Токарев А.Н. Основы теории надежности и диагностика
Подождите немного. Документ загружается.
10
систему управления качеством, в которой все процессы и действия
контролируются и документируются.
1.2 Терминология и классификация в области качества.
Каждая научная область не может выполнить свои
функции без собственной терминологии. Терминология изложена
в ГОСТах и международных стандартах.
Основные термины.
Продукция – это результат процесса, предназначенный для
удовлетворения определенных общественных или личных
потребностей.
Различают 4 общих категории продукции:
- технические средства (промышленная продукция);
- услуги (например: перевозки, техническое обслуживание,
ремонт …);
- программные средства (например: компьютерная
программа, словарь);
- перерабатываемые материалы (заготовки,
полуфабрикаты).
Наиболее распространённым видом продукции является
промышленная продукция – материализованный результат
процесса трудовой деятельности, обладающий полезными
свойствами и предназначенный для использования потребителями
в целях удовлетворения
их потребностей как общественного, так и
личного характера. Промышленную продукцию часто называют
товаром.
В свою очередь, промышленная продукция подразделяется
на 2 класса:
- расходуемая при использовании;
- расходующая свой ресурс (рис.1.1).
Расходные изделия – это детали, сборочные единицы,
комплекты, узлы, агрегаты.
Изделия машиностроения входят в класс продукции,
расходующей свой ресурс. Эта продукция подразделяется
на
неремонтируемые изделия (болты, гайки, подшипники и т.д.) и
11
ремонтируемые изделия (транспортные машины,
технологическое оборудование, измерительные приборы и т.д.).
Рисунок 1.1 - Классификация промышленной продукции
Одним из наиболее распространенных видов
промышленной продукцией является изделия машиностроения.
Большинство изделий машиностроения это технические
устройства, предназначенные для удовлетворения потребностей
человека или его труда. В общем виде эти технические устройства
называются машинами. К области машин относятся и
транспортные средства, в том числе и автомобиль. Автомобиль -
это
самодвижущее средство передвижения по поверхности суши
предназначенное для перевозки людей и грузов.
Услуга – деятельность и процессы, осуществляемые с
целью предоставления удобств или оказания помощи кому-либо
(снабжение, здравоохранение, ремонт, техническое обслуживание
и т.д.).
Применительно к транспортным машинам все виды услуг
можно подразделить на две категории:
- услуги, предоставляемые человеком
машине (ремонт,
техническое обслуживание, соблюдение правил эксплуатации …);
- услуги, предоставляемые машиной человеку
(перевозочный процесс).
Промышленная
продукция
Продукция, расходуемая
при использовании
Продукция, расхо-
дующая свой ресурс
Сырьё
и ГСМ
Мате-
риалы и
продукты
Расход-
ные
изделия
Ремонти-
руемые
изделия
Не ремонти-
руемые
изделия
12
1.3 Свойства качества.
Согласно стандарту СТ. ИСО 8402-86 качество - это
совокупность свойств и характеристик изделия или услуги,
обеспечивающая удовлетворение потребностей. Учитывая это, для
изделий машиностроения, в том числе и для транспортных машин,
различают:
− качество машины,
− качество эксплуатации машины.
Примечание: термин «эксплуатация» применяется к той
продукции, которая в процессе
ее использования расходует свой
ресурс.
Под качеством машины понимается совокупность свойств,
определяющая степень пригодности машины к выполнению
заданных функций при использовании её по назначению.
Под качеством эксплуатации машины понимается
совокупность различных мероприятий (услуг) направленных на:
− поддержание качества машины в эксплуатации
(техническое обслуживание, ремонт, правила
эксплуатации),
− удовлетворение потребностей заказчика (
в зависимости от
предназначения машины).
Свойства качества.
Существуют следующие классы свойств качества:
1) функциональные свойства (метрические, механические,
кинематические, динамические, энергетические),
2) свойства качества функционирования изделий (точность,
надежность, взаимозаменяемость, стабильность),
3) потребительские свойства.
На транспорте обычно рассматривают технико-
эксплуатационные свойства, характеризующие в комплексе
качество транспортных машин. Главными из них являются:
надежность
, безопасность, экологичность, топливная
экономичность, динамичность (тягово-скоростная),
производительность, экономичность, масса и габариты,
грузоподъемность, вместимость, маневренность,
проходимость, цена и др.
