книги из ГПНТБ / Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин

ния в массовом количестве датчиков, выдающих сигналы с каж­ дого рабочего места на перфоратор). Поэтому, несмотря на большие преимущества в использовании перфорационных карт

вкачестве первичного документа, начинать организацию сбора

онадежности с применения перфокарт было бы нецелесооб­

разно.

Некоторые организации, проводящие сбор информации о на­ дежности из сферы эксплуатации, используют карточки или паспорта. Карточки применяют при ручной обработке, при ма­ шинной обработке более удобны паспорта. Карточки обычно сшивают в блокноты. На карточках блокнота помещают по­ дробную инструкцию по их заполнению. При заполнении кар­ точек их отделяют от блокнота и высылают на место обра­ ботки.

В карточке (паспорте) должны быть ответы на следующие вопросы: способ применения изделия (временной график рабо­ ты, количество отработанных станко-часов, характер обрабаты­ ваемых материалов и др.) ; условия, в которых эксплуатируется (испытывается) изделие; пределы изменения характеристик эле­ ментов, составляющих изделие; возможные причины возникно­ вения неисправностей; виды неисправностей; условия, при кото­ рых возникают неисправности; наработка изделия до появления неисправности; количество циклов (включений) на момент об­ наружения неисправности; продолжительность поиска и устра­ нения неисправного элемента; типы и количество замененных элементов; затраты, необходимые для устранения неисправ­ ности.

Сведения по этим вопросам объединяются в группы для удобства заполнения и обработки карточки (паспорта). Напри­ мер, информация о месте неисправности включает сведения о номере изделия, заводе-изготовителе, объекте, на котором экс­ плуатируется изделие, о типе и номере сборочной единицы, в ко­ торой обнаружена неисправность, о типе и номере элемента, по вине которого отказало изделие, и месте этого элемента в сбо­ рочной единице данного типа. Информация о времени обнару­ жения неисправности содержит сведения о дате и времени обна­ ружения неисправности, наработке изделия, количестве вклю­ чений с начала изготовления. Информация об условиях, в которых произошла неисправность, включает данные о при­ знаках и причинах появления неисправности, о режиме работы изделия при обнаружении неисправности.

При механизированном способе обработки данные, сосредо­ точенные в таблицах, необходимо представить в цифровой фор­ ме. Для этого каждому признаку присваивается условное циф­ ровое обозначение. Это относится в основном к признакам, име­

Для представления их в цифровой форме создаются шифры, для чего проводят специальное исследование, которое сводится к выделению существенных признаков и занесения их в табли­ цы. Всю информацию, используемую для получения характери­ стик надежности, шифруют. Шифрование может проводиться как на месте учета сведений, так и на месте их обработки. Со­ вокупность всех шифров составляет код.

Самым экономичным является однозначный код, построен­ ный по порядковой системе кодирования, когда каждому виду изделия присваивается порядковый номер. Код устройств, вхо­ дящих в изделие, может быть трехзначным, цифры которого со­ ответствуют расположению устройств в изделии. Первый знак кода строится по порядковой системе с цифрами от 1 до 9 и обозначает тип изделия. Второй и третий знаки служат для шифрования каждого устройства.

Для построения кода элементов может быть использован шестизначный смешанный код. При этом первые два знака кода, обозначающие наименование элементов, строятся по порядко­ вой системе, третий и четвертый знаки, указывающие тип эле­ мента,— по серийной системе, последние знаки отводятся для учета распределения различных типов элементов.

Работы по сбору информации о надежности могут быть на­ чаты с момента изготовления и испытаний экспериментальных образцов. Сбор информации в этом случае может преследовать две основные цели: выработку рекомендаций по устранению ошибок в техническом задании на конструирование и отработ­ ку технологических процессов и проведение предварительной оценки надежности проектируемого образца.

На этапе изготовления изделия основной целью контроля и сбора информации является определение влияния на надеж­ ность изделий соблюдения технологических факторов: материа­ лы, точность, процесс изготовления, качество поверхности, а также выполнения требований по организации труда и произ­ водства. При массовом производстве для выполнения первой задачи применяются методы статистического контроля со специ­ фическими формами документов. Для выполнения второй зада­ чи используются документы системы бездефектного изготовле­ ния продукции.

Обработка статистической информации о надежности

Обработка информации о надежности начинается с проверки поступивших сообщений, которые заключаются в тщательном контроле полноты и достоверности информации по каждому из­

делию.

Затем проводится систематизация собранного материала. При этом всю информацию по данной неисправности, зафикси­ рованную в карточке, можно принять как основу информации.

