книги из ГПНТБ / Регулирование качества продукции средствами активного контроля

и какое влияние на работу этих узлов оказывают погрешности раз­

теории случайных функций. В связи с развитием активного контро­

ческих основ автоматического контроля. Это вызывается тем, что современная прикладная метрология рассматривает в основном вопросы, относящиеся к шкальным приборам, измерение на которых

а

Рис. 1. Схема резерва технологической точности и ре­ зерва на износ (о — поле допуска; V — поле рассеи­ вания технологических погрешностей; А — резерв тех­ нологической точности)

ности, понимая под последними положительную разность между величиной допуска и полем рассеивания каких-либо параметров деталей и изделий, т. е. тот запас, с которым погрешности вписыва­ ются в пределы поля допуска (рис. 1,а). Таким образом, при оди­ наковых стандартах качество изделий будет выше там, где име­ ются большие резервы технологической точности. Это можно проиллюстрировать следующим примером. Известно, что отечест­ венные допуски и допуски шведской фирмы СКФ на подшипники

8

качения примерно одинаковы. Однако долговечность подшипни­ ков фирмы СКФ в среднем выше, так как они выпускаются с боль­ шими резервами технологической точности. У подшипников ука­

сти которых также примерно одинаковы, но ресурсы работы отече­ ственных станков и станков лучших зарубежных фирм значительно отличаются. Это также объясняется тем, что наиболее передовые зарубежные фирмы выпускают станки с большими резервами тех­ нологической точности. Так, при изготовлении станков резервы точности у лучших японских фирм составляют 60—75%, т. е. ука­ занные фирмы используют при изготовлении станков только 25—40% поля допуска.

Таким образом, унификация стандартов на какие-либо изделия еще не означает автоматического выравнивания их качества. Последнее возможно только при наличии одинаковых резервов тех­ нологической точности. Следовательно, повышение технологиче­ ской точности — важнейшая предпосылка к переходу на новые, более прогрессивные стандарты. Для того чтобы отечественные из­ делия могли успешно конкурировать на мировом рынке с лучшими изделиями зарубежных фирм, необходимо повышать точность тех­ нологических процессов. Известно, что наибольшее отставание европейских стран от США наблюдается именно в области техноло­ гии, в области технологического обеспечения качества. Высокий уровень технологической точности позволяет лучшим американским фирмам легко выдерживать стандарты, хотя последние в США формально необязательны.

Понятие о резервах технологической точности имеет важней­ шее значение с точки зрения качества изделий. Так, для создания резервов на износ подвижных соединений (заштрихованные участки на рис. 1,6) с целью повышения их долговечности также требуется наличие достаточных резервов технологической точности. Без резер­ вов технологической точности невозможна комплексная автоматиза­ ция технологических процессов, в частности невозможно примене­ ние подналадочных систем.

'"""Когда мы говорим, что качество продукции должно обеспечивать­ ся технологически, то речь идет именно о создании резервов техно­ логической точности. Создание последних является главным содер­ жанием проблемы регулирования качества продукции.

Под регулированием качества следует понимать комплекс ор­ ганизационно-технических мероприятий, направленных на обеспе­ чение необходимого качества (точности) размерных или других параметров изделий в самом процессе их получения, включая в этот комплекс и контроль качества как органическую, составную часть процесса его регулирования. Главным содержанием пробле­ мы регулирования качества являются вопросы регулирования тех­ нологической точности и обеспечения точностной надежности, т. е.

9

вопросы удержания размеров деталей внутри поля допуска с не­ обходимым запасом (резервом) технологической точности.

На современном этапе развития промышленности, когда на пер­ вый план выдвигаются вопросы повышения качества выпускаемой продукции, проблема регулирования качества приобретает важ­ нейшее народнохозяйственное значение.

Основная задача, которая должна решаться при регулировании качества, заключается в создании резервов технологической точно­ сти^

Качество продукции следует поддерживать на уровне, превы­ шающем уровень соответствующих стандартов *.

