Надежность в машиностроении.Определение надежности

Горизонтальную  структуру системы обеспечения  надежности изделий на базе стандартизации составляют следующие подсистемы:

1) Система планирования  и регламентации требований к  надежности, основу которой составляют  планы стандартизации, а также  комплексы стандартов на технические  требования к промышленной продукции  и технические условия. Создание  этого комплекса документов должно  осуществляться на принципах  опережающей и комплексной стандартизации.

2) Система методов  оценки надежности. Ее основу  составляют комплекс стандартов, устанавливающих для всех отраслей  машиностроения и приборостроения  единые термины и определения,  единую номенклатуру показателей  надежности, дифференцированную по  видам продукции и целям применения, единые методы расчета показателей  надежности однотипных изделий.  Эта подсистема должна обеспечить  объективность и сопоставимость  оценок частных показателей надежности (независимо от места проведения  аналогичных оценок).

3) Система обеспечения  надежности при проектировании. В эту подсистему входят стандарты  на типовые конструктивные решения,  на методы учета требований  надежности при унификации, на  методы обеспечения функциональной  взаимозаменяемости и др.

4) Система технологических  методов, включающая: правила выбора  и требования к материалам  с учетом требований к надежности; методы упрочнения (поверхностного  и объемного) деталей машин;  правила выбора технологических  процессов и режимов обработки.

5) Система обеспечения  надежности при эксплуатации  и ремонте, включающая НТД:  на методы обеспечения ремонтопригодности; на оптимальные стратегии технического  обслуживания и ремонта техники;  на требования к качеству запасных  частей; на требования к маслам  и смазочным материалам.

6) Система испытаний  надежности, предусматривающая разработку  НТД на методы и средства  испытаний, которые определяются  основным видом разрушений, видом  техники, а также на такие  методы, как ускоренные испытания  и техническая диагностика машин.  Это предполагает широкое проведение  работ по унификации испытательного  оборудования для получения возможности  компоновать испытательное оборудование  из унифицированных элементов  агрегатными методами.

7) Система контроля, основу которой составляет в  первую очередь НТД на методы  неразрушающего контроля для  выявления скрытых дефектов в  процессе изготовления машин.  В этот же комплекс документов  входят стандарты на методы  контроля шероховатости и технологических  дефектов, приводящих к концентрации  напряжений, на методы контроля  уровня вибрации, шума и других  факторов, способных привести к  внезапным технологическим отказам.

8) Система информации  и обратной связи, предусматривающая  проведение систематического авторского  надзора за надежностью изделий  в процессе эксплуатации; унификацию  форм учета и анализа информации  о надежности; изучение причин  отказов и повреждений, обобщение  данных об отказах и выработку  мероприятий по устранению причин  преждевременных отказов.

Для механических систем комплексная стандартизация методов обеспечения надежности должна предусматривать решение  двух основных задач:

1) Обеспечение  надежности деталей и элементов  машин по свойствам прочности,  износостойкости, усталостной долговечности,  коррозионной стойкости, пластичности  и другим частным и комплексным  свойствам материалов;

2) Обеспечение  надежности машин по свойствам  безотказности, долговечности, ремонтопригодности  и сохраняемости. Очевидно, что решение этой задачи во многом определяется решением первой задачи.

Указанные свойства машин и их элементов должны обеспечиваться комплексами стандартов на методы расчетов, конструктивно-технологические решения, методы обеспечения надежности при  эксплуатации и ремонте, методы контроля, испытаний и информационного  обеспечения. 

3. Методы оценки  и повышения надежности  технологических  систем 

Ученый Дунин-Барковский дал такое определение термина «технологическая надежность»: «…свойство технологического оборудования и производственно-технических систем, таких, как станок, система литейного, кузнечно-прессового или другого производственно-технического оборудования или автоматических линий, сохранить на за-данном уровне выходные параметры качества производимого изделия в течение требуемого времени». Затем А. С. Проников ввел понятие «надежность технологических процессов». Он пишет, что «больший процент отказов различных машин связан с недостаточной надежностью технологического процесса», что ...«технологический процесс должен быть надежным, т. с. не допускать таких показателей, которые могут влиять на качество выпускаемых изделий». Вопросы оценки надежности технологических процессов и безотказности рассматриваются также в работах П. И. Бобрика, А. Л. Меерова и др., причем только с точки зрения способности технологических систем, процессов и операций обеспечивать (в течение заданного времени) изготовление продукции с показателями качества в соответствии с установленными требованиями.

Но очевидно, что изменение во времени характеристик  технологических систем может приводить  к изменению не только качества изготовления продукции, но и производительности. Отказы технологических систем в  большинстве случаев приводят не к появлению бракованных изделий, а к задержке в выполнении задания, что сказывается на производительности оборудования. Поэтому, характеризуя свойство надежности технологических систем, целесообразно его рассматривать с точки зрения выполнения заданий как по показателям качества, так и по объему изготовляемой продукции.

Таким образом, в технической литературе широкое  освещение получили вопросы применения методов теории надежности к анализу  свойств технологических систем обеспечивать изготовление продукции  в соответствии с требованиями технической  документации и в установленном объеме.

