книги из ГПНТБ / Силаев, И. С. Система КАНАРСПИ в действии (основные направления повышения качества и надежности изделий)

ских факторов: быстрой смены высоких и низких температур,

давлений, повышенной влажности, запыленности, солнечной радиации, морского тумана и т. д. Нейтрализация отрица­ тельного действия всех этих факторов требует создания спе­ циальной защиты конструкций машин и оборудования (теплоизоляции и повышенного отвода тепла, герметизации

отдельных приборов и отсеков, виброзащиты, всеклиматиче­ ской антикоррозийной защиты и т. д.), в связи с чем труд­ ности обеспечения надежности машины резко возрастают.

50 WO 150 200 250 300 Т,°С

Рис. 6. Результаты испытаний при повышенных температурах образцов из алюминиевого спла­ ва 2024-Т4:

1 — усталостная прочность; 2 — прочность на растяже­

Вместе с ростом числа приборов в системах самолета рас­ тут параметры систем: электрические нагрузки, тепловые ре­ жимы, давления.

Возрастание сложности машин сопровождается тенден­ цией к относительному и абсолютному уменьшению их

объемов.

В условиях большой плотности насыщения объемов ма­

шины увеличивается трудоемкость монтажных работ, слож­ ность их выполнения, становится труднее обеспечивать необ­

21

ходимые эксплуатационные зазоры между отдельными агре­ гатами, хорошую амортизацию и т. д. Опыт эксплуатации

показывает, что с насыщением машин сложным оборудова­ нием количество дефектов в системах значительно увеличи­

вается. Чтобы избежать этого, приходится разрабатывать и

реализовывать сложные комплексы специальных меро­ приятий.

Быстрое моральное старение изделий. В условиях научно-

технической революции почти все отрасли техники претерпе­

вают быстрый качественный рост. Появление новых машин, имеющих более высокие технико-экономические показатели, ускоряет срок морального старения существующих машин, делает экономически нецелесообразным их производство и эксплуатацию. Поэтому быстрое обновление морально уста­

ревших машин и систем является настоятельной необхо­ димостью.

Рис. 7. Огибающая тенденций роста скоростей судов:

I — галеры; 2 — парусные суда; 3— суда с паровьпм двигателем; 4 — суда с двигателей внутреннего сгорания (ДВС); 5 — суда с паровой турбиной; 6 — суда с газотурбинной установкой; 7 — суда на воздуш­ ной подушке; 8 — суда на подводных крыльях с ДВС; 9 — суда на подводных крыльях с турбо-реактивным двигателем

За последние 20 лет темп замены изделий в производстве качественно новыми увеличился, например, по судам более чем в 5 раз (рис. 7). Таким образом, время нахождения изде­ лий в производстве резко сокращается и становится соизме­ римым с увеличивающимся из-за сложности изделий време­ нем подготовки производства. В связи с этим центр тяжести проблемы обеспечения качества смещается на этап подготов­ ки производства.

22

В условиях быстрого морального старения машин поня­

тие качественного изделия, применительно к конкретному ви­ ду изделий, часто относительно и может оцениваться конку­ рентоспособностью на внешнем рынке, т. е. соответствием уровню качества лучших мировых образцов. Создание конку­ рентоспособных изделий требует строгой системы, наиболее полно фокусирующей все научно-технические достижения

при воплощении технических замыслов в чертежи, обеспечи­ вающей надежное прогнозирование и управление процессами формирования конкурентоспособности изделия на стадии проектирования и изготовления. Эта система требует разра­ ботки и освоения в производстве новых изделий в кратчай­ шие сроки, что входит в противоречие с требованиями про­ грамм обеспечения надежности и подготовки производства,

основных причин появления некачественных или ненадежных изделий.

Развитие науки и техники, вызывающее быстрое мораль­

ное старение машин, в то же время дает в руки человека и мощные средства для повышения надежности машин и си­

стем. Надо только научиться умело и как можно полнее использовать эти возможности.

Весьма эффективным средством, предотвращающим быст­ рое моральное старение дорогостоящих машин, является их модернизация в ходе серийного производства.

