3. Назначение функциональной и технологической точности синте­зом допусков согласуется между собой и обусловливается экономиче­ски величиной прибыли от продажи изделия.

Концепция Государственной системы стандартизации ГСС (1988) и ее совершенствование в России намечает в перспективе более широко использовать ТУ в решении вопросов обеспечения качества и безопас­ности тех видов (групп) продукции, которые относятся к более опас­ным, а также вновь разрабатываемой потенциально опасной продук­ции в период, пока государственные стандарты на нее не разработаны. При этом необходимо обязательное согласование ТУ с органами госу­дарственного надзора, предоставление аутентичного экземпляра для фонда стандартов, государственная регистрация ТУ на продукцию для государственных нужд.

В Концепции предусматривается также применение ТУ в качестве нормативного документа при добровольной сертификаций продукции и услуг.

3. Стандартизация и качество продукции

1. Объективная необходимость улучшения качества

продукции

Систематическому улучшению качества продукции придается большое значение, так как улучшение качества продукции повышает эффективность общественного производства, эффективность использо­вания промышленных изделий, расширяет возможности экспорта, обеспечивает экономию всех видов ресурсов и рост жизненного уров­ня народа.

Особенность проблемы качества продукции состоит в том, что с развитием научно-технического и социального прогресса она не упро­щается, а становится все более сложной, все более острой.

Стремительное развитие научно-технического прогресса обуслови­ло новый этап в развитии техники — создание больших технических систем и организацию выпуска продукции в больших количествах. Из­делия становятся все более сложными, в них увеличивается количест­во деталей, составляющих элементов. Это накладывает отпечаток на требования к качеству, и в первую очередь на свойства функциониро­вания (взаимозаменяемость, надежность, точность, стабильность). Та­ким образом, современный характер техники, ее возрастающая слож­ность и массовые масштабы производства объективно диктуют необ­ходимость повышения качества продукции.

50

Повышение качества при одновременном снижении общих издер­жек является единственно правильным путем. Лишь в тех случаях, ко­гда затраты на повышение качества оказываются столь значительны- _мИ, что мобилизация внутрипроизводственных резервов не перекрыва­ет их, следует планировать повышение себестоимости продукции.

Прибыль как объективная экономическая категория оценки улуч­шения качества играет все большую роль в производственно-хозяйст­венной деятельности предприятия. Значение прибыли определяется TfcM, что в новых условиях хозяйствования с рыночной экономикой она становится основным источником финансирования, развития и со­вершенствования производства. Величина прибыли зависит от многих факторов, но главным образом — от массы реализованной продукции, Себестоимости и уровня цен. Масса реализованной продукции зависит от спроса на продукцию, связанного с ее качеством.

Государственной системе стандартизации (ГСС) в улучшении каче­ства продукции принадлежит важное место. Особая роль стандартиза­ции в повышении качества продукции на современном этапе заключа­ется в усилении органической связи стандартов с качеством, а также в больших организационных возможностях стандартизации по объедине­нию усилий предприятий и организаций независимо от их ведомствен­ной принадлежности, по целенаправленному воздействию на качество на всех стадиях жизненного цикла продукции и уровнях управления. Стандартизация своими методами и возможностями позволяет практи­чески осуществлять повышение качества продукции.

- В теории и практике улучшения качества выделены две проблемы: качество и менеджмент качеством.

• Зарождение элементов управления качеством в Рос­сии. Основные требования к качеству содержатся в стандартах на продукцию и в требованиях потребителей (заказчиков). Исходя из это­го, управление качеством должно обеспечивать уверенность в выпол­нении указанных требований, что предусматривает проведение контро­ля как процесса, так и результатов деятельности по качеству. Такое емкое толкование понятия управления качеством позволяет утвер­ждать, что эта деятельность началась вместе с началом трудовой дея­тельности людей на Земле.

Первые упоминания о стандартах на качество в России были отме­чены во времена правления Ивана Грозного, когда были введены стан­дартные калибры-кружала для измерения пушечных ядер. Начало бо­лее широкому внедрению стандартизации в производство было поло­жено Петром I, со времени правления которого и начинает отсчет рус­ская промышленная стандартизация.

^4Ф 51

В первом собрании законов Российской Империи эпохи Петра 1 был помещен ряд указов, свидетельствующих о том, что в это время в России внедрялись элементы стандартизации и взаимозаменяемо- сти. При постройке флота для Азовского похода в качестве образца была использована галера, по которой были изготовлены остальные галеры. Это дало возможность провести постройку флота быстро и качественно. Особое внимание Петр I уделил стандартизации ору- жейного снаряжения. Так, в указе № 2436 от 15 февраля 1712 г. ска- зано: «А ружье драгунское, так и солдатское, такие и пистолеты, ко- гда будет повелено, делать одним калибером». Несомненный интерес представляет Указ Петра I о качестве от И января 1723 г. Из текста Указа ясны не только требования Государя к качеству продукции (в

данном случае — ружья для армии), но и к сис- теме контроля качест- ва, государственного надзора за ним и меры наказания за выпуск дефектной продукции (рис. 2.2).