Одним из основных методов решения указанной задачи являет­ ся всемерная «активизация» контроля, т. е. развитие всех форм уп­ равляющего, активного контроля.іПод последним следует понимать любой метод контроля, по результатам которого вручную или ав­ томатически осуществляется управление технологическим процес­

зом, при активном контроле речь может идти не только о непосред­ ственном управлении технологическим процессом с помощью из­ мерительных устройств, но и о выработке соответствующей мето­ дики использования результатов измерения, когда любая получен­ ная с помощью измерительных средств информация о низком ка­ честве изделий воспринимается как сигнал для вмешательства в технологический процесс с целью его улучшения.

Следовательно, «активизация» контроля означает перестройку самой психологии работников промышленности. В широком смыс­ ле этого понятия активный контроль представляет собой опреде­ ленную техническую политику, направленную на использование средств измерения для повышения технологической точности.

Соответствующий уровень качества должен обеспечиваться все­ ми факторами — выбором методов и средств контроля с учетом необходимости его максимальной «активизации», выбором и хо­ рошим состоянием технологического оборудования, качеством ма­ териалов и режущего инструмента, соответствующей квалифика­ цией технического персонала и рабочих и т. д. Необходимо вы­ являть и устранять влияние на точность технологических процессов различных факторов, причем не следует пренебрегать даже самыми незначительными. Только при таких условиях можно действительно повысить уровень точности технологических процессов.

Таким образом, развитие и внедрение регулирования качества должны осуществляться широким фронтом. Должны быть пере­ смотрены функции ОТК, работникам которого необходимо пройти

* Хотя в США стандарты формально не являются обязательными, однако все фирмы стараются поддерживать качество продукции на уровне, превышающем уровень стандартов.

10

соответствующую подготовку. Следует внести изменения в програм­ мы курсов, читаемых в вузах и техникумах.

Специалисты, занимающиеся регулированием качества, должны хорошо владеть основами новейшей прикладной метрологии и тех­ нологии, включая основы теории точности, хорошо знать причины возникновения различных погрешностей и методы их устранения и компенсации, хорошо разбираться в вопросах эксплуатации техно­ логического оборудования, а также функционирования контроли­ руемых объектов, должны владеть методикой назначения допусков.

Какие требования должны быть предъявлены к прикладной мет­ рологии в связи с решением проблемы регулирования качества? Возникает необходимость в расширении и уточнении многих мет­ рологических понятий и представлений, в выработке нового подхода к изучаемым явлениям. Как уже отмечалось, необходимо более ши­ рокое толкование метрологических характеристик, более широкий подход к вопросам точности, уделение большего внимания изучению объектов контроля, в частности изучению технологических про­ цессов, управляемых с помощью средств активного контроля. При­ кладной метрологией должны изучаться вопросы компенсации технологических погрешностей с помощью средств активного конт­

намические погрешности. Необходимо более широкое использова­ ние теории случайных функций и принципов автоматического регу­ лирования.

§ 3. КАЧЕСТВО И ТОЧНОСТЬ .

О Б Щ А Я ХАРАКТЕРИСТИКА П О Г Р Е Ш Н О С Т Е Й

Понятия «точность» и «качество» неразрывно связаны между собой. Как качество, так и точность деталей и изделий характери­ зуются соответствием их параметров некоторым заданным значе­ ниям, т. е. соответствием установленным на них допускам (стан­ дартам).

Сейчас совершенно справедливо уделяется большое внимание повышению долговечности и надежности изделий. Вместе с тем, в подавляющем большинстве случаев недостаточно высокая долго­

соединений. Большое рассеивание размерных, эксплуатационных и других параметров также сказывается на долговечности и надеж­ ности. Вопросы компенсации технологических погрешностей и точ­ ности подналадки по существу относятся к проблеме точностной на­ дежности.

Такая, например, важная характеристика надежности электро­ технических систем, как поле рассеивания отказов, относится од-

U

повременно и к области точности. Точность является более общим и широким понятием, чем долговечность и надежность. Понятие точности относится к любому элементу качества, в том числе к дол­ говечности и надежности. Последние, конечно, являются важней­ шими элементами качества, но не единственными. После установле­ ния стандартов на долговечность и надежность эти вопросы также будут решаться с позиций точности. Заметим, что после установ­ ления стандарта на какой-либо параметр в силу автоматически вступают законы точности.

Следует отметить, что точность является и более широким по­ нятием, чем взаимозаменяемость. По существу все вопросы взаимо­

необходимо стремиться к тому, чтобы величина допуска была не меньше суммарной фактической погрешности какого-либо пара­ метра. К этому следует добавить, что реальность любой системы допусков обусловливается тем, насколько она обеспечивается тех­ нологически.