Все эти сведения помещают в таблицы, в каждой строке кото­ рой зафиксированы данные об отдельном элементе информа­ ции. Элементам информации соответствуют определенные при­ знаки, характеризующие изделие, они, располагаясь в опреде­ ленном порядке, дают возможность выделить однородные неисправности.

Таблицы являются компактной формой регистрации инфор­ мации. Таблица, построенная даже для относительно малого числа элементов информации, может показать, следует ли за­ трачивать время на накопление всех сведений о режимах ис­ пользования, обслуживания и изменениях в изделии. С помощью таблиц можно обнаружить такие связи, которые помогут уста­ новить, нужно ли продолжать накопление этих сведений, и на­ метить в дальнейшем необходимость проведения дополнитель­ ных исследований для выявления недостатков в изделии.

Для соблюдения однородности статистических данных необ­ ходимо в таблицу заносить сведения только по тем изделиям, которые обладают общими признаками. Для каждой таблицы обычно выбирают не более четырех наиболее существенных признаков.

Сведения о работе и отказах, полученные при эксплуатации, могут быть использованы только при учете условий, в которых происходила эксплуатация изделия. Сведения должны быть распределены в таблицах в зависимости от этих условий. При этом учитывают следующие признаки: интенсивность эксплуата­ ции; варианты использования изделий; виды нагрузок, их уровни и порядок чередований; виды технического обслуживания и ре­ монтов; квалификацию и оснащенность обслуживающего пер­ сонала [89].

При классификации по этим признакам можно считать те или иные изделия однотипными при различных сочетаниях приз­ наков. Так, в одном случае под однотипным понимают станки, изготовленные определенным заводом, в другом — станки, изго­ товленные в определенном году, и т. д. При этом в первую оче­ редь стремятся объединить информацию, учитывающую меньшее количество признаков. По мере накопления статистического ма­ териала количество признаков, определяющих однородность информации, может быть увеличено.

При заполнении таблиц часть сведений может не включаться в них. Так, для расчета среднего времени восстановления в таб­ лицу не заносят сведения об устранении неисправностей, запись о которых была проведена в период планового ремонта. Из рас­ четов могут быть исключены также сведения за тот период вре­ мени, в который запись проводилась нерегулярно.

Выбор средств обработки существенно зависит от объема поступающей информации. Так, при поступлении в месяц около' 2—3 тыс. документов применяется ручной учет. Если же ежеме­ сячно необходимо обработать до 10 тыс. документов, применя­

ются средства малой механизации, а свыше 10 тыс.— исполь­ зуются счетно-перфорационные машины. Анализ показывает* что наибольший удельный вес времени в общей трудоемкости ручной обработки занимает операция заполнения сведений (око­ ло 26%) и их корректировка (около 20%). На кодирование све­ дений приходится примерно 12% общей трудоемкости работ. Таким образом, почти 60% трудоемкости работ при сборе и об­ работке занимают операции заполнения, корректировки и коди­ рования информации. Поэтому там, где это возможно, необходи­ мо применять системы автоматического сбора и обработки ин­ формации.

Исследования показывают, что применение электронно-цифро­ вых вычислительных машин, обладающих развитой системой команд, позволяет непосредственно за один цикл обработки по­ лучить все характеристики надежности, включая и законы распределения. Однако использование серийных электронно-циф­ ровых вычислительных машин (ЭЦВМ) для обработки стати­ стической информации о надежности представляется малоэффек­ тивным, так как основная часть машинного времени (около

специальных ЭЦВМ, предназначенных для обработки большого количества информации [89].

Для машинной обработки информации часто применяют счетно-перфорационные машины. При поступлении карточек (паспортов) на машиносчетную станцию проводится операция проверки приведенных в них сведений и заполнение таблиц об­ работки. Сведения из таблиц переносят на перфокарты по зара­ нее установленной схеме, в которой для каждого сообщения предусмотрено определенное число колонок в перфокарте. Числоколонок в перфокарте на каждое сообщение выделяют в зависи­ мости от количества цифр, которыми кодируются данные сооб­ щения. В результате получают массив перфокарт.

Перфокарты сортируют по типам изделий, числу проведен­ ных средних и капитальных ремонтов, характеру выполняемых операций и другим признакам, обеспечивающим получение одно­ родной информации. Сортировка перфокарт позволяет не только иметь полную характеристику данных, но и выявить комбинации интересующих признаков. После проведения сортировок перфо­ карты раскладывают в порядке увеличения наработки и печа­ тают табуляграммы. Табуляция является основной операцией* во время которой производится обработка отсортированных пер­ фокарт и выдача результатов в виде табуляграмм (сводок). По­ рядок обработки информации определяется схемой коммутации* которая составляется для каждого вида таблиц. Если же для об­ работки используется система с краевой перфорацией, последо­ вательность обработки остается такой же. При этом выборка статистического материала для проведения конкретного исследо-

вания или получение требуемых характеристик надежности осу­ ществляется на устройствах вибрационного типа.

