книги из ГПНТБ / Стандартизация и качество машин учеб. пособие

ния и различных подвижных соединений пропорционален величине рабочих зазоров в них и, следовательно, может явиться индикатором ■степени изношенности деталей.

Кроме шумовых сигналов, для установления диагноза можно использовать также возникающие в машине механические колеба­ ния, которые являются первопричиной возникновения шума при ра­ боте машины. Другими источниками информации о состоянии ма­ шины может служить, например, температура корпуса, прозрач­ ность выхлопных газов, состояние смазки, расход горючего.

Причиной возникновения шума при работе машины или измене­ ния другого контролируемого параметра могут быть различные ■сопрягаемые детали или узлы машины. Однако исследователя в данный момент может интересовать состояние только одного узла. Поэтому одна из задач технической диагностики сводится к тому, чтобы из общего шума, создаваемого машиной, выделить только те сигналы, которые исходят из интересующего нас объекта, т. е. устранить сигналы-помехи и оставить сигнал-информатор. Реше­ ние этой задачи производится в основном двумя методами: времен­ ным и спектральным.

При первом методе составляется характеристика протекания из­ мерения контролируемого параметра по времени. Такой характери­ стикой может являться, например, осциллограмма колебаний ме­ ханизма. Зная продолжительность удара и периодичность соударе­ ний (например, поршня), можно на осциллограмме выделить участ­ ки колебаний, характерные для исследуемого узла.

При спектральном методе полученный спектр колебаний разла­ гается на составляющие его гармоники. Как правило, каждому узлу соответствуют различные частоты, амплитуды или начальные

•фазы. Таким образом удается привязать интересующие нас колеба­ ния к определенному узлу машины.

Не менее сложной задачей технической диагностики является создание методов, позволяющих устанавливать-зависимость сигна­ лов, излучаемых исследуемым механизмом, от его состояния.

Техническая диагностика включает в себя задачи, связанные ■с организацией оптимальных процедур проверки технического со­ стояния систем, а также методы и технические средства решения этих задач.

Таким образом, предметом технической диагностики является комплекс задач, возникающих при организации проверки техниче­ ского состояния сложных объектов. Основными из них являются следующие:

построение математических моделей объектов; построение формальными методами программ проверки объ­

ектов; выбор или создание технических средств проверки состояния

объектов.

Проверка технического состояния каждого объекта в общем слу­ чае сводится к подаче на него внешних воздействий и измерению

350

реакции объекта на эти воздействия. При этом объектом исследо­ вания могут быть такие системы, которые удовлетворяют двум усло­ виям:

системы могут находиться по крайней мере в двух взаимоисклю­ чающих и различных состояниях (например, в работоспособном и неработоспособном);

в системах могут быть выделены элементы, каждый из которых тоже характеризуется различными состояниями.

Большое значение имеет создание специальных станций диагно­ стики автомобилей, организованное в Литовской ССР. Это позво­ лило сократить объем технического обслуживания автомобиля на 25—30%, полнее использовать ресурс работы механизмов и агрега­ тов, исключить излишние работы по разборке и сборке. На станции (обслуживают только два лаборанта) ежедневно диагностику про­ ходит 18—20% автомобилей. Для проведения всех проверочных испытаний требуется 40 мин. На станции диагностики можно прове­ рять и определять:

тяговое усилие на ведущих колесах и мощность двигателя (на специальном испытательном стенде);

• количество и давление газов, прорывающихся в картер двигате­ ля (с помощью газового счетчика и вакуумметра);

расход топлива при заданной скорости движения автомобиля; состав отработанных газов (газоанализатором); правильность установки зажигания;

исправность действия приборов зажигания (при помощи пере­ носного прибора проверки зажигания);

давление, создаваемое топливным насосом; действие и точность показания спидометра; действие тормозов;

действие и герметичность подъемного механизма автомобилясамосвала при давлении в рабочем цилиндре 55—65 кгс/см2;

точность показаний указателей давления масла, уровня бензи­ на и температуры воды в головке цилиндров путем сравнения с по­ казаниями эталонных приборов.

Основными диагностическими тестами автомобилей являются: контрольный расход топлива, путь свободного качения автомобиля,, путь и время разгона до заданной скорости, легкость управления.

Для диагностики может применяться также прослушивание с по­ мощью стетоскопа двигателя, коробки передач, главной передачи; контроль состояния агрегатов трансмиссии может производиться по> их рабочей температуре.