чисто конструкторским решением вопроса. Сейчас при подготовке специалистов метрологического профиля именно конструкторская сторона вопроса считается главной. Бесспорно, вопросы констру­ ирования измерительных устройств имеют важное значение. Од­ нако с точки зрения проблемы качества и особенно его регулирова­ ния не менее важное значение имеет также изучение вопросов функционирования конструируемых объектов. Здесь на первое место, разумеется, необходимо поставить вопросы точности.

Следует отметить, что чисто конструкторский подход к вопросу подготовки специалистов характерен не только для приборострое­ ния, но и для других специальностей машиностроительного профи­ ля. Как правило, изучаются в основном вопросы конструирования; изучение же вопросов функционирования, в частности, вопросов точности отодвигается на второй план. Вряд ли такая постановка вопроса является правомерной в свете решения проблемы повыше­ ния качества.

ходом к вопросам измерения понимается их решение только с по­ зиций «чем и как контролировать». Очевидно, с таких узких по­ зиций невозможно качественное решение вопросов активного конт-

12

роля. Однако такая постановка вопроса, разумеется, не означает какой-либо дискриминации вопросов конструирования или умале­ ние их важности.

Цель автоматизация технологических процессов — повышение производительности труда. Однако это только одна сторона авто­ матизации. При автоматизации происходит высвобождение опера­ торов. При этом функция поддержания точности технологических процессов (функция компенсации технологических погрешностей) переходит от оператора к автоматическим устройствам. Известно, что опытные операторы могут обеспечивать весьма высокую точ­ ность обработки. При замене операторов автоматическими устрой­ ствами последние должны обеспечивать точность по крайней мере не ниже той, которую обеспечивает опытный оператор. Вот эту вторую точностную сторону автоматизации нельзя упускать из вида, когда решается проблема повышения качества продукции. Таким образом, развитие автоматизации должно осуществляться на точ­ ностной основе.

Известно, что системы активного контроля размеров сначала были задуманы как средства, позволявшие заменять длинные раз­ мерные цепи металлорежущих станков более короткими цепями из­ мерительных приборов. Активный контроль был призван повышать точность станков. При этом считалось, что средства активного контроля могут обеспечить достаточно высокую точность обработ­ ки даже на не очень точных станках. Однако развитие активного контроля и появление самоприспособляющихся (адаптивных) систем заставляют предъявлять повышенные требования к точности самих металлорежущих станков и в первую очередь к чувствительности их исполнительных органов.

Известно, что точностные возможности самонастраивающихся систем могут быть наиболее полно использованы в условиях не­ прерывных процессов. Однако пороги чувствительности современ­ ных станков придают технологическим процессам дискретный ха­ рактер. Поэтому одним из условий создания высокоточных, адап­ тивных систем активного контроля является повышение чувстви­ тельности перемещений исполнительных органов станков.

Стремление переложить всю тяжесть решения вопроса повыше­ ния точности обработки на средства активного контроля привело к чрезмерному усложнению их функций. Так, необходимость ком­ пенсации тепловых деформаций обрабатываемых деталей и тем­

ние указанной проблемы значительно облегчается при условии ста­

в какой — средствами активного контроля.

13

шинства процессов машиностроения, которые, как правило, носят характер случайных функций.

Например, на основе принятой в настоящее время классифика­ ции весьма трудно классифицировать погрешности, вызываемые тепловыми и силовыми деформациями технологических и измери­ тельных систем, а также износом режущего инструмента (или из­ носом измерительных наконечников прибора). Возьмем, например, погрешности, вызываемые износом режущего инструмента: они за­ висят от колебания режущих свойств инструмента, которые, как известно, изменяются в весьма широких пределах, от колебания параметров заготовок, изменения режимов резания и других фак­ торов. При различных опытах неизбежно должна возникать не одна кривая износа, а целое семейство кривых. С этой точки зре­ ния влияние износа режущего инструмента носит случайный харак­ тер. Вместе с тем, это влияние нельзя рассматривать и как чисто случайное, поскольку при износе прослеживается известная зако­ номерность в виде определенной тенденции его развития. Таким об­ разом, с позиций современной классификации погрешности, вызы­

Для характеристики подобных погрешностей следует, вероятно, пользоваться термином случайные функциональные погрешности.

