必要がある場合があります。

つまり、標準とメートル法の変換を手動で計算する場合、パーツの公差も考慮する必要があります。これは、メートル法で測定された許容範囲の上限にある部品を製造すると、標準システムで測定された許容範囲の下限にある別のコンポーネントに適合しない可能性があるためです。

たとえば、ここに含まれるメトリック公差チャートは、顧客が金属切削で要求する一般的な公差範囲のインチとミリメートル (およびその逆) の変換を示しています。

ただし、仕様の上限と下限も考慮します。必要に応じて公差を調整して、数値を変換して丸めるときに、変換された測定単位が上限または下限の範囲外にならないようにします。説明するために:

• 20 mm ± 2 mm の寸法
• 0.79 インチ ±0.08 インチに変換
• これにより、仕様の上限が 0.87 インチ、仕様の下限が 0.71 インチになります
• 22.098 mm と 18.034 mm の上限と下限の仕様制限に戻す

元の測定単位では、仕様の上限と下限は 22 mm と 18 mm です。ご覧のとおり、変換された上限はその範囲外です。そのため、パーツが元の仕様制限を超えていないことを確認するために、変換された公差を 0.79 インチ +0.07 インチ/-0.08 インチに調整できます。

公差に対する丸めの影響

丸めは、許容範囲外のエラーや変換につながる可能性もあります。したがって、変換を拡張するには、小数点以下の桁数を慎重に検討する必要があります。

たとえば、1.0 mm は 0.04 インチに変換されます。ただし、その計算では、0.0393700787 の数値が小数点以下 2 位までに丸められます。少なくとも小数点第 3 位または第 4 位までの公差が必要な世界では、0.04 インチの精度で十分でしょうか?

私たちが変換のために頼りにしているツールでさえ、方程式に丸めをもたらします.ほとんどの CNC マシンは 1 つのユニットで校正され、別のユニットに変換 (および丸め) されます。メートル法で設計された最新のデジタル マイクロメーターは、メートル法単位で読み取り寸法を操作および計算します。

ただし、ユーザーが単純なボタンをメトリックから標準に切り替えると、まったく新しい計算が得られるわけではありません。むしろ、丸め係数または読み取り値で提供される小数点以下の桁数に必要な誤差を含む、標準への変換が行われます。この潜在的な不正確さはめったに考慮されませんが、場合によっては深刻な問題になる可能性があります。

さらに、丸み付けの影響は、相互作用する複数の部品間だけでなく、寸法や公差全体にも及びます。幸いなことに、これらの変動は、すべての寸法が許容範囲内 (またはそれよりも厳しい) になるように、必要に応じて系統的に丸め、公称値と仕様の上限/下限を調整することで克服できます。

品質、安全性、コストへの影響

明らかに、標準からメートル法への測定変換は、航空宇宙アプリケーションから医療機器、自動車用溶接機まで、あらゆるものに重要な意味を持っています。ほとんどの場合、適合不良が人生を変えるような影響を与えることはありませんが、場合によっては、部品の故障が壊滅的なものになる可能性があります.

幸いなことに、異なる測定システム間の変換に時間と注意を払うことで、さまざまな部品の公差と嵌合がどのように影響を受けるかを検討することで、あなたとベンダーは品質、安全性、およびコスト管理を維持することができます。

（公差を考慮する方法の詳細については、公差がどのように積み重なっていくかについての関連ブログをご覧ください。）