Сложность организации разработки и производства но­ вых машин. В создании машины участвуют специалисты раз­

этих условиях трудно координировать их работу, проводить систему испытаний и комплексные исследования по единому плану.

Кооперация производства, при которой материалы и обо­

рудование для одной машины поставляют сотни предприя­ тий, относящихся к различным отраслям промышленности,

также затрудняет координацию работы заводов. Дополни­

тельные трудности создаются в результате территориального удаления зависимых друг от друга заводов, их нахождения

в различной ведомственной подчиненности. Предприятия име­ ют различный технический уровень и квалификацию кадров,

производственные и организационные особенности и тради­ ции. К тому же отдельные предприятия, которым поставляют свою продукцию завод-поставщик, предъявляют весьма раз­ личные требования к качеству этой продукции.

23

На качестве и надежности машин сказывается также не­ достаточный уровень стандартизации, унификации и преем­

ственности элементов многих машин и систем. Количество стандартных узлов, деталей и приборов, применяемых в но­ вых машинах, еще невелико. Это объясняется прежде всего

тем, что конструкторы при создании машин недостаточно ис­ пользуют стандартное оборудование. Серьезным недостатком

ров СССР принял ряд постановлений, направленны.’; на ко­ ренное улучшение стандартизации. Государственный стан­ дарт, имеющий силу закона, призван согласовывать требо­ вания к качеству продукции различных отраслей народного хозяйства и быть важным инструментом в решении задачи повышения качества, надежности и долговечности продукции.

Госстандартом СССР проводится большая работа по совер­ шенствованию существующих стандартов и разработке новых.

современных машин, многообразие материалов и технологи­

ческих процессов, применяемых при их изготовлении, требу­ ют огромного объема технологического оснащения при запу­ ске нового изделия в производство. Примерный перечень

специальной технологической оснастки, изготовляемой при постановке серийного производства новой сложной машины, приведен в табл. 1.

24

Ограниченные возможности служб подготовки производ­ ства не всегда позволяют изготовить всю технологическую и

контрольную оснастку к началу серийного производства, поэтому зачастую серийное производство новой машины начи­ нается без достаточного технологического оснащения. В этих условиях усложняется задача обеспечения геометрической и физической взаимозаменяемости деталей, узлов и агрегатов машин.

Широкая номенклатура деталей затрудняет планирование

и организацию поточного производства, транспортировки и

складирования деталей, узлов и готовых изделий, организа­ цию контроля готовой продукции. Эти трудности увеличива­ ются еще и в связи с тем, что заводы, как правило, изготов­

ляют несколько модификаций основного изделия и изделия по другим заказам, а также в связи с беспрерывными кон­

структивными изменениями изделий в ходе серийного произ­ водства. В этих условиях сложно обеспечить строгое соблю­

дение технологического процесса. Для исключения случаев его нарушения необходимо разрабатывать и внедрять спе­ циальные инструкции, системы и положения.

Нестабильность качества. Одной из весьма серьезных

причин отклонений показателей качества от нормы являются ошибки исполнителей, нарушения технологического процес­ са, отклонение от чертежей и технических условий, т. е. то, что обычно называют производственным браком. По этой причине происходит от 10 до 30% отказов изделий в эксплуа­ тации, поэтому борьба за высокое качество работ, за строгое соблюдение требований чертежей, технологии и технических условий является важным звеном в общей цепи мер, направ­ ленных на обеспечение высокого качества и надежности изделий.

Вместе с тем необходимо иметь в виду, что на качество и

надежность изделия неизбежное влияние оказывает разброс характеристик деталей, узлов, агрегатов, который опреде­ ляется видом технологического процесса и физико-химичес­ кими свойствами материала.

Возьмем для примера термическую отработку. Это устано­

вившийся процесс, но и ему присуще неизбежное объектив­ ное рассеивание структуры материала, твердости, статиче­ ской прочности и усталостных характеристик. Поэтому в чер­ тежах указывается не одно значение прочности Kz, а диапа­ зон, в котором должны укладываться все детали этого но­ мера, например Kz= 100± 10 кгс/мм2.

При механической обработке допусками на размер и чи­

стоту поверхности указывают определенные границы рас­

25

сеивания. Из рис. 8 видно, как на выносливость и долговеч­ ность деталей влияет чистота поверхности.