Стремясь к расши- рению внешней торгов- ли, Петр I не только ввел технические усло- вия, учитывающие вы- сокие требования ино- странных рынков к ка- честву отечественных товаров, но и организо- вал в Петербурге и Ар- хангельске правительст- венные бракеражные комиссии, которым вме- нялось в обязанность следить за качеством экспортируемого Росси- ей сырья (льна, пеньки, древесины и т.д.).

Развитие промыш- ленности и транспорта в России привело к рас- ширению работ по

Указ

о качестве

яивдря 11 дня 172Э года

Повелевлю доном Тульской флврнкн Кормилу Бслоглазова ВИТЬ кнут** И СОСЛАТЬ НА рлвоту

в монлстирн, понеже «к, подлец, осмелился войску Государства I продлить негодяи* пищали и

тримиу Дмдсрмм ФрОЛА Фуки cntv кнутом и СОСЛАТЬ S

Ада, пусть ие ставит клеймл ка плохие ружья.

Прнкдзлие оружейной кАицелярии из ПетервургА переехать в Тулу и деиио

II НОЩНО ВЛЮСТИ ИСПРАВНОСТЬ ружей.

Пусть дьяки и подьячие смотрят,

КАК АЛЬДерМАЛЫ КЛММА СТАВЯТ, вуДВ

сомнение возьмет, самим проверить и осмотром н стрельвою. А два р^ркья каждый .месяц стрелять поел ие

дермллд — внть до

Буде Заминка в войске приключлться

при ерджеини о» недогляду дьяков и

ПОДЬЯЧИХ вить ОИУХ кнутьямн иещддие по оголе>виму месту.

Хозяину — 25 кнутов и пени по

чмвоицу за ружь.

Стлршнну Длкде весчусгвпя.

Старшего дьяка отдать в уитер-

_d

bMCA — ОТДАТЬ В I

одьячего лишить воскресной члркн

сроком НА один год.

Новому х**яниу ружейной фАврикн Демидову повелеваю построить

ДЬЯКАМ И ПОДЬЯЧИМ И9ВУ, ДАШ ие

туже хозяйской шли, суде хуже, пусть Демидов ие овнжлется, повелев*» живота лишить.

Петр I

Рис. 2.2. Указ Петра I

стандартизации. В 1860 г. был установлен единый размер железнодо­рожной колеи (1524 мм) и утверждены габаритные нормы приближе­ния строений и подвижного состава. В 1889 г. приняты первые техни­ческие условия на проектирование и сооружение железных дорог, а в 1898 г. — единые технические требования к поставке основных мате­риалов и изделий для нужд железнодорожного транспорта. В 1899 г. был выпущен единый сортамент профилей прокатной стали.

В 1900 г. был принят ряд правил и норм проектирования и экс­плуатации электротехнических устройств.

Внедрение российских национальных стандартов и единых требо­ваний к качеству продукции в дореволюционной России затруднялось из-за большого числа иностранных концессий, владельцы которых применяли свои стандарты. Такое положение привело к распростране­нию в России трех систем мер (аршинной, дюймовой, метрической), которые затрудняли производство продукции и контроль ее качества.

Одним из первых после революции был принят декрет «О введе­нии международной метрической системы мер и весов» (14 сентября 1918 г.), имевший важное значение для развития стандартизации. В

1925. г. создается Комитет по стандартизации, на который возлагается руководство работами по стандартизации в стране и утверждение стандартов, обязательных для всех отраслей народного хозяйства. В

1926. г. был утвержден первый общесоюзный стандарт ОСТ1 «Пшени­ца. Селекционные сорта зерна. Номенклатура». В том же году приня­ты стандарты на новый сортамент стального проката, что позволило сократить число типоразмеров профилей в 6 раз, а также стандарты на метрическую и дюймовую резьбу, на допуски и посадки, что позволи­ло наладить серийное массовое производство стандартных общемаши­ностроительных деталей. Эти стандарты стали основой для овладения методами передовых зарубежных фирм, таких, как Форд, Тейлор, по контролю качества продукции на основе системы допусков и посадок.

2. Квалиметрическая оценка качества продукции

Научная область, объединяющая количественные методы оценки качества, используемые для обоснования решений, принимаемых при Управлении качеством продукции и стандартизации, называется ква- лиметрией. Основные задачи квалиметрии — определить номенкла­туру необходимых показателей качества изделий и их оптимальных значений, а также разработать методы количественной оценки качест­ва, создать методику учета изменения качества во времени.