При оценке количественных показателей надежности основ­ ными величинами расчетов являются число отказов и величина наработки.

Показатели надежности изделия не могут быть измерены не­ посредственно. Показатели, полученные по статистическим дан­ ным, являются величинами случайными. Поэтому возникает необходимость на основании значений, которые принимают слу­ чайные величины, найти статистические оценки некоторых пара­ метров. Оценки должны обладать определенными свойствами: несмещенности, состоятельности и эффективности. Указанными свойствами обладают средние арифметические величины. Рас­ смотрим формулы для определения некоторых из показателей надежности [89].

Одним из основных показателей надежности неремонтируемых изделий является средняя наработка до отказа (Гср). Этот показатель определяется по формуле

П

где ti — значение наработки до первого отказа; і — номер изделия в партии; п — количество всех изделий в партии.

Другим показателем надежности неремонтируемых изделий является интенсивность отказов неремонтируемых изделий, от­ казавших в единицу времени при условии, что отказавшие изде­ лия не заменяются исправными K(t).

Интенсивность отказов определяется для малых промежутков

N — начальное число изделий;

Пі — общее число отказавших изделий к началу рассмат­ риваемого промежутка времени.

Построенная по этим значениям кривая даст функцию интен­ сивности отказов X(t) в зависимости от времени наработки.

Для ремонтируемых изделий одним из основных показателей надежности является наработка на отказ Г, т. е. среднее значе­ ние наработки ремонтируемого изделия между отказами:

где Гн — наработка от начала сбора данных до первого отказа, между отказами и от последнего отказа до момента по-

где 2 /Ï — суммарная наработка і-го изделия; mm — суммарное число отказов і-го изделия;

N — количество однотипных изделий.

Показателем надежности ремонтируемого изделия, получае­ мым по статистическим данным, является также среднее время, затраченное на отыскание и устранение одного отказа. Обычно этот показатель определяют без учета времени, затраченного на устранение отказов при проведении профилактических работ. Его называют средним временем восстановления Тв и определя­ ют по формуле

на устранение і-го отказа).

При наличии в ремонтируемом изделии нескольких устройств среднее время восстановления может быть рассчитано следую­ щим образом:

Тв = Т 2 щ Т ві.

Вероятность того, что ремонтируемое изделие будет работо­ способным в любой момент времени, определяют по формуле

где Кг — коэффициент готовности; Т — наработка на отказ;

Тв — общее время, затраченное на отыскание и устранение отказов и неисправностей.

Коэффициент готовности (Кг) означает вероятность того, что изделие будет работоспособно в произвольный момент времени в промежутке между плановыми техническими обслуживаниями. По статистической информации можно определить также коэффициент восстановления ресурса (КР) как отношение ресур­ са капитально отремонтированного изделия к среднему ресурсу того же изделия до капитального ремонта.

Для ремонтируемых изделий рассчитывается коэффициент технического использования (Ким), который представляет собой долю наработки изделия (в часах) за период сбора данных к сумме наработки и времени всех простоев, использованных на техническое обслуживание и текущие ремонты за тот же период. Коэффициент технического использования определяют из выра­ жения

По статистическим данным можно определить срок службы изделия (календарную продолжительность эксплуатации изде­ лия) и срок службы изделия до предельного состояния (кален­ дарную продолжительность эксплуатации изделия до достиже­ ния им предельного состояния). Можно определить и другие технические показатели в зависимости от конкретного типа из­ делия, его назначения, особенностей и условий эксплуатации; например, для электронно-вычислительных машин одним из час­ то употребляемых показателей, характеризующих надежность, является среднее время полезной работы в сутки.

Полученные по приведенным выше формулам оценки надеж­ ности в статистике называют точечными. Они используются только с указанием точности их получения. Оценка показателей надежности по статистической информации в соответствии с при­ веденными выше формулами должна даваться вместе с количест­ венной оценкой точности полученных результатов. Оценка точно­ сти полученных результатов должна осуществляться как при рас­ чете показателей надежности изделий, так и расчете показателей технологических процессов.

Правила статистического регулирования по оценке качества технологических процессов методом медиан и индивидуальных значений (х — Хі) регламентируются ГОСТом 15893—70.