На долговечность изделий оказывает влияние и отклоне­ ние размеров в тонкостенных конструкциях. Эти отклонения могут быть соизмеримы с номинальными значениями разме­ ров деталей. В реальных конструкциях наблюдается суще­ ственное колебание размеров, средних напряжений, усталост­

ных характеристик и других параметров, непосредственно влияющих на прочность и срок службы деталей.

Статическая прочность

Рис. 8. Влияние качества обработки на предел выносли­ вости стали в зависимости от статической прочности:

ных и сборочных работах наблюдается влияние степени за­

тяжки крепежных элементов, монтажных напряжений и т. д. Надежность современных сложных машин во многом за­ висит от качества материалов, полуфабрикатов, комплек­ тующих изделий, которые поставляются по кооперированным поставкам. Надо учитывать, что все материалы, полуфабри­ каты и комплектующие изделия имеют неизбежный в пре­ делах технических условий разброс качественных характе­ ристик: химического состава, механических свойств, устало­

стных характеристик, выходных параметров.

26

Исследования, проведенные с целью выявления характе­ ристик рассеивания пределов прочности, ударной вязкости и других параметров некоторых материалов в состоянии по­ ставки, показали, что значения рассеивания соизмеримы с номинальными значениями и достигают значительной величины.

Отсутствие или недостаточность объектных средств и ме­ тодов оценки качества является также одной из серьезных

причин нестабильности качества изделий. Оценка качества, производимая «на глазок», является субъективной и зависит не только от действительного качества изделий, а во многом

Действие на конструкцию и системы машин внешних фак­

торов. В процессе работы в широком диапазоне климатиче­ ских условий элементы конструкции и системы машин под­

многих полимеров. При низких температурах густеет смазка в подшипниках, покрываются льдом некоторые наружные и

внутренние детали машин и оборудования, а обледенение антенн, например, уменьшает излучаемую мощность и ухуд­

шает условия приема сигналов.

Высокие температуры способствуют распаду органических материалов, потере эластичности резиновых деталей, умень­ шению вязкости масел и пропиточных сред. Повышенная влажность способствует развитию коррозионных процессов.

Увлажнение изоляции электрических устройств и цепей при­ водит к появлению неисправностей, так как образуются токопроводящие мостики, возникают замыкания между вит­ ками трансформаторов, пробои изоляции, утечки в печатных платах. Повышение влажности вызывает снижение чувстви­ тельности радиоприемных устройств, возникновение утечек и замыканий в соединительных кабелях и высокочастотных разъемах. Увеличивая коррозию, повышенная влажность ѵхудшает проводимость контактных соединений в электри­

27

соковольтных выпрямителях, элементах антеннофидерны.' систем, что вызывает нарушения нормальной работы аппара туры. В негермнтизированных системах при пониженном дав лении наблюдается перегрев элементов систем.

Высокая запыленность приводит к быстрому износу тру щихся частей, выходу из строя токонесущих колец элек трических машин, сельсинов, токосъемников. Пыль и влаж ность резко снижают сопротивление изоляции радиоаппара туры, имеющей печатный монтаж.

Тепловое и фотохимическое действие солнечных лучей вы зывает ускоренное окисление материалов органического про исхождения, нежелательное изменение их свойств, разруше

. ние лакокрасочных покрытий.

Под действием солнечных лучей сокращается срок служ бы резиновых деталей, деталей из полимеров, высокочастот

человека, предъявляют новые дополнительные требования обслуживающему персоналу. Замедленная реакция операто

ра, его утомленность или недостаточная внимательность ча сто приводят к нарушению правил эксплуатации машин.

Управление современной машиной — ответственный про цесс, требующий способности мгновенно оценивать меняю щуюся обстановку и принимать соответствующие правиль ные решения. Высокие скорости процессов, сложность рабо чих режимов, многочисленность приборов и индикаторов, за которыми приходится наблюдать оператору в процессе ра

боты, несмотря на наличие многих автоматических систем делают управление современными механизмами весьма труд ным, требующим высоких знаний и большой практической

подготовки.