В квалиметрической оценке качества продукции различают по­нятия свойств и показателей качества. Качественную или количествен-

53

ную характеристику любых свойств или состояний продукции называ- ют признаком продукции. При изменении свойств изделий изме- няются показатели качества (рис. 2.3). Показатель качества, являясь внешним выражением свойства в конкретных условиях, позволяет су- дить о наличии самого свойства. Свойство продукции проявляется при ее создании, эксплуатации и потреблении. Стандартизирована номенк- латура свойств и показателей качества. В номенклатуре свойств выделяют свойства основной функции из- делий (качества функционирования изделий) и потребительские свойст- ва. К числу основных относят свойства отдельных изделий (точность, надежность) и свойства совокупности изделий (взаимозаменяемость, стабильность). Потребительские свойства проявляются в процессе по- требления при удовлетворении материальных и культурных потребно- стей определенных групп продукций. Они определяют эффективность использования изделий по назначению, их социальную значимость, практическую полезность и эстетическое совершенство. Структура по- требительских свойств служит основой для формирования перечня но- менклатуры потребительских показателей качества, они классифициру- ются по характеру удовлетворяемых потребностей: свойства социально- го назначения; свойство социальной направленности; свойство, характе- ризующее соответствие изделия оптимальному ассортименту; моральное старение; функциональные свойства в полезности потребления; эргоно- мические свойства изделий; эстетические свойства изделий: безопас- ность изделий в потреблении: экологические свойства. В номенклатуре показателей качества продукции устанавливается перечень наименований количественных характеристик свойств продук- ции, входящих в состав качест- ва продукции и обеспечиваю- щих возможность оценки ее уровня качества. Показатели качества продукции в зависи- мости от характера решаемых задач по оценке уровня качест- ва продукции классифицируют по различным признакам на всех стадиях жизненного цикла изделий. Для качества функ- ционирования изделий перво- степенное значение имеют по- казатели групп назначения, на- дежности, технологичности, уни- фикации, экономические. 54 Признак продукции Качественный признак
		■5
II		1 £
11		1
* £		1
§1		I

Количественный признак (параметр продукции) ЕП	‘5
	IS-
	B-S
	о

2 S-

El

Показатель качества продукции

Рис. 2.3. Связь понятий качества продукции

Свойства и показатели качества продукции регламентируются в стандартах и технических условиях, используются при проведении сертификации, экспертизе технической документации и опытных об­разцов, в документах, определяющих договорно-правовые отношения ро специализации и кооперированию производства.

3. Свойства качества функционирования изделий

Взаимозаменяемость. Взаимозаменяемость имеет огромное народ­нохозяйственное значение и обеспечивается единством научно-техни­ческих, экономических и организационных мероприятий. Она является одной из важнейших предпосылок организации серийного и массового производства, способствует широкому кооперированию производств, основанных на изготовлении многочисленных комплектующих эле­ментов изделий машиностроения на различных специализированных предприятиях. Взаимозаменяемость позволяет не только лучше орга­низовать производство изделий, но и сократить сроки и повысить ка­чество их ремонта в процессе эксплуатации. Обеспечение взаимозаме­няемости в заводском изготовлении дешевле, чем при монтаже вне за­вода; в эксплуатации бывает дешевле заменить, чем ремонтировать. _л Взаимозаменяемость — одно из средств достижения окончатель­ного результата в повышении качества изделий. Она предполагает црн большей стоимости изготовления деталей достичь наименьшей стоимости сборки и монтажа, снижая общие затраты на производство цзделий.

Взаимозаменяемость как свойство совокупности изделий. Взаимозаменяемость — это свойство элемента (детали, сборочной единицы), обеспечивающее возможность его применения вместо другого с одинаковыми параметрами без дополнительной об­работки с сохранением заданного качества изделия, в состав которого оно входит. Взаимозаменяемость является основным свойством сово­купности изделий, определяющим качество продукции, и характери­зуется интенсивностью, наличием отношений между элементами из­делий с учетом общности и специфичности, внешним и внутренним проявлениями.

Свойство взаимозаменяемости является интенсивным, и его связы­вают с количественной оценкой свойства с помощью номинальных ве­личин N₉ предельных отклонений и допусков Т параметров элементов. Допустимое распределение параметра Р формально может быть запи­сано: Р = N kj Т. Изменение параметров является признаком проявле­ния свойства и позволяет судить о его наличии. Допуск выступает как ^мера перехода изделия в другое качественное состояние.

55

Общность и специфичность проявляется в делении взаимозаменяе­мости на полную и неполную, определяемые методом ее обеспечения. Полная взаимозаменяемость достигается системой аддитивных допус­ков с их арифметическим сложением, неполная — допущением пере­крывающихся допусков с применением компенсаторов, теоретико-ве- роятностного расчета, группового подбора, пригонки.

