1.ТЕОРЕТИКО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1Технологическая система и её уровни
В соответствии с ГОСТ 27.004-85, технологическая система (ТС) – это совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения на регламентированных условиях определённых технологических процессов или операций [2-4]. К предметам производства относятся материалы, заготовки, полуфабрикаты и изделия, находящиеся в состоянии хранения, транспортирования, формообразования, обработки, сборки, ремонта, контроля и испытаний.
Различают четыре иерархических уровня технологических систем:
1)ТС операций – низший уровень, охватывающий отдельную технологическую операцию;
2)ТС процессов – объединение операций в технологический процесс;
3)ТС производственных подразделений – цеха, участки, линии;
4)ТС предприятий – высший уровень, охватывающий всё предприятие. Технологическая система может иметь подсистемы (выделяемые по
функциональному или структурному признаку) и включает элементы – части ТС, условно принимаемые неделимыми на данной стадии анализа (станок, приспособление, инструмент) .
Практический пример. При изготовлении цилиндрической головки детали на фрезерном станке с ЧПУ технологическая система операции включает: станок мод. 6Р13Ф3, накатную головку, деформирующий элемент (индентор), систему ЧПУ «Координата 2ИТ71» и оператора.
ТС процесса объединяет операции чернового точения, чистового точения и ППД. ТС производственного подразделения включает все станки и персонал механического цеха.
1.2 Параметрическая надёжность технологических систем
Параметрическая надёжность технологической системы – это свойство ТС обеспечивать изготовление продукции с заданными параметрами
8
качества (КПС) и эксплуатационными свойствами (ЭС) в течение требуемого времени (наработки) с заданной вероятностью. При этом надёжность ТС оценивается только по тем параметрам и показателям качества изделия, уровни которых зависят от технологии изготовления.
В качестве показателей параметрической надёжности используются те же показатели, что и для оценки надёжности любой системы:
–вероятность безотказной работы P(t);
–параметр потока отказов ω(t);
–вероятность отказа F;
–средняя наработка до отказа T .
Наиболее удачной характеристикой является вероятность безотказной работы P(t) – вероятность выполнения задания по всей совокупности нормируемых показателей качества, поскольку она охватывает факторы, существенно влияющие на надёжность (состояние оборудования, температурный режим и т. д.).
Вероятность выполнения задания ТС по j-му параметру качества определяется выражением 1.
P(Eij ≤ yj(t) ≤ Ejj) ≤ Pj(t), (1)
где Eij, Ejj – нижнее и верхнее предельные значения для j-го параметра, установленные НТД;
yj(t) – значение j-го параметра в момент t.
При обеспечении одновременно всех m параметров справедливо (2).
P(t) = P(Ei1 ≤ y1(t) ≤ Es1;
... |
(2) |
Eim ≤ ym(t) ≤ Esm.
Практический пример. Для цилиндрической головки детали регламентированы параметры КПС:
–шероховатость Rₐ = 0,63 ± 0,13 мкм;
–микротвердость H = 4500 ± 500 МПа;
–остаточные напряжения σm = −600 ± 100 МПа.
9
Параметрическая надёжность ТС определяется как вероятность одновременного выполнения всех трёх условий в течение наработки T = 1000 деталей.
1.3 Отказы, связанные с технологией
Классификация отказов изделий, вызванных несовершенством технологии производства, предусматривает три группы принципов их возникновения.
Первая группа – необоснованность технологических условий (ТУ), включающая: завышенные или заниженные требования к параметрам изделия, некорректные ТУ на параметры технологического процесса и ТУ на испытания.
Вторая группа – недостаточная параметрическая надёжность технологического процесса, включающая: исчерпание запаса параметрической надёжности, низкую эффективность контрольных операций и низкую параметрическую надёжность оборудования.
Третья группа – остаточные и побочные явления: возникновение технологических дефектов, последующие изменения свойств и технологическая наследственность.
Рисунок 1 – Классификация причин отказов, связанных с технологией
Анализ причин отказов показывает, что при решении вопроса о повышении качества деталей машин актуальность приобретает исследование качества самих технологических процессов, в частности их параметрической надёжности. Статистика свидетельствует, что 25–40 % отказов изделий
10
машиностроения вызваны дефектами изготовления, что подчёркивает значимость контроля параметрической надёжности ТС.
1.4 Параметрический отказ технологической системы
Параметрический отказ ТС – это отказ технологической системы, при котором сохраняется её функционирование, но происходит выход значений одного или нескольких параметров технологического процесса за пределы, установленные в НТД . В отличие от полного отказа, при котором система прекращает работу, при параметрическом отказе система продолжает функционировать, однако качество выпускаемой продукции не соответствует требованиям.
Критерием параметрического отказа ТС является выход одного из регламентируемых показателей качества детали за допустимые пределы, то есть нарушение условия Yᵢ = Yᵢ ± δᵢ·Yᵢ хотя бы для одного 
.
Рассматривая параметры качества обработанной поверхности как параметры качества ТС, параметрический отказ фиксируется при выходе значений КПС за установленные допуски, при этом ТС продолжает функционировать.
Практический пример. При обработке ППД цилиндрической головки задана шероховатость Rₐ = 0,63 ± 0,13 мкм. Если в результате износа индентора или изменения силы накатывания Rₐ достиг 0,9 мкм (вышел за верхний предел 0,76 мкм), это фиксируется как параметрический отказ ТС, хотя процесс обработки не прерывается.
1.5 Цель и этапы расчёта надёжности технологических процессов
Цель расчёта надёжности технологических процессов – обеспечение изготовления продукции с заданным качеством в течение требуемого времени, прогнозирование поведения ТС при различных условиях, оптимизация режимов обработки и обоснование периодичности профилактических мероприятий .
Основные этапы определения надёжности ТС по обеспечению показателей качества:
11
1)идентификация выходных параметров КПС и ЭС – формулировка
условий;
2)построение статистических или имитационных моделей формирования показателей – связь входных факторов с выходными параметрами;
3)проведение вычислительных экспериментов (метод Монте-Карло) или натурных экспериментов;
4)статистический анализ результатов и расчёт показателей надёжности
P(t), Pᵢ(t);
5)принятие решений по корректировке технологии или режимов обработки .
Рисунок 2 – Схема определения надёжности ТС по обеспечению показателей КПС и ЭС
Схема включает два основных этапа:
блок А – построение и анализ имитационных моделей ТС (выбор факторной области, плана эксперимента, реализация эксперимента, определение КПС и ЭС, построение моделей);
12