13
Одни из этих свойств не изменяются в процессе
эксплуатации, другие изменяются, снижая при этом качество
транспортной машины. Сферу технической эксплуатации машин,
особенно транспортных, интересуют как раз те свойства качества,
которые существенно изменяются в процессе эксплуатации. К ним
относятся:
1) надежность - основное свойство, которое относится к
разряду показателей, характеризующих качество
функционирования
любой машины;
2) динамичность;
3) безопасность;
4) топливная экономичность;
5) экологичность.
Надежность - способность изделия выполнять требуемые
функции в заданных условиях в течение заданного периода
времени [2].
Динамичность – совокупность свойств, определяющих
возможные по характеристикам двигателя диапазоны изменения
скоростей движения и предельные интенсивности разгона
транспортной машины.
Безопасность – совокупность свойств, определяющих
способность транспортной машины осуществлять
перевозки
людей, грузов без угрозы для жизни и здоровья людей и
сохранности груза.
Топливная экономичность – совокупность свойств,
определяющих расходы топлива при выполнении машиной
транспортной работы в различных условиях эксплуатации.
Экологичность – степень вредного воздействия транспортной
машины при его эксплуатации на человека, животный мир и
окружающую природу.
Качество любой транспортной машины, в
том числе и
автомобиля, определяется свойством, параметром и показателем
(рис. 1.2).
14
Рисунок 1.2 - Структура качества
Любой показатель качества характеризуется:
− начальным значением (К
н
);
− интенсивностью изменения показателя качества;
− предельным значением показателя качества (Кпр.);
− сроком службы автомобиля (t
с.с.
).
Рисунок 1.3 - Изменение качества во времени
КАЧЕСТВО
СВОЙСТВО
ПОКАЗАТЕЛИ
(ПАРАМЕТРЫ)
ЗНАЧЕНИЕ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ
составная
часть качества
Топливная
экономичность
определительная
характеристика
свойства
Расход топлива
количественное
значение
10 л/на 100 км.
15
Реализуемый показатель качества — это среднее значение
показателя качества (К
ср
) за срок службы машины. Чем больше
продолжительность работы машины, тем ниже средний показатель
качества (рис. 1.3). Как видно из графика на рисунке 1.3,
показатели качества с течением времени изменяются в сторону
ухудшения.
Пути повышения качества.
Известно, что качество закладывается при проектировании
и частично при производстве, реализуется при производстве и
поддерживается в эксплуатации
.
Повысить качество можно путем совершенствования
конструкции машины и улучшения технологии его изготовления.
В сфере эксплуатации качество машины повысить практически
невозможно, можно только снизить темп его ухудшения.
При создании новой конструкции машины конструкторы
стремятся повысить первоначальный показатель качества (рис. 1.4,
К2 >К1) и, по возможности, замедлить темп его изменения в
эксплуатации (рис
. 1.4, кривая А – неудовлетворительная
эксплуатация) за счет конструкторских приемов (подбор
материала, изменение конструкции и т.д.). Все это позволяет
повысить средний показатель качества за весь срок службы
машины (Кср(2)>Кср(1)) и увеличить срок её службы (t3>t2>t1).
Рисунок 1.4 - Конструкторский путь повышения качества
16
За счет совершенствования технологии изготовления
машины можно снизить темп изменения качества, и, в то же время,
за счёт несоблюдения технологии изготовления деталей и
некачественной сборки машины в целом можно увеличить темп
изменения показателей качества (рис. 1.5).
Пример: автомобили ФИАТ и ВАЗ по конструкции почти
одинаковы, но за счет несоблюдения технологии изготовления
деталей
, применения не качественных материалов, нарушения
технологии сборки автомобилей ВАЗ, срок их службы несколько
меньше, чем у автомобилей ФИАТ (t2>t1).
Рисунок 1.5 - Технологический путь повышения качества
Сфера эксплуатации также может влиять на интенсивность
изменения показателей качества, а именно увеличивать темп
изменения показателей качества, путем:
- нарушения правил эксплуатации;
- несоблюдения технологии технического обслуживания и
ремонта машины;
- несвоевременным проведением профилактических и
ремонтных работ;
- применением не соответствующих правилам
эксплуатации машины эксплуатационных материалов (для
автомобиля это горюче-смазочные материалы) и т.д.