Ускоренные испытания машин. Показатели надежности машив могут быть определены путем обработки информации, полученной

врезультате наблюдений за работой некоторого количества маши»

взаданных условиях, соответствующих их назначению. Такое на­ блюдение в теории' вероятностей называется опытом или испытани­ ем. Все испытания машин (ГОСТ 13216—67) делятся на определи­ тельные и контрольные.

15Ь

увеличение концентрации агрессивных или абразивных элемен­ тов в среде, что ускоряет процессы изнашивания, корродирования* химического разрушения материалов;

увеличения электрического напряжения при испытаниях элек­ трических и электронных машин и приборов;

увеличение температуры, влажности окружающей среды, интен­ сивности ультрафиолетового или у-облучения, что ускоряет процес­ сы старения полимерных и других материалов;

3) изучение закономерностей изменения во времени параметро машины, по которым регистрируется отказ. Например, если установ­ лена закономерность износа, то, измерив интенсивность износа в- процессе кратковременных испытаний, можно путем экстраполяции

При планировании ускоренных испытаний очень важно устано­ вить оптимальные режимы форсирования с тем, чтобы при мини­ мальной продолжительности эксперимента получить достоверные данные о надежности. Так, например, при ликвидации простоев долговечность подшипника скольжения, работающего в режиме граничного трения или трения без смазки, может понизиться за счет перегрева, а долговечность подшипника, работающего в гидродина­ мическом режиме, может увеличиться за счет исключения моментовпуска и остановки. При увеличении нагрузки может измениться ха­ рактер разрушения.

Основным критерием правильности назначенного режима яв­ ляется сохранение физической сущности процесса, приводящего к. отказу при ускоренных испытаниях и при нормальной эксплуатации изделия, и, следовательно, сохранение вида разрушения.

Степень форсирования испытаний принято оценивать коэффи­ циентом ускорения /Су, который равен отношению времени работы, изделия (детали) до отказа в нормальных условиях к времени рабо­ ты на форсированном режиме. В конкретных случаях Ку может оп­ ределяться косвенно через параметры режимов нагружения.

Другим ответственным моментом является выбор методики, оценки фактической долговечности объекта по результатам уско­ ренных испытаний. Такие методики и рекомендации по их примене­ нию разработаны, но их изучение не входит в задачу настоящего курса.

В качестве примера рассмотрим два метода ускоренных испыта­ ний образцов на выносливость, нашедших широкое практическое применение.

М е т о д л и н е й н о г о у в е л и ч е н и я н а г р у з к и (метод Про) применяется для ускоренного определения предела выносли­ вости. При этом методе используется соотношение

°шах “Ь 0—Ь (94)-

153'

а — скорость возрастания нагрузки, характеризующая увеличение напряжения за цикл, кгс/мм2 цикл;

сг- 1 — предел выносливости; К, п — постоянные коэффициенты.

Из формулы (94) видно, что если результаты испытании нанести

на график в координатах аШах, Та, то они расположатся на прямой, точка пересечения которой с осью ординат даст величину предела выносливости (принимается, что л =1/2). Испытания начинают при напряжении, составляющем 0,6—0,8 предполагаемого предела вы­ носливости образца. Испытанию подвергают несколько групп об­ разцов. Каждую группу испытывают с различными скоростями а.

Образцы испытывают при нагрузке, линейно увеличивающейся во времени вплоть до разрушения образца (рис. 57).

Рис. 57. Результаты испытаний образцов из стали ЭИ612 по методу Про

Метод одноступенчатого нагружения (метод X. Б. Кордовского) применяется для определения долговечности образцов, работающих при сравнительно малом номинальном нагружении стнИспытания проводят в следующем порядке. Группу образцов из Ki штук испы­ тывают на повышенном уровне нагрузки ак до разрушения, фикси­ руют число циклов, при котором произошло разрушение каждого образца:

N iK ) ; №3(ак), . . . , NKl (ак).

Вычисляют среднее значение числа циклов

154

Затем группу из iC2 образцов испытывают сначала на малом

Полученные значения подставляют в систему уравнений (98), из которой определяют искомую долговечность N(aB) при нагрузке ав:

155

§ 14. ОСНОВЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Для современного машиностроения типичен переход от проекти­ рования отдельных машин к созданию технических систем и систем машин. Так, например, нельзя проектировать современный пасса­ жирский самолет без создания соответствующего аэродромного оборудования, необходимого для его обслуживания, т. е. без всего ^комплекса элементов, составляющих техническую систему. Автома­ тическую линию механической обработки нельзя создавать без уче­ та взаимодействия с другими подразделениями предприятия: ин- -струментальным цехом, транспортными службами, литейными и за­ готовительными цехами. Типичным примером системы машин яв­ ляется система колесных машин, предназначенных для транспорт­ ных перевозок, сельскохозяйственных работ, погрузочно-разгрузоч­ ных и других операций.