 Технологическая  система - это совокупность средств  технологического оснащения, объектов  производства и, в общем случае, исполнителей, необходимая и достаточная  для выполнения определенных  технологических процессов и  операций и находящаяся в состоянии  готовности к функционированию  или в состоянии функционирования  в соответствии с требованиями  технической документации. Таким  образом, можно рассматривать  технологическую систему для  выполнения одной операции и  технологическую систему для  выполнения некоторого процесса, состоящего из отдельных операций

 В технологическую  систему входят элементы, для  которых обязательно наличие  функциональных связей, обеспечивающих  протекание технологических процессов  изготовления продукции. Частным  случаем таких связей являются  кинематические связи между отдельными  элементами (например, в системе  станок — приспособление —  инструмент — деталь).

 Надежностью  технологической системы будем  называть свойство технологической  системы выполнять заданные функции,  сохраняя показатели качества  и ритм выпуска годной продукции  в течение требуемых промежутков  времени эксплуатации или требуемой  наработки. Ритм выпуска —  это количество изделий определенного  наименования, типоразмера и исполнения, выпускаемых в единицу времени.

 Под понятием  «надежность технологического процесса»  и «надежность технологической  операции» понимается надежность  технологической системы, обеспечивающей  функционирование рассматриваемого  процесса или операции в соответствии  с требованиями технической документации. 

 Из определений  следует, что технологическую  систему можно считать надежной  в том случае, если она обеспечивает  выполнение задания по показателям  качества изготовляемой или изготовленной  продукции и по параметрам  производительности.

Параметры и  свойства технологической системы  и ее элементов изменяются в процессе функционирования, т. е. при протекании технологического процесса или операции. Поэтому технологическая система  в определенный момент может находиться в работоспособном или неработоспособном  состоянии.

 При проведении  исследований можно оценивать  работоспособность системы как  отдельно — по ее способности  обеспечивать требуемый уровень  качества изготовленной продукции  и по параметрам производительности, так и по обоим свойствам  одновременно с учетом зависимости  между ними.

 Технологическая  система работоспособна по параметрам  качества, если обеспечивает изготовление  продукции с показателями качества, соответствующими требованиям технической  документации, и работоспособна  по параметрам производительности, если обеспечивает установленный  ритм выпуска.

Отдельные нарушения  в технологической системе будем  относить к категории повреждений, если они переводят систему из исправного состояния в неисправное, и к отказам, если они переводят систему из работоспособного состояния в неработоспособное.

Таким образом, отказ технологической системы  — это событие, заключающееся  в потере работоспособности.

Отказы в технологических  системах могут быть внезапными и  постепенными. К постепенным относятся отказы, вызванные неправильным или дискретным характером изменений в состоянии технологической системы и приводящие к постепенной потере работоспособности (износ направляющих станка, инструмента, приспособлений, температурные деформации, старение материала базовых деталей оборудования и т. п.). Внезапными являются отказы, обусловленные отдельными нарушениями, момент наступления которых практически невозможно прогнозировать (поломка инструмента, ошибка наладчика в настройке оборудования, дефекты в материале или заготовках и т. д.).

В дальнейшем такие  постепенные и внезапные отказы будут относиться к категории  отказов, обусловленных состоянием системы, т. е. к внутренним отказам. Но технологические системы отдельных  операций или процессов могут  находиться в состоянии неработоспособности  также из-за внешних факторов (нарушение  электроснабжения, повреждения помещений, отсутствие материала, заготовок и  т. д.). Очевидно, что внешние факторы  приводят к снижению надежности по параметрам производительности. К внешним  отказам следует относить также  простои технологических систем по организационным причинам.

Для того, чтобы решить проблему повышения надежности машин и механизмов, необходимо не просто констатировать факт отказа, но рассматривать каждый случай преждевременного отказа как событие и устанавливать истинную причину нарушения работоспособности. Анализ должен начинаться с установления места отказа. Каждый вид повреждения или отказа имеет различные формы проявления. Все причины отказов могут быть отнесены к одной из следующих трех основных групп:

- ошибки проектирования  и изготовления;

- ошибки эксплуатации;

- внешние причины,  т.е. причины, непосредственно  не зависящие от рассматриваемого  изделия или узла.

 Типичными дефектами конструирования являются: недостаточная защищенность узлов трения, наличие концентраторов напряжения, неправильный расчет несущей способности, неправильный выбор материалов и др. К наиболее типичным дефектам технологии следует отнести: дефекты из-за неправильного состава материала, дефекты при плавке и изготовлении заготовок, ошибки при механической обработке и др. Основными эксплуатационными причинами отказов и повреждений являются: нарушение условий применения; неправильное техническое обслуживание; наличие перегрузок и непредвиденных нагрузок, обусловленных нарушениями в энергоснабжении, влиянием связанных отказов (вторичные повреждения), влиянием явлений природы, попаданием в механизм посторонних предметов и т.д.

 Подобная  классификация позволяет только  отнести зафиксированный отказ  к одной из названных выше  причин. Задача заключается в  том, чтобы, зная физическую  причину разрушения, обеспечить  конструирование изделий с установленной  долговечностью. Поэтому важно по  внешнему виду разрушенной детали  сделать правильный предварительный  вывод о причинах разрушения.

 При решении  любой задачи по оценке надежности  технологических систем исходят  из следующих предпосылок:

1) Надежность  технологических систем должна  оцениваться только по тем  параметрам и показателям качества  изготовленной продукции, уровень  которых зависит от рассматриваемой  операции. Например, при шлифовании  вала обработке подлежит только  одна поверхность, а остальные  не изменяются. По этому оценка надежности такой операции шлифования зависит от условий обеспечения необходимого размера и шероховатости только обрабатываемой поверхности.