Членение изделия на элементы по ступеням иерархической струк­туры изделия обнаружило внутреннее и внешнее проявление свойства и привело к делению взаимозаменяемости на внутреннюю и внешнюю. Внешняя взаимозаменяемость относится к изделию, внутренняя — к элементам изделия с учетом ступени расположения объекта взаимоза­меняемости. Иерархическая структура организует связи и отношения взаимозаменяемых элементов в рамках всего изделия от допуска тех­нических требований до допуска исходного параметра первичного эле­мента, что позволяет выбирать оптимальные сочетания между допус­ками показателя качества и допусками входящих параметров.

Совместимость свойства взаимозаменяемости указывает на связь ее с другими качественными свойствами — точностью, надежностью, стабильностью.

Экспликация взаимозаменяемости. Экспликация означа­ет перевод интуитивных представлений о взаимозаменяемости в ранг строгих математических понятий. Она получает удобную интерпрета­цию на языке теории отношения путем рассмотрения отношений по­рядка по вертикали и эквивалентности по горизонтали.

Условием отношения порядка является рефлексивность (х < х), ан­тисимметричность (из х < у и у < х вытекает х = х), транзитивность (х < у и у < z, то х < z). По отношению порядка строятся иерархиче­ские схемы показателей качества. Укрупнение по иерархической схеме составляет методическую основу синтеза с постепенным переходом единичных показателей (ПК,) соответствующих уровней в комплекс­ный показатель ПК*:

ПК* = /(Z ПК,).

Показатели качества формируются сверху вниз по ступеням иерар­хии при условии, что снизу вверх поступает необходимая информация. Общий показатель качества ПК* как функция составляющих z, имеет вид ПК* = ф (z\, Z2, z_n) (/ = 1, ri). В свою очередь z, функциональ­но связан с определяющими параметрами x_f (j = 1, ..., к). Поэтому ПК* =/ (х|, Х2, х*) и отклонения качества ДПК, обусловленные ва­

риацией параметров Ах_у, можно представить некоторым соотношением АПК = F(AX], Дх₂, А**) или в допусках ПК = F\T_xu 7**)- 56

а) б)

Рис. 2.4. Графы композиции бинарных отношений взаимозаменяемости: а — эквивалентность; 6 — толерантность

^к На каждой ступени отношения порядка допусков существуют иые меры количественных оценок в соответствии с функциональ свойствами, и их допуски устанавливаются в разных шкалах из ния. Например, если в подшипнике скольжения допуск целого св щ взаимозаменяемости назначается в единицах измерения moi трения, то допуск на составляющие свойства взаимозаменяемости И, втулки низшей ступени назначается в единицах длины (мкм).

J Экспликация взаимозаменяемости распространяется на сво совокупности элементов с условиями рефлексивности (х - х), си! (дойности (х ~ у, у ~ х), транзитивности (х ~ у, у z, х - z), отнои эквивалентности. Эквивалентность — частный случай толерантн Так как для него обязательна транзитивность (рис. 2.4, а, б).

< Точность в машиностроении. Свойством основной функции ОДй (функционирование), достижение и обеспечение которой выз! Наибольшие трудности и затраты в процессе производства, явл Точность. Под точностью понимают свойство, характеризуемо* Фаыо соответствия реальных объектов их идеальным прототипа№ личественным критерием точности служит погрешность А — для < Ш отклонений геометрических параметров, а дефект — для оценк ЧРетва основного материала и сварного шва по физическим пар, Рам (ГОСТ 15467—79). Погрешности или дефекты бывают дву: АОв — разрешенные (регламентируются допуском) и неразрешеш

Величину G, обратную погрешности Л, называют мерой точн ® = 1/А. Она указывает, что точность стремится к оо с приближе Погрешности к нулю: G ~ 1/А; lim G —> оо.

^м д=о

Чем больше значение меры G, тем выше точность.

Рост выпуска изделий машиностроения сопровождается повышени­ем точности показателей качества.

Точность — понятие сложное и включает три ее разновидности: конструкторскую, технологическую и эксплуатационную.

Конструкторскую точность рассматривают в период проектных ра­бот и определяют погрешности, заложенные в рабочем принципе, с учетом влияния на функционирование и стоимость изделий. Основной принцип конструирования не должен иметь погрешности. Погрешно­сти могут быть уменьшены путем улучшения данного рабочего прин­ципа или устранены выбором другого с допустимой погрешностью. На повышение точности в проектной работе воздействуют путем повыше­ния специальных знаний, изучения литературы, консультаций с экс­пертом и целесообразной коллективной работой, личной критической оценкой.

Технологическую точность рассматривают в производстве изделий. Применяют три вида воздействия на технологическую точность: устра­нение, компенсацию и учет.

Самыми действенными мерами воздействия на технологическую точность являются меры, которые сводятся к устранению причин об­разования погрешностей. Это сопровождается большими издержками на производстве.

