Full Text

Введение Технические изделия могут находиться в исправном или неисправном состоянии. В исправном состоянии они соответствуют всем требованиям нормативно-технической документации (НТД), в неисправном не соответствуют хотя бы одному требованию НТД. Неработоспособные изделия всегда являются неисправными [1]. Надежность является комплексным показателем качества, но для технических изделий, в зависимости от назначения и условий эксплуатации, определяют единичные показатели, входящие в понятие «надежность»: безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность (ГОСТ 27.002-89). Для деталей и сборочных единиц наибольшее значение имеют безотказность, долговечность и сохраняемость. В машиностроении фактическую безотказность определяют по результатам приемочных и контрольных испытаний, после чего появляется возможность осуществить прогнозирование безотказности при эксплуатации изделий [2]. Наибольший интерес в области прогнозирования представляют методы прогнозирования безотказности на основе свойств материалов деталей, которые выражаются в виде совокупности физико-механических параметров, определяющих работоспособность деталей и сборочных единиц при возникновении случайных отказов (при исключении внезапных отказов). Методы прогнозирования безотказности основываются на математическом моделировании функциональных свойств изделий в предполагаемых условиях эксплуатации [3]. Материалы и методы Принципиальное отличие метода определения безотказности изделий в рамках принципов всеобщего управления качеством от принципов классической теории надежности заключается в том, что при расчетах качества технических изделий безотказность не является конечной целью, а является средством обеспечения проявления параметров качества, ради которых изделие создавалось, т.е. свойств функциональности и работоспособности. Таким образом, безотказность P(t) в формулах расчета качества технических изделий представляет собой коэффициент сохранения качества изделия в течение нормативного срока эксплуатации. Для проведения анализа безотказности изделия необходимо осуществлять декомпозицию - разделение изделия на составные части [4]. Эту операцию проводят как для восстанавливаемых, так и для невосстанавливаемых изделий. Проведение этой операции дает возможность отделять отказы от повреждений, что способствует получению объективной информации по действительной безотказности изделия. Определение безотказности сборочных единиц в рамках теории всеобщего управления качеством (в отличие от классической теории надежности) мы осуществляем с учетом значимости безотказности деталей, влияющей на конечную безотказность сборочных единиц. Значимость как признак качества представляют собой коэффициенты весомости, которые получают через балльные оценки ri, описывающие влияние безотказности конкретных деталей на безотказность сборочной единицы. Коэффициенты весомости определяют методом номинальных и предельных значений по формуле1 (1) где ri - балльная оценка качества i-й детали (в данном случае безотказности), ; - номинальный (определенный по чертежу) параметр качества; - предельный (базовый) параметр качества; - принцип нормирования величин в пределах 0-1,0, . Таким образом, получают коэффициенты весомостей, описывающие степень влияния безотказности детали на безотказность сборочной единицы, т.е. чем выше значение , тем выше вероятность безотказной работы конкретной детали [5]. Значение вероятности возникновения отказа Fn определяют в зависимости от принятого закона распределения случайных величин. Поскольку все отказы представляют собой независимые события, условную вероятность отказа изделия определяют по формуле среднего взвешенного арифметического [6] (2) и, соответственно, безотказность изделия (3) [1] ГОСТ 27.301-95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения / Межгос. совет по стандарт., метрол. и сертиф. Минск, 1996. 138 с. По данному принципу вероятность отказа сложного изделия представляет собой сумму вероятностей отказов его элементов с учетом их весомостей. Метод определения безотказности в рамках всеобщего управления качеством распространяется только на элементы, расположенные по последовательной схеме расчета надежности. Ввиду этого в данном случае достаточно определить коэффициенты весомости только для последовательных элементов схемы [7]. Расчет безотказности выполняют с целью обеспечения соответствия предъявляемых требований к показателям безотказности деталей в процессе работы изделия. Если действительные значения безотказности не соответствуют проектным показателям, то производится корректировка конструкции деталей и сборочных единиц с целью достижения проектной (требуемой) безотказности изделия [8]. Сначала разрабатывают функциональную модель изделия, а затем на основании этой схемы составляют схему расчета надежности изделия. Правила составления функциональных моделей сборочных единиц, предшествующих составлению схем расчета надежности, следующие: - при расчетах показателей безотказности (независимо от схемы расчета безотказности: последовательная, параллельная или смешанная) детали в расчетной схеме безотказности сборочных единиц располагают в порядке уменьшения безотказности; - самым высоким значением безотказности должна обладать самая значимая деталь в сборочной единице, которую располагают в начале расчетной схемы безотказности. Для расчета безотказности изделия на стадии проектирования используют следующие исходные данные: - показатели надежности элементов аналогов, эксплуатируемых в таких же условиях; - технические требования на разрабатываемое изделие; - показатели безотказности комплектующих изделий, включенных в техническую документацию (технические условия, стандарты) [9]. Безотказность системы c параллельным включением элементов определяют по формуле (4) Такие схемы состоят из основного и нескольких резервных элементов, благодаря чему система остается работоспособной, пока остается работоспособным хотя бы один ее элемент (рис. 1). Рис. 1. Система с параллельным включением элементов Таким образом, увеличение числа параллельно включенных элементов увеличивает безотказность сложной системы. При параллельном включении элементов изделие выйдет из строя только при отказе всех элементов схемы [10]. Система с последовательным соединением элементов, представленная на рис. 2, не имеет структурного