Технологический процесс производства изделий включает: объект производства, средства для изготовления изделий, техно­ логическую документацию и организацию работ. Объекты про­

в чертежах, технических условиях на изготовление и приемку и должны быть обеспечены в производстве с определенной сте­ пенью надежности. Наряду с техническими показателями быва­ ет необходимо обеспечивать определенный уровень рентабельно­ сти производства, определяемый экономическими показателями. Средства производства (станки, оборудование, оснастка) также имеют показатели, определяющие эксплуатационные свойства изготовляемых изделий и рентабельность производства (точ­ ность, производительность, надежность и др.).

Техническая документация регламентирует режимы, условия, последовательность изготовления изделий и их качество. В связи с этим технологические процессы должны характеризоваться определенной надежностью. Под технологической надежностью процессов производства следует понимать степень соответствия технологических факторов (обрабатываемый материал, обору­ дование, оснастка, режимы) процессов производства основным эксплуатационным свойствам изделий, указанным в технических условиях на изготовление и приемку изделий. Методика анализа технологических процессов на технологическую надежность предусматривает группу показателей, характеризующих степень соответствия основных технологических факторов требованиям по точности, износостойкости, прочности и другим эксплуатаци­ онным свойствам изделий.

Показателями технологической надежности могут быть: ве­ роятность выпуска изделий, соответствующих техническим усло­ виям на изготовление и приемку: Р„ = 1 — КШ (JV — общее ко­ личество изделий, изготовленных за определенный период вре­ мени; К — количество изделий, изготовленных за этот же период, но несоответствующих техническим условиям); по­ казатель надежности настройки станка пли другого техноло­ гического оборудования; коэффициент нормативной надежно­ сти и др.

Понятие нормативной надежности дает количественную оцен­ ку качества продукции по каждому виду испытания отдельно и по всем видам испытаний вместе взятым, а также определяет

ность следует исчислять в двух случаях: когда частный коэффи­ циент нормативной надежности вычисляется по каждому виду испытаний и когда общий коэффициент ее исчисляется по всем видам испытаний, установленных стандартами и техническими условиями. Общий коэффициент подсчитывается на основе всей совокупности испытаний.

Практика организации статистических исследований в обла­ сти производства и эксплуатации машин выработала ряд общих рекомендаций, которые надо учитывать при анализе информа­ ции о надежности.

Объем статистического материала должен в первую очередь позволять определить законы распределения с достаточной для практики достоверностью. Обычно достаточно иметь 150—200 значений наработки для каждого типа машин, эксплуатируемых в одинаковых условиях. В первую очередь это относится к режи­ мам работы.

При оценке надежности изделий машиностроения следует определить так называемый период приработки. Период прира­ ботки — это тот период, в течение которого основной причиной неисправностей оборудования являются скрытые дефекты, не

обнаруженные в процессе производства на заводах-изготови- телях.

Рассматривая данные, характеризующие надежность, следует обращать внимание на процессы, происходящие в изделиях и приводящие к внезапным и постепенным отказам. Распределение отказов на внезапные и постепенные важно потому, что для рас­ четов надежности по этим отказам применяются принципиально различные методы.

Характер изменения величины среднего времени наработки

Рис. 10. Интенсивность отказов А, как функция числа циклов N или времени работы t:

/ — кривая старения (изменения параметров); 2 — область случайных отказов из-за обслуживания; 3 — область отказов, свойственных природе изделия

на отказ Т и среднего времени восстановления Тв изделий нужно

при оценке их надежности должны быть объединены по видам доработок и изменений.

При исследовании статистических материалов о повреждени­ ях изделий можно заключить, что повреждения являются след­ ствием ошибок, допущенных при проектировании, эксплуатации или изготовлении изделий.

Обработка статистических материалов по отказам изделий позволяет устанавливать закономерности, которым подчиняются эти случайные величины. Так, например, вероятность выхода из строя машин в зависимости от времени их работы может быть постоянной, возрастающей или попеременно возрастающей и убывающей в зависимости от вида закона распределения време­ ни выхода из строя.

Ошибки измерений часто описываются нормальным законом распределения. Многие изделия, если можно пренебречь ката­ строфическими отказами, выходят из строя вследствие износа. Срок службы таких изделий имеет нормальное распределение. У многих изделий наблюдается повышенное количество отказов в период приработки. Если время приработки невелико, заводыизготовители производят приработку изделий как технологичес­ кую операцию перед их выпуском. Зависимость интенсивности отказов К от времени работы t или числа циклов N представлена