Погрешности размеров в большинстве случаев носят характер случайных функций. К последним относятся погрешности обработ­ ки на станках, погрешности активного и автоматического контроля, погрешности показаний универсальных приборов. Функциональны­ ми эти погрешности являются потому, что они изменяются в функ­ ции времени или какого-либо другого параметра, случайными — поскольку при различных опытах или реализациях случайной функции возникает не один, а целое семейство графиков погрешно­ стей.

К случайным размерным функциям относятся погрешности, вызываемые износом и затуплением режущего инструмента или

14

износом измерительных наконечников прибора, погрешности, возни­ кающие под влиянием тепловых и силовых деформаций технологи­ ческих или измерительных систем, кинематические погрешности (погрешности схем) измерительных приборов, кинематические и циклические погрешности зубчатых колес, накопленные и периоди­ ческие погрешности шага винтовых поверхностей, биения подшип­ ников качения, погрешности шкал, микро- и макронеровности, а также волнистость поверхностей, определяющие собой значения так называемого текущего размера и т. д. Все эти погрешности при нескольких экспериментах или для нескольких деталей, узлов, приборов и механизмов носят характер случайных функций. При этом сохраняется в силе положение, согласно которому для одного прибора, узла или механизма указанные погрешности являются систематическими, т. е. каждую реализацию случайной функции можно рассматривать как обычную, неслучайную функцию. Таким образом, для описания погрешностей размеров следует, очевидно, пользоваться теорией случайных функций. Такой подход к погреш­ ностям позволяет рассматривать их во времени, в динамике. Су­ ществующая классификация погрешностей связана со стационар­ ными измерениями, при которых почти не прослеживалась тенден­ ция к функциональному изменению погрешностей, характерному для массового автоматического производства и активного контроля.

Термин «функциональные погрешности», как и принятый сейчас термин «переменные систематические погрешности», означает из­ меняемость погрешностей в функции некоторого аргумента.

Известно, что в настоящее время для анализа точности техно­ логических процессов широко используются точечные диаграммы, метод скользящей средней и др. Однако скользящая средняя пред­

Поскольку погрешности содержат в себе одновременно элемен­ ты закономерности и случайности, то вместо искусственного терми­ на «случайно-систематические погрешности» для характеристики погрешностей логичнее использовать аппарат случайных функций, в который полностью вписываются существующие погрешности.

Следует отметить, что систематические погрешности в чистом виде почти не проявляются. К таким погрешностям по существу условно относятся математические ожидания случайных откло­ нений, т. е. усредненные случайные погрешности. С теоретической точки зрения систематические погрешности можно рассматривать как пределы, к которым стремятся усредненные случайные погреш­ ности при увеличении числа экспериментов.

Характерным свойством систематических погрешностей являет­ ся их повторяемость от одного опыта к другому. Именно повторя­ емость, т. е. воспроизводимость, позволяет рассматривать система­ тические погрешности как закономерные. Вместе с тем, полной повторяемости систематических погрешностей добиться невозмож-

15

но. Величина и закон изменения систематических погрешностей мо­ гут, очевидно, изменяться или вследствие конечного числа экспе­

ции погрешностей, то иногда их просто относят к систематическим. Это, конечно, неверно. Если бы погрешности, вызываемые износом режущего инструмента, а также тепловыми и силовыми деформа­ циями технологической системы, являлись систематическими, то их легко было бы устранить путем задания законов их изменения в качестве исходных данных для работы систем программного уп­ равления. Однако указанные погрешности являются случайными размерными функциями, и поэтому их трудно заранее запрограм­ мировать, т. е. устранить методом предварительной настройки стан­

получения размеров, которые позволяли бы автоматически компен­ сировать влияние указанных факторов на точность размеров. Эти задачи и решают средства активного контроля.

Когда мы говорим, что погрешности, вызываемые износом режущего инструмента, тепловыми и силовыми деформациями технологической системы, трудно заранее учесть, т. е. запрограмми­

мировать указанные погрешности, то, очевидно, без корректировки программы трудно рассчитывать на получение высокой точности. Корректировка же должна осуществляться на основе результатов

16