Средствами компенсации воздействия на точность являются уже­сточение точности, введение конструкции с кратчайшей размерной це­пью, введение компенсаторов.

Учет погрешности рекомендован, когда устранение погрешностей регламентируется затратами.

Эксплуатационная точность зависит от времени вследствие износа: механического, коррозионного, эрозионного. Технологическую и экс­плуатационную точность находят из данных о конструкторской точно­сти, используя коэффициент точности как отношение погрешностей между технологической и конструкторской точностью.

Коэффициент динамичен, так как он зависит от стоимостных пока­зателей, в большей или меньшей мере изменяющихся во времени.

Экспликация точности распространяется на свойство единичных элементов с условиями рефлексивности (х - х), симметричности (х ~ у, у ~ х), отношения толерантности. Отношение толерантности — есть общий случай к отношению эквивалентности из-за отсутствия транзи­тивности (см. рис. 2.4).

Надежность в машиностроении. Развитие техники по важнейшим направлениям ограничивается требованиями надежности. Современ­ные технические средства состоят из множеств взаимодействующих изделий и их составных частей. Отказ в работе хотя бы одного ответ­

58

_ственного элемента сложной системы без резервирования может при­вести к нарушению работы всей системы, к браку изделий, простою оборудования, иногда к аварии, связанной с опасностью для человече­ской жизни. Повышение надежности изделий является одной из важ­нейших народнохозяйственных задач, это огромный резерв повышения эффективности использования продукции и производительности обще­ственного труда. При недостаточной надежности изделий машины из­готовляют в большем, чем нужно, количестве, что ведет к перерасходу металла, излишкам производственных мощностей, завышению расхо­дов на ремонт и эксплуатацию. Надежность в проблеме качества имеет свою собственную меру характеристики изделия. Надежность является одним из аспектов качества, отражает свойства изделия сохранять тре­буемые качественные показатели в течение всего периода эксплуата­ции, представляет качество во времени.

Определение надежности. Надежность — это вероятность того, что изделие будет выполнять свои функции в соответствии с за­данными требованиями в намеченный период времени при определен­ных условиях. Период времени, в течение которого изделие функцио­нирует удовлетворительно, представляет основной интерес при изме­нении надежности, поскольку это мера надежности изделия. При про­ведении испытаний для определения срока службы обычно измеряется рремя до отказа каждой единицы выборки, и на основе этого выводит­ся средний срок службы совокупности, из которой взята выборка На этом основании делаются попытки вывести вероятность отказа до на­ступления среднего времени наработки до отказа.

В сущности, надежность связана с двумя главными областями ана­лиза. Первая представляет собой создание системы, надежность кото­рой выше, чем надежность отдельных деталей. Этот анализ имеет дело с изучением физического поведения элементов, которые функциональ­но связаны различными способами.

Область анализа второго рода представляет собой оценку надежно­сти отдельных деталей, включенных в систему.

Параметры надежности. Когда детали или системы, постро­енные из деталей, находятся в работе, могут наблюдаться три типа от­казов: ранний, случайный и отказ, связанный с износом. Первый тип отказов имеет меньшее значение при расчетах надежности. Если опре­делена и исправлена причина раннего отказа и принята правильная по­литика в области ремонта, этот вид отказов не должен встречаться при Дальнейшей работе оборудования. Таким образом, надежность дорабо­танного оборудования характеризуется вероятностью случайного отка­за и отказа, связанного с износом. Случайные отказы имеют экспонен­циальное распределение с постоянным отказом и частотой замены. От­

59

казы, связанные с износом, имеют нормальное распределение (или ло­гарифмическое нормальное распределение) с резким увеличением нор­мы отказов в период износа и стабильной нормой замены после перио­да стабильной работы.

Частота случайного отказа и отказа, связанного с износом, вместе определяют надежность оборудования. Для расчетов надежности или определения оптимальных графиков предупредительного ремонта должны быть известны отдельно распределения случайных отказов и отказов, связанных с износом.

Важное значение имеют такие параметры совокупности, как сред­нее время наработки до отказа X, средний срок до износа 5 и среднее квадратичное отказов в связи с износом. Параметр X используется для вычисления вероятности того, что в периоды между предшество­вавшим и капитальным ремонтами не будет случайных отказов.

Ясно, что все три параметра (А,, 5 и а§) совокупности деталей изме­няются в зависимости от предельных нагрузок, при которых работают детали. Такие законы управления надежностью при измерении нагру­зок неизвестны. Когда требуется высокоточное измерение надежности, необходимо провести лабораторное испытание деталей при нагрузках, идентичных тем, при которых они будут работать.

Срок службы изделий. При определении вероятности про­должительности безотказной работы обычно используется экспоненци­альная функция распределения наработки до отказа. Эта функция зада­ется формулой

где х — время; X— среднее время наработки до отказа. Поскольку X > 0 и х > 0, функция убывает при /(дс) = -Ц- для дс = 0.

