93

Содержание главы 5

СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ 5 72

5. НАДЕЖНОСТЬ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗДЕЛИЙ РКТ 73

5.1. Проблема качества и надежности машинного парка [1,2] 73

5.2. Предмет науки о надежности. 78

5.2. Основные понятия и показатели 83

5.2.1. Работоспособность и надежность изделий 83

5.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 85

5.2.1. Классификация отказов 86

5.2.2 Показатели надежности систем (машин) 91

5. Надежность в производстве изделий ркт

5.1. Проблема качества и надежности машинного парка [1,2]

Мы переживаем период, когда технические устройства и машины настолько внедрились в нашу жизнь, что без них и общество в целом и каждый из нас не только не смогут нормально функционировать, но окажутся на грани выживания. Человечество срослось с техникой в единую сверхсложную систему, эффективность и жизнеспособность которой зависит от всех ее компонентов. Поэтому от того, какие машины созданы какими конструктивными особенностями они обладают, какие функции выполняют, какие показатели их характеризуют, как машина взаимодействует с людьми и окружающей средой, зависят многие проблемы, стоящие перед человечеством.

Машина это устройство, выполняющее механические движения с целью преобразования энергии, материалов, информации или для совершения какой-либо необходимой работы.

На нашей планете функционирует огромное количество самых разнообразных по конструкции и назначению машин, которые изменяют жизнь людей и окружающую среду.

Несмотря на это разнообразие имеет место общая логика развития всех машин и могут быть найдены единые критерии для оценки степени их совершенства.

В мире идет непрерывный процесс обновления машинного парка: появляются новые образцы машин, совершенствуются существующие, ликвидируются отжившие свой век, экземпляры.

При создании новых машин идет постоянный поиск решений, которые позволят повысить технико-экономические характеристики машины, придать ей новые функции, обеспечить конкурентоспособность.

Для всех без исключения типов машин характерны такие направления их развития, как увеличение степени автоматизации, повышение режимов работы – нагрузок, скоростей, температур, борьба за малые габариты и массу, повышение требований к точности функционирования, к эффективности их работы (производительности, мощности, КПД), объединение машин в системы с едиными управлением.

Особенно характерно для современных машин объединение в одну систему механических устройств и электроники (мехатронные системы), что обеспечивает более широкие возможности по управлению, адаптации к внешним воздействиям, регулированию различных функций.

Для эффективного использования машин необходима, чтобы они обладали высокими показателями качества и надежности.

В философском понимании качество – это неотъемлемая от объекта совокупность признаков, выражающих его специфику и отличие от других объектов.

Под качеством технического устройства понимается обычно совокупность свойств, определяющих степень его пригодности для использования по назначению. Стандарт ИСО (ISO – International Organization for Standardization) дает следующее определение: «Качество – совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности» (ИСО 8402-86).

Поскольку использование любого изделия осуществляется в течение определенного, как правило, длительного периода времени, то под влиянием различных факторов происходит изменение свойств, которые определяют его качество.

Поэтому надежность, которая изучает изменение показателей во времени, является как бы «динамикой качества», его разверткой во времени.

Надежность – это свойство машины сохранять требуемые показатели качества в течение всего периода ее использования (см. ГОСТ 13377-75).

Изменение технических характеристик машины во времени является закономерным проявлением важнейшего и неотъемлемого свойства всех материальных объектов – движения в его философском понимании, ибо ничего неизменного в природе нет.

Можно замелить нежелательные процессы, сделать так, чтобы отклонения качественных показателей машины находились в течение необходимого времени в допустимых пределах, но исключить их полностью нельзя.

Любая машина, выполняя определенные функции, находится во взаимодействии с окружающей средой, с человеком, управляющим машиной, с объектом для которого она предназначена.

При этом возникают разнообразные причинно-следственные связи как формы проявления всеобщей универсальной связи явлений в природе. Накопление количества различных воздействий на машину приводит к эволюции ее качественных показателей и, в соответствии с законами диалектики, к возможности перехода в иное качественное состояния.

Нельзя создать идеальную, абсолютно надежную машину, которая неизменно находилась бы в том же состоянии, что и новая. Изменение качества машины во времени может быть абсолютным и относительным.

Абсолютное изменение качества машины связано с различными процессами, действующими на машину и изменяющими свойства или состояние материалов, из которых она выполнена, за счет чего изменяются показатели машины и происходит ее физическое старение.

Относительное изменение качества машины связано с появлением новых машин с более совершенными характеристиками. Поэтому показатели данной машины становятся более низкими по сравнению со средним уровнем, хотя их абсолютные значения они могут и не измениться

Снижение показателей машины относительно требований сегодняшнего дня приводит к ее моральному износу.

Наука о надежности изучает изменения показателей качества машины под влиянием тех причин, которые приводят только к абсолютным изменениям ее свойств.

Надежность изделия является одним из основных показателей его качества.

Стремление обеспечить высокий уровень качества и надежности является основной движущей силой при создании новых и использовании существующих изделий.

Мероприятия, в этой области, затрагивают все стадии создания и реализации изделия, включая этапы проектирования, изготовления, испытания, хранения и эксплуатации. Популярность получило изображение этих этапов в виде петли (спирали) качества (стандарт ИСО №9004), которая изображена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Петля качества

Каждый этап жизненного цикла машины вносит свою лепту в решение трудной задачи создания машины требуемого уровня надежности с наименьшими затратами времени и средств.

Особое значение для создания высоконадежных машин имеет этап расчета и проектирования изделия, когда закладываются все основные технические характеристики машины.