Наличие широких кооперативных связей и специализации про­ изводства приводит к тому, что требуемый уровень качества отдель­ ных машин невозможно обеспечить без того, чтобы определенными

•свойствами не обладали все комплектующие изделия и материалы. В свою очередь показатели качества всех видов продукции опреде­ ляются уровнем технологии, состоянием технологического оборудо­ вания, методами контроля и испытаний. Говоря о факторах, опре­ деляющих уровень качества определенного вида изделий, необходи­ мо учитывать также систему планирования уровня качества, систе­ му ценообразования и целый ряд других факторов. В укрупненном виде все факторы, определяющие уровень качества, можно подраз-

.делить на организационные, технические, экономические, правовые

•и социальные. Все эти факторы функционируют в тесной взаимосвя­ зи и должны рассматриваться как элементы некоторой системы, со­ держащей большое количество связей. Кроме того, известно, что качество продукции должно закладываться на стадии научных ис­ следований и проектирования, обеспечиваться в процессе изготовле­ ния, реализовываться в процессе эксплуатации и ремонта. Эти три стадии тесно взаимосвязаны, и качество продукции не может быть обеспечено при появлении серьезных отклонений хотя бы в одной из

них. В настоящее время проблема качества не может быть решена путем воздействий на отдельные элементы или группы факторов. Необходима организация единого научного управления качеством

В. В. Бойцов писал: «Поскольку проблема качества продукции сей­ час уже не может быть решена какими-либо отдельными, даже су­ щественными мерами совершенствования методов и средств произ­ водства, в СССР создаются предпосылки для ее решения на базе организации государственного управления качеством, в основе кото­ рого лежит стандартизация в самом широком ее понимании».

В общем случае основные принципы системного подхода к ре­ шению какой-либо проблемы базируются на следующих теоретиче­ ских положениях.

Под системой понимается организованное множество, образую­ щее целостное единство. Каждая система обладает следующими свойствами:

1. Система представляет собой целостный комплекс взаимосвя­ занных элементов. Например, при рассмотрении системы «машины для земляных работ» ее элементами будут: экскаватор, погрузчик, бульдозер, грейдер, дорожный каток. Для системы «подшипник ка­ чения» элементами будут являться: наружные и внутренние кольца, сепаратар, тела качения. Элементами системы «управление качест­ вом продукции» могут являться правовые, экономические, организа­ ционные и технические факторы.

2. Система образует единство со средой. Так, систему управления качеством необходимо рассматривать в зависимости от производст­ венных отношений конкретной среды, от уровня науки и техники, т. е. в конкретной исторической обстановке.

3.Каждая исследуемая система представляет собой элемент си­ стемы более высокого порядка. Например, система управления ка­ чеством продукции является элементом системы управления народ­ ным хозяйством. Система «подшипник качения» является элементом системы «машина».

4.Элемент системы может рассматриваться как система более низкого порядка. Так, элементами системы управления качеством продукции являются государственная система аттестации качества, государственная система надзора за внедрением и соблюдением

стандартов. Относительно системы управления качеством продук­ ции две названные системы должны рассматриваться как ее эле­ менты (подсистемы).

Необходимой принадлежностью целостной системы является наличие связей. Под связями следует понимать, например, зависи­ мости между показателями качества машины и ее деталей (долго­ вечностью фрикционных сочленений и механическими свойствами материалов). Связи бывают как количественные, так и качествен­ ные. Количество связей должно быть системообразующим, т. е. их

1 5 7

число должно быть таким, чтобы они позволяли полностью решить поставленную задачу.

Совокупность связей должна образовывать структуру, позво­ ляющую строить иерархическую зависимость на различных уров­ нях. В каждой системе следует отличать структуру, для характери­ стики которой учитывается не все разнообразие элементов связей в отношении системы, а лишь нечто устойчивое, сохраняющееся. Иерархическую структуру будут образовывать, например, различ­ ные уровни управления качеством: государственный уровень, отрас­ левой, уровень предприятий.

Количественные связи должны подразделяться на жестко детер­ минированные и вероятностно-статистические.

Общая теория систем делает попытку выявить некоторые зако­ номерности любых систем, поэтому она должна абстрагироваться от их несущественных различий, особенностей, упрощать эти системы. Фактически такое упрощение есть выделение устойчивых элементов, их связей и отношений, общих для всех систем.