Вероятность отказа в интервале (0, t) выражается с помощью инте­грала

Вероятность отсутствия отказа до времени /, называемая также функцией надежности R(t), равна

R(t) = \-[] -е-'^/х] = е-'^д

60

Испытание надежности оборудования в случае экспоненциального распределения относительно простое, так как при этом необходимо лишь определить величину X с помощью испытания.

Частота отказов G(t, At) определяется как вероятность отказа в ин­тервале от / до (/ + At), деленная на вероятность безотказной работы до периода времени t и умноженная на 1/А/, т.е.

G(t, At) = —— р 1 е^х,х dr = - fl - е^ы,х 1 . д*Л(0 «'> к ы^{L J}

Степень риска Z(t) или мгновенная частота отказов определяется как предел частоты отказов, когда At приближается к нулю, т.е.

- е~‘^1Х

При экспоненциальном распределении частота отказов является постоянной величиной и равна обратной величине среднего времени наработки до отказа.

При определении надежности характер распределения находится с помощью эксперимента, а затем выборочные данные испытаний ис­пользуются для подтверждения правильности предполагаемого распре­деления данных, характеризующих срок службы.

Принятие решения. Если при испытаниях срока службы на­блюдается экспоненциальное распределение, то необходимо опреде­лить, больше или меньше величина Х_у характеризующая среднее время наработки до отказа совокупности по сравнению с заданной величиной Хо, т.е. Hqi X > Ао, Н\ш X Ло.

Это испытание гипотезы основывается на наблюдаемых значениях величины отказов выборки, полученной на основе данных испытания.

< Проверка гипотезы в случае отказа, связанного с износом, включа­ет нормальное распределение, при этом обращается внимание на то, что вероятность среднего срока службы, связанного с износом 5, мо­жет быть больше или меньше заданной величины 5о, т.е. Но: 8 = So, Ну: 8 = 8, > 8₀.

Эта проверка гипотезы основывается на /-распределении и осуще­ствляется обычным способом.

При испытаниях надежности необходимо определить параметры совокупности. Так, в случае экспоненциального распределения п изде­лий подвергается испытанию определенный отказ г. Максимально ‘близкая оценка среднего времени наработки до отказа равна

61

. Ха„⁺ (" ■ ^гк.„ х = -=i

г

где наблюдаемые значения jc, „ располагаются в порядке отказа. Оцен­ка доверительного интервала (1-а) среднего времени наработки до от­каза имеет вид

2 ri 2 ri

in ’^2r’

Процедуры принятия решения при экспоненциальном распределе­нии включают относительно простые вычисления.

Надежность и качество. Роль обеспечения качества в управлении надежностью продукции зависит от вида продукции и ор­ганизации производства. Надежность является свойством качества, действующим во времени, так как другие свойства качества характе­ризуют его в специфической временнбй ситуации во время производ­ства и в функционировании. В такой связи управление надежностью естественно становится составным звеном системы управления каче­ством. Изделие не будет иметь надежность большую, чем заложена конструктором, отклонения могут быть только по чистой случайно­сти. Конструктор несет главную ответственность за надежность изде­лия, отсюда следует, что обеспечение надежности является частью конструирования.

Необходимым условием повышения надежности является инфор­мативность, получаемая от потребителя, и профессионализм персона­ла, занятого обеспечением надежности на всех стадиях жизненного цикла.

Надежность обусловливает точность и взаимозаменяемость.

Эффективность использования промышленной продукции. Под

эффектом принято понимать результат определенного действия, а под эф­фективностью— свойство создавать эффект, результативность (рис. 2.5).

Эффектом называются желательные с позиции данной цели ре­зультаты от создания (проектирование, производство) до применения (эксплуатация) объектов машиностроения. Эффектом может быть удовлетворение любых потребностей населения и народного хозяйст­ва, достижение определенных технических характеристик машин, дос­тижение любых экономических, социальных и других целей. Эффект бывает полезным и вредным. Под полезным эффектом понимается вы­полняемая изделием работа или отдача за определенный период време­ни, которая может выражаться в натуральных или стоимостных вели­чинах.

62

Полные затраты на создание и эксплуатацию

Эффективность использования продукции

изделий

Качество

продукции

Качество

эксппуатации

продукции

Эксплуа тационная (потреби тельская ) ситуация

можно рассматривать как отрицательный экономи- ческий эффект.

Функциона­

льная

£ПОСОбнОСТ£

Достижение полезных результатов при использо-

Работоспособность

Отказ

рании изделий в конкрет- р_ис 2.5. Зависимость эффективности использования НОЙ Эксплуатационной СИ- продукции от факторов

туации с учетом эксплуа­тационных затрат называют эффективностью использования изделий. Меру как показатель эффективности классифицируют в двух направлениях: по принципу определения эффекта и по принципу вида отношения между эффектом Э и затратами С

где эффекты Э и затраты С могут быть выражены в технических, де- . нежных или условных единицах.