17
Рисунок 1.6 - Поддержание качества в эксплуатации
Пример: если проводить техническое обслуживание (ТО) и
ремонт транспортных машин своевременно и качественно, то темп
изменения их качества будет значительно ниже, чем при «плохом»
проведении ТО (рис. 1.6, К2 >К1).
Из изложенного выше видно, что не только сфера
производства машин, но и сфера эксплуатации может
активно
влиять на реализуемые значения показателей качества.
18
Глава 2 НАДЕЖНОСТЬ МАШИН
Надежность – одно из основных свойств качества
продукции. Надежность изменяется во времени и отражает
изменения, происходящие в промышленной продукции на
протяжении всего времени её эксплуатации [3].
В середине XX века вопросами надёжности машин стали
уделять очень большое внимание. Это объясняется следующими
причинами:
1. Технические устройства стали всё более сложными по
конструкции, а, следовательно, всё более дорогостоящими.
Выход из строя одной детали такой машины может
привести к большим издержкам, а возможно и человеческим
жертвам. Примеров довольно много, это и неудачные испытания и
аварии самолётов, ракет, космической техники. Так, в начале
космической эры, трое наших космонавтов погибли при спуске с
орбиты на
землю из-за поломки простейшего клапана, цена
которому «копейки» (выход из строя этого клапана привел к
разгерметизации кабины космонавтов).
2. С развитием техники, рабочие выходные параметры
машин стали резко возрастать. Так, в настоящее время,
автомобильная промышленность выпускает автомобили, скорость
которых может быть достаточно высокой (150-180 км/час.).
Поломка автомобиля на такой скорости
может привести к очень
тяжелым последствиям, включая и человеческие жертвы.
3. Многие машины стали «участниками» технологических
процессов. Поломка такой машины (например, подшипника на
сборочном конвейере) может привести к остановке всего
производства.
Сегодня автомобиль, как средство доставки грузов и
пассажиров, тоже участвует в сложнейших технологических
цепочках. Например, заводы Японии работают «без складов»,
т.е.
все комплектующие подвозятся в срок, без опоздания к заданному
месту. Выход из строя автомобиля в такой ситуации также может
привести к серьезным экономическим издержкам.
Все это говорит о том, что в последнее время вопросам
надежности, в том числе и надёжности транспортных машин,
стали уделять очень большое внимание.
19
Чтобы лучше понять основы теории надежности,
ознакомимся с теорией ее развития.
2.1 История развития теории надежности.
I этап. Начальный этап.
Он начинается с начала появления первых технических
устройств (это конец 19 века (приблизительно 1880г.)) и
заканчивается с появлением электроники и автоматики, авиации и
ракетно-космической техники (середина 20 века).
Уже в начале века
ученые стали задумываться, как сделать
любую машину не ломающейся. Появилось такое понятие, как
«запас» прочности. Но, увеличивая запас прочности,
увеличивается и масса изделия, что не всегда приемлемо.
Специалисты стали искать пути решения этой проблемы.
Основой для решения этих проблем стала теория
вероятностей и математическая статистика. На базе этих теорий
уже
в 30-годы было сформулировано понятие отказа, как
превышение нагрузки над прочностью.
С началом развития авиации и применения в ней
электроники и автоматики теория надежности начинает бурно
развиваться.
II этап. Этап становления теории надежности (1950-1960 г.г.).
В 1950 году военно-воздушные силы США организовали
первую группу для изучения проблем надежности
радиоэлектронного
оборудования. Эта группа установила, что
основная причина выхода из строя радиоэлектронной аппаратуры
заключалась в низкой надежности её элементов. Стали в этом
разбираться, стали изучать влияние различных эксплуатационных
факторов на исправную работу элементов. Собрали богатый
статистический материал, который и явился основой теории
надежности.
III этап. Этап классической теории надежности (1960-1970
г.г.).
В 60-70 годах появляется космическая техника, требующая
повышенной надежности. С целью обеспечения надежности этих