Если степень упрощения высока, то упрощение может легко пе­ рейти в сверхупрощение. В этом случае общая теория систем не бу­ дет эффективной для изучения всех достаточно сложных систем.

Например, при изучении системы «автомобиль» его можно рас­ членить на отдельные узлы, узлы — на детали. В свою очередь за элементы детали можно принимать кристаллы, молекулы, атомы и т. д. При таком подходе количество элементов и связей в системе будет бесконечно большим. Поэтому системный подход устанавли­ вает, что в зависимости от поставленной перед исследователем за­ дачи необходимо ограничиваться только основными элементами и связями, отбрасывая второстепенные, не нужные для цели иссле­ дования. Безусловно, при оценке к. п. д. автомобиля нет необходи­ мости рассматривать атомно-молекулярную структуру его деталей.

Исследование систем в общем случае должно содержать три этапа: содержательное исследование, формализацию и квантифи­ кацию.

С о д е р ж а т е л ь н о е и с с л е д о в а н и е сводится к описанию системы, качественному описанию связей между элементами систем.

Ф о р м а л и з а ц и я включает схематическое и математическое описание .системы и связей между ее элементами. Основным путем формализации является моделирование, которое может быть иллю­ стративным, описательным, количественным или качественным.

К в а н т и ф и к а ц и я — количественное выражение качествен­ ных признаков. Это наиболее сложный этап, сводящийся в основ­ ном к установлению требований, предъявляемых к качеству элемен­ тов, исходя из установленных требований к качеству системы (пря­ мая задача), а также к тому, чтобы установить, например, в какой степени показатели качества элементов влияют на соответствующие показатели качества системы (обратная задача).

Понятие управления возникло как результат обобщения некото­ рых закономерностей живой природы, общества и техники. Под уп­

158

равлением понимается способность живой природы использовать информацию. Поэтому понятие «управление» неприменимо к нежи­ вой природе. По этому поводу В. А. Трапезников писал: «Управле­ ние не существовало до появления жизни, оно возникло вместе с ее зарождением. Никто не сможет оспорить тот очевидный факт, что без системы управления не мог бы существовать ни один живой организм».

В неживой природе также существуют «механизмы», подобные механизму управления по принципу обратной связи. Эти явления называются авторегуляцией, т. е. способностью системы возвращать­ ся к прежнему, нарушенному возмущениями состоянию (например, физические и химические явления).

Понятие «управление» неразрывно связано с кибернетикой. Ки­ бернетика изучает управляющие системы с точки зрения преобразо­ вания информации, поэтому основным звеном теоретической кибер­ нетики является теория управляющих систем, т. е. теория устройств, которые осуществляют переработку информации в соответствии с заданным алгоритмом. Академик А. Н. Колмогоров дает следующее определение кибернетики: «Кибернетика — наука о способах вос­ приятия, хранения, переработки и использования информации в ма­ шинах, живых организмах и их объединениях... Кибернетика изу­ чает машинные, живые организмы и их объединения исключительно с точки зрения их способности воспринимать определенную «ин­ формацию», сохранять эту информацию в «памяти», передавать ее по каналам «связи» и перерабатывать ее в «сигналы», направляю­ щие их деятельность в соответствующую сторону. Процессы вос­ приятия информации, ее хранения и передачи называются в кибер­ нетике связью, переработка воспринятой информации в сигналы, на­ правляющие деятельность машин и организмов, — управлением».

Необходимым элементом управления является регулирование. Под регулированием понимается процесс обеспечения заданной устойчивости системы. Основная функция регуляторов — ограниче­ ние возмущений, действующих на систему. Регулятор ставится между системой и возмущениями с целью сохранения устойчивости кибернетических систем. Управление отличается от регулирования тем, что дает возможность изменить состояние системы, например, по некоторой программе, посредством совершенного регулятора.

Эшби определяет возмущение как то, что переводит систему из одного состояния в другое. Так как состояние системы характери­ зуется определенным разнообразием (информационным содержани­ ем), то перевод системы из одного состояния в другое есть измене­ ние ее разнообразия. Однако не всякое изменение системы совмести­ мо с ее существованием; отдельные возмущения могут приводить к исчезновению (гибели) системы.

Если система находится в пределах допустимых состояний, то го­ ворят, что она устойчива (или замкнута) относительно данных воз­ мущений. Устойчивость системы может быть достигнута двумя путя­ ми: пассивной преградой и активной защитой.

159