В ряде случаев приходится учитывать наличие двух видов эффек­тов: полезных (повышение коэффициента полезного действия) и по­бочных или вредных (образование температурных деформаций, шума, коррозии).

Если фиксированы затраты С, то Ц = Э -> max.

Если фиксируются эффекты Э (например, в случае, когда фиксиро­ваны показатели качества, которые удовлетворяются), то Ц = С —> min.

Общей функциональной характеристикой эффективности использо­вания изделий является техническое состояние, определяемое двумя ключевыми понятиями — работоспособность и отказ.

Работоспособность—это состояние изделия, при котором бно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения задан­иях параметров в пределах, установленных нормативно-технической Документацией (НТД).

Техническая документация на всех уровнях стандартизации преду­сматривает уровень внешних воздействий, методы технического об­служивания и ремонта, нормы и допустимые отклонения от установ­ленных параметров. Таким образом, работоспособность изделия связа­на не только со «способностью работать», т.е. выполнять необходимые Функции, но и с тем, чтобы при этом выходные параметры (показатели Качества) изделия находились в допустимых пределах функционально­го порога. Разность между допустимыми пределами позволяет устано­вить допуск, по которому обеспечивается взаимозаменяемость.

Ц = Э/С,

63

Отказ —это событие, заключающееся в нарушении работоспо­собности изделия. Отказ возникает через некоторый период времени, который является случайной величиной.

Эксплуатационная ситуация включает: цели и режим ис­пользования изделий (у изделий многофункционального назначения бывает несколько вариантов использования); условия внешней среды (температура, влажность, запыленность, агрессивная среда, вибрации); число единиц используемых изделий.

Эксплуатационная ситуация либо уменьшает, либо восстанавливает работоспособность машины, продлевая доотказное состояние. Она ха­рактеризуется условиями, в которых эксплуатируется изделие, поддер­жанием технического состояния и режимами работы.

Рассеивание нагрузок, скоростей, температур, влажности, запылен­ности и других показателей среды, в которых работает машина, явля­ется основной причиной случайного характера процесса изменения вы­ходных параметров изделия.

Окружающая среда оказывает существенное влияние на работу тех машин, которые функционируют вне заводских помещений и имеют непосредственный контакт с атмосферой или иной средой. Особенно широк диапазон внешних условий для транспортных машин, функцио­нирующих в различных климатических зонах.

Изделия, эксплуатация которых происходит в стационарных заво­дских условиях, тем не менее часто воспринимают разнообразные на­грузки, имеют непостоянные циклы работы, испытывают воздействия от соседних машин и агрегатов. Поэтому выявление спектра эксплуа­тационных нагрузок, действующих на изделие и его элементы, и их вероятностные характеристики являются необходимым условием для анализа и прогнозирования технического состояния, поддержания взаимозаменяемости при эксплуатации.

В задачу определения спектра эксплуатационных нагрузок входит также оценка условий, в которых протекает работа изделия и кото­рые оказывают существенное влияние на интенсивность процессов старения.

Факторы эксплуатационной ситуации должны устанавливаться и учитываться в проектировании конструкции.

Объединение работоспособности с отказом приводит к рассмотре­нию двух видов состояний: бинарное состояние — исправное и неис­правное (отказ); исправное доотказное состояние рассматривается как область обеспечения качества механизмом управляющих воздействий из числа компонентов дисциплины (метод оптимизации параметров, технические измерения и контроль, стандартизация).

64

В целом характер взаимодействия работоспособности и отказа от- ражает закон единства борьбы и противоположностей. В процессе экс- . цдуатации эта «борьба противоположностей» постоянно сопутствует Ороцессу функционирования изделия. Работоспособность переходит в Нарушение (отказ), а нарушение — в работоспособность. Эти взаимо- дротивоположные возможности реализуются не одновременно.

Трудности полного математического описания эффективности ис- пользования изделия заставили пользоваться обычными, более при- вычными представлениями и оценкой в зависимости от факто- ров— качества изделия по стадиям жизненного цикла и эксплуатаци- онной ситуации (среды обитания).

Обеспечение взаимозаменяемости. Разработана алгоритмическая модель формирования взаимозаменяемости при проектировании (ряс. 2.6). Формирование носило типовой характер с итерационной по- следовательностью: синтез — анализ — принятие решения. На послед-

рем строилась его формализация как сис- темы целенаправлен- ного обеспечения ка- чества изделий в ма- шиностроении с заим- ствованием принципа Диверсии, схем переда- ющ размера с помощью Цепочки эталонов, ос- новных норм взаимо- заменяемости на базе [Стандартизации.

| Проводится коли- чественная оценка па- |раметров изделия и "обоснование исходных рванных в виде показа- ^Телей качества ПК и ■ограничений при со- блюдении техническо- : го уровня изделия (мо- дули 1, 2).