На качество эксплуатации машин оказывает влияние так­ же недостаточная изученность вопросов технической психо­ логии, эргономики и проектирования машин с учетом Физио­

тельности, различную реакцию на внешние раздражения в

начале и в конце работы. Ограничены возможности человека

времени не находили должного отражения в практике проек­ тирования машин.

28

Часто подготовка операторов, их практическая натрени­ рованность, знание ими материальной части и условий экс­ плуатации оказываются недостаточными, что также приво­

дит к отказам. Особенно это сказывается в начальный пери­

од эксплуатации машины.

Подготовка некоторых сложных современных машин к эксплуатации сопряжена со многими трудностями: много­ численные системы машин нуждаются в одновременной ра­ боте большой группы специалистов, требуют от технического персонала рассредоточения внимания, в результате чего мо­ гут оказаться непроверенными отдельные узлы или элемен­

ты. Кроме того, необходимость проверки большого числа па­ раметров перед пуском машин в эксплуатацию требует дли­ тельного времени.

Средства объективной оценки готовности машин к эксплуатации пока во многих случаях отсутствуют, поэтому

приходится мириться с оценкой по приборам, установленным

на машине, или, в лучшем случае, по универсальным изме­

рительным средствам и приборам. Такая оценка во многом зависит от квалификации и добросовестности исполнителя и является весьма субъективной.

При работе машины оператор получает от приборов мини­ мальную информацию, непосредственно относящуюся к вы­

полняемым машиной функциям. Эта информация является недостаточной для того, чтобы оператор мог судить о степе­ ни надежности работы машин, о приближающихся неполад­ ках или отказах. Нет также средств для оценки состояния надежности агрегатов и систем машин при периодических ос­

мотрах после их работы.

Правильная эксплуатация осложняется также отсутствием в ряде случаев научно обоснованных методов установления сроков регламентных, профилактических и ремонтных работ, проведение которых связано с большой сложностью и трудо­

емкостью.

Неполное знание факторов, определяющих надежность изделий. Увеличение сложности машин, разнообразие внеш­ них и внутренних условий, при которых работают машины и их элементы, сложность взаимосвязей и характера взаимо­

действия отдельных систем и агрегатов приводят к тому, что конструктор при проектировании новой машины во многих случаях не в состоянии предсказать степень ее надежности.

Задавая технические условия на оборудование для новой машины, конструктор зачастую умозрительно или по опыту эксплуатации предыдущих машин задает условия, в которых будет работать оборудование. Часто выявляется, что эти условия в значительной мере отличны от реальных условий

29

нагрузок на каждый элемент требуют многообразного обо­

рудования для проведения испытаний и исследований. Слож­ ность этого оборудования, зачастую отсутствие средств и времени приводят к тому, что многие элементы машин за­

пускаются в серийное производство без всесторонних иссле­

дований и испытаний.

Проведение исследований некоторых явлений не всегда возможно осуществить в лабораторных условиях. Вопросы

же физического, математического моделирования многих яв­ лений разработаны еще недостаточно.

Испытания изделий на надежность и ресурс, как прави­ ло, требуют длительного времени. Натурные испытания вследствие быстрого морального старения техники и частой смены объектов производства иногда провести до начала серийного производства не удается. В таких случаях прибе­ гают к проведению ускоренных испытаний. Существует це­

многих изделий остаются весьма приближенными.

При проведении исследований и испытаний агрегатов и

например, что при исследовании долговечности шарикопод­ шипников минимальный срок службы отличается от макси­ мального в 40—50 раз.

При испытаниях в лабораторных условиях на усталость различных материалов, подвергшихся воздействию нагрузок с постоянной амплитудой (минимальной и максимальной),

результаты отличаются в 10— 15 раз.

Из-за большого разброса результатов испытании на на­ дежность приходится проводить исследования одновременно на большом количестве образцов. Это обстоятельство еще

более усугубляет сложность работ по программе обеспечения надежности, так как к высокой стоимости испытательного оборудования прибавляется стоимость образцов для испыта­ ний. Кроме того, на надежности современных машин сказы­ ваются недостатки в ряде теоретических положений, напри­ мер, отсутствие проверенной практикой теории усталостных разрушений конструкции под воздействием случайных на­ грузок, теории, учитывающей влияние концентрации напря-

30