При проектировании машины устанавливаются и обосновываются необходимые требования к надежности, что обеспечивается за счет конструкции и применяемых материалов. На этой стадии разрабатываются методы защиты машины от различных вредных воздействий, рассматриваются возможности автоматически восстанавливать утраченную работоспособность, оценивается приспособленность машины к ремонту и техническому обслуживанию.

При изготовлении (производстве) машины обеспечивается и контролируется ее надежность, так, как она зависит от качества изготовленных деталей, методов контроля выпускаемой продукции, возможностей управления ходом технологического процесса, от качества сборки машины и ее узлов, методов испытания и доводки и других показателей технологического процесса.

При эксплуатации машины реализуется ее надежность, при этом она зависит от методов и условий эксплуатации машины, принятой системы ее ремонта, методов технического обслуживания, применяемых режимов работы и других эксплуатационных факторов.

Методы повышения качества и надежности, имея общую для всех машин направленность, обладают, как правило, теми или иными специфическими особенностями в зависимости от конструкции, назначения и тех требований, которые предъявляются к конкретному образцу.

В табл. 5.1 приведена классификация машин по их назначению, в которой указаны также основные требования к их техническим характеристикам. Электронно-вычислительные машины включены в данную классификацию условно, поскольку в этих устройствах «механические движения» не являются основными для выполнения заданных функций.

Уровень надежности машины должен быть таким, чтобы при ее использовании в любых, оговоренных техническими условиями (ТУ) ситуациях не возникали отказы, т.е. не нарушалась ее работоспособность. Кроме того, во многих случаях желательно, чтобы машина имела запас надежности для повышения сопротивляемости экстремальным воздействиям, когда машина попадает в условия, не предусмотренные ТУ.

Не все машины обладают таким качеством. Характеристика машин по достигнутому уровню надежности схематично показана на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Уровень надежности машин

Уровень надежности машины оценивается некоторым коэффициентом K (запас надежности), который характеризует поведение машины в нормальных условиях эксплуатации (предусмотренных ТУ) и в экстремальных ситуациях. При К < 1 не обеспечивается необходимая надежность машины и имеется вероятность возникновения отказов, особенно при напряженных режимах работы машины и интенсивном воздействии окружающей среды. При К = 1 машина удовлетворяет всем требованиям надежности, а при К > 1 имеется запас надежности для возможности сохранять работоспособность и функционировать при экстремальных ситуациях.

Кроме того, запас надежности необходим для обеспечения работоспособности машины при ее износе. Износ приводит к постепенному ухудшению технических характеристик машины. Поэтому, чем выше запас надежности, тем дольше при прочих равных условиях, машины будет находится в работоспособном состоянии.

Таблица 5.1. Классификация машин по их назначению

Категория машин	Назначение	Примеры машин	Основные требования
Технологические	Изменение формы и свойств объекта производства	Станки, прессы, прокатные станы, сварочные машины, текстильные, полиграфические, дорожно-строительные	Качество продукции, производительность
Химико-технологические	Получение новых материалов и продуктов	Машины химических и пищевых отраслей промышленности	Качество продукции, производительность, безопасность
Транспортные	Перемещение объекта	Автомобили, самолеты, железнодорожный и водный транспорт, подъемно-транспортные машины	Скорость, безопасность, грузоподъемность
Энергетические	Преобразование одного вида энергии в другой	Электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, турбины, атомные реакторы, паровые котлы	КПД, мощность, безопасность
Сельскохозяйственные	Выращивание и обработка биомассы	Комбайны, доильные агрегаты, чаеуборочные машины	Качество продукции, производительность
Горнодобывающие и обогатительные	Добыча и обработка полезных ископаемых	Буровые установки, дробильное оборудование, промывочные машины	Производительность
Контрольные и испытательные	Оценка параметров объекта	Контрольно-измерительные, испытательные, диагностические агрегаты	Точность и скорость оценок
Счетно-решающие	Решение математических задач	Электронно-вычислительные цифровые и аналоговые машины	Правильность вычислений
Военные	Поражение объекта	Орудия, ракеты, танки, военная авиация	Выполнение боевого задания
Медицинские	Восстановление здоровья человека	Искусственные органы (почки, сердце), хирургические агрегаты	Точность функционирования, безотказность, безопасность
Музыкальные	Исполнение музыкальных произведений	Музыкальные инструменты и автоматы	Качество звука
Развлекательные	Развлечение людей	Игрушки, сувениры, игровые автоматы	Привлекательность

Недостаточный уровень надежности машины (как новой, так и «изношенной») может привести к различным последствиям при нарушении ее работоспособности, основными из которых являются:

гибель изделия, когда оно перестает функционировать в результате поломки, деформации, заклинивания механизмов, возникновения катастрофических процессов (разрушения конструкции, пожара, радиации, химических реакций и др.);

снижения эффективности работы изделия, когда оно способно функционировать, но с меньшими скоростями, КПД, производительностью, мощностью, точностью и другими техническими характеристиками, которые были достигнуты для новой неизношенной машины.

Первая категория последствий является недопустимой, она часто связана не только с уровнем надежности изделия, но и с другими обстоятельствами, которые рассматриваются в проблеме безопасности.

Вторая категория последствий характерна для «нормального» функционирования большинства машин и технических устройств.

Поведение машины с позиций надежности связано с изменением во времени тех ее «выходных» параметров, которые характеризуют назначение и качество машины и должны находится в установленных пределах.

Оценка параметрической надежности машины и анализ причин и последствий изменения ее технических характеристик в процессе длительной эксплуатации является фундаментом всей проблемы надежности.