В массиве ПК ор- ганизуются связи и от-

ношения через ранжи- р_ис 2.6. Алгоритмическая модель модульного формиро- Рование В виде разного вания взаимозаменяемости при конструировании

S-4523 65

рода иерархии отношения порядка в соответствии с функциональной структурой и блочно-модульным принципом построения изделия. На разных ступенях иерархии ПК, начиная с технических требований и кончая требованиями к точности детали, существуют разные меры ко­личественной оценки ПК и их величины, допускаемые отклонения ус­танавливаются в разных шкалах измерений. Иерархическая схема ПК уточняется отношением порядка со свойствами рефлексивности, тран­зитивности и антисимметричности. Выявляется массив альтернатив из функциональных параметров, определяющий ресурс повышения ПК.

Переходом от взаимозаменяемости однотипных изделий к много- типным решается задача обеспечения заменяемости в блочно-модуль­ном построении (модуль 3). Происходит заменяемость одного из эле­ментов комплекса изделия с одними параметрами на элемент с други­ми параметрами без изменения эффективности функционирования комплекса. Замена происходит по величине параметра, что особенно важно при реализации методов стандартизации — агрегатирования, унификации. Разработана процедура построения математических моде­лей оптимизации параметров деталей машин.

Удовлетворение требованиям к точности построением математиче­ских моделей функционирования и оптимизации осуществляется по­становкой модуля 4. В построении математической модели функцио­нирования исходят из функционального анализа точности изделий, при котором предварительно определяют параметры и допуски по за­данным отклонениям показателей качества с учетом физического принципа работы изделия. При этом отклонение показателя качества АПК является функцией трех параметрических групп: АПК =fiV; Q; А), где V—оптимальное значение совокупного отклонения оптималь­ных значений функциональных параметров деталей и изделия в целом; Q — параметрическая группа функциональных свойств изделия (энер­гетическое, механическое, метрическое) и свойств материала детали; А _т— параметрическая группа геометрических параметров детали.

Разработана процедура построения математических моделей функционирования для моделирования функциональных структур комплексов.

В настоящее время разрабатывают методические подходы к по­строению и изучению математических моделей оптимизации парамет­ров взаимозаменяемых элементов по функциональным свойствам. Унификация работ по оптимизации предусматривает использование базовых математических моделей, агрегатирование математических моделей из унифицированных блоков, что сокращает трудоемкость и повышает надежность оптимизации в обеспечении взаимозаменяемо­сти (модули 5, 6).

66

Распространение решений задач точности одиночных изделий на их совокупность подводит к решению проблемы взаимозаменяемости методами полной и неполной взаимозаменяемости. В неполной взаи­мозаменяемости (модули 7, 8) вводится вероятностная мера оценки точности системы с выбором допустимого риска р₀ отказа взаимозаме­няемости или, наоборот, надежности у₀ = (1 — Ро) обеспечения взаи­мозаменяемости из соотношений

шах Р(г\а)<Р₀, minp(x^J,a)>y₀,

aeG_a

X a eG_a, X* eG_x,

где Ро — риск от несоответствия функциональному допуску; X^х — га- рантирующая система обеспечения взаимозаменяемости; G_x — множе­ство систем обеспечения взаимозаменяемости; a — параметр неопре­деленности в конструкторско-технологических решениях, не удовле­творяющий требованиям по качеству при наличии технологических и метрологических погрешностей; G_a — полное множество значений па­раметров неопределенности на множестве G_x.

Вероятностная мера определяется конструкторско-технологически­ми решениями при разработке самого изделия, а также конкретными условиями сборочного производства и параметрами комплектующих. Значения параметров допустимого риска ро или надежности уо уста­навливаются из условия экономически выгодного распределения объе­мов работ между процессами изготовления деталей и сборкой изделия.

Сопоставление содержания модулей 6 и 7 показывает, что взаимо­заменяемость экономически противопоставляется пригонке и является новой концепцией повышения эффективности использования продук­ции. Взаимозаменяемость в одном случае на реализацию требует до­полнительных затрат, в другом — приводит к их сокращению. Напри­мер, к дополнительным затратам относят: дополнительное вложение усилий разработчиков; создание новых технологических формаций в виде гибких автоматизированных технологических систем, создание точных технологического оборудования, контрольно-измерительных "Приборов и рабочего инструмента; более дорогой технический кон- *троль; сложную систему стандартизации.

Сокращение затрат достигается: сокращением времени на сборку; Упрощением ремонта заменой вышедших из строя частей; переходом к проектированию серийной конструкции взамен индивидуальной с при­менением блочно-модульного принципа на базе унификации, агрегати­рования и взаимозаменяемости; улучшением рыночной обстановки.

⁵* 67