резервирования, ее отказ наступает при отказе любого элемента. Большинство технических изделий собирают по последовательной схеме, поэтому при отказе какого-либо одного элемента изделие перестает выполнять свою функцию. Безотказность изделия, собранного по последовательной схеме, определяется произведением вероятностей безотказной работы элементов: (5) Рис. 2. Система с параллельным соединением элементов Увеличение количества элементов при их последовательном включении приводит к снижению безотказности изделия. Для пояснения вышеприведенных принципов ниже приведен пример расчета вероятности безотказной работы сборочной единицы по схеме расчета надежности, изображенной на рис. 1. В то же время представленная схема в какой-то мере представляет собой упрощенную схему устройства автомобиля с вероятностью безотказной работы каждого его элемента, равной 0,9. Рис. 3. Схема расчета безотказности автомобиля: (1-4) - цилиндры четырехцилиндрового двигателя; 5 - кузов; 6 - трансмиссия; 7 - тормоз ручной; 8 - тормоз ножной; 9 - шасси На рис. 3 представлена структурная схема автомобиля для расчета его безотказности по смешанной схеме, при этом принято, что вероятность безотказной работы каждого элемента схемы равна 0,9 [11]. Данная схема представляет собой упрощенную схему устройства автомобиля с вероятностью безотказной работы каждого его элемента, равной 0,9. Схема расчета безотказности автомобиля начинается с двух зарезервированных элементов (ручного и ножного тормозов 7, 8), соответствующих двум независимым системам торможения. Эти элементы должны быть самыми надежными в автомобиле, поэтому их располагают в начале схемы расчета надежности. Затем располагают двигатель, в котором имеется четыре цилиндра, соединенных по параллельной схеме (зарезервированные элементы 1-4). Далее последовательно соединены два элемента кузов и трансмиссия (5 и 6), а потом элемент 9 соответствует шасси автомобиля. Для простоты расчетов безотказность автомобиля определена по смешанной схеме расчета безотказности без учета времени эксплуатации: Таким образом, итоговая безотказность работы машины всегда меньше безотказности ее составных частей [12]. Определение безотказности по принципам всеобщего управления качеством Как было указано выше, описанный метод определения безотказности в рамках всеобщего управления качеством распространяется только на элементы, расположенные по последовательной схеме расчета надежности, поэтому в данном примере достаточно определить коэффициенты весомости для элементов схемы Р5, Р6 и Р9. Формула определения безотказности по принципам всеобщего управления качества следующая2: Расчет безотказности производим для условий Р1 = Р2 = Р3 =…= Р9 = 0,9. 2 Общероссийские классификаторы деталей и сборочных единиц машиностроения и приборостроения ОК 020-95, ОК 021-95, ОК 022-95. М.: Изд-во стандартов, 1995. Коэффициенты весомости для элементов Р5, Р6 и Р9 одинаковые, так как их показатели качества одинаковые, поэтому β5 = β6 = β9 = 0,333, ∑ β5,6,9 ≈ 1,0. Значение безотказности системы, полученной этим методом, выше классического метода за счет того, что учитываются только возможные отказы, а дефекты в данном случае не учитываются. Расчетное значение вероятности безотказной работы t, полученное на этапе проектирования изделия, затем определяют в процессе ускоренных испытаний на надежность, после чего безотказность уточняют натурными испытаниями или наблюдениями при эксплуатации [13]. Ниже описан принцип достижения требуемого уровня необходимой безотказности. Реализация данного принципа заключается в разработке автоматизированной экспертной системы, которая представляет собой комплекс компьютерных программ, используемых для решения задач повышения качества изделий с привлечением исходных массивов информации, систематизированных в виде баз знаний, накопленных экспертом (или экспертами) [14]. В базах знаний сосредоточивают все возможные сведения и мероприятия по обеспечению требуемой безотказности на всех этапах жизненного цикла производства технического изделия. Необходимые рекомендации по обеспечению безотказности пользователь получает в результате диалога с компьютером после формирования запроса. В ходе диалога пользователь отвечает на вопросы компьютера, после чего компьютер формирует сообщение о возможном решении вопросов безотказности в интересующем узле или агрегате изделия [15]. На рис. 4 представлена принципиальная схема взаимодействия экспертной системы с производственным циклом создания технического изделия. Ключевым моментом в представленной схеме является п. 1.4 «Алгоритм достижения безотказности деталей, обеспечивающих выпуск изделия, соответствующего мировому уровню качества» [16]. Этот алгоритм предлагается использовать в машиностроении, так как мы считаем, что надежность (безотказность) технического изделия на 95 % зависит от качества и надежности деталей, а также от своевременной выбраковки ненадежных узлов. Алгоритм достижения безотказности деталей обеспечивает выпуск продукции на высоком техническом уровне качества. Рис. 4. Принципиальная схема экспертной системы по обеспечению производства технических изделий, обладающих высоким техническим уровнем Первым этапом алгоритма является определение ожидаемого качества деталей, которые при эксплуатации изделия были выявлены как ненадежные3. Ожидаемое качество деталей - это качество, определенное по параметрам, указанным на чертеже детали. При недостаточном качестве детали (не соответствующем качеству базовой детали) корректируют значения параметров с целью достижения качества базовой детали [17]. Неразрушающий контроль проводят на предмет обнаружения недопустимых дефектов в сечениях и на поверхностях, ответственных за безотказность: различных включений, неплотностей и других дефектов, ослабляющих рабочее сечение детали. По результатам ускоренных испытаний производят (при необходимости) корректировку чертежа детали, т.е. корректировку конструктивных и технологических параметров, связанных с безотказностью детали4. Детали, изготовленные в соответствии с пунктами описанного алгоритма, по определению должны обладать требуемым качеством и безотказностью. Также контроль качества детали необходимо осуществлять в процессе производства. После проведения всех вышеперечисленных мероприятий считается, что обеспечено производство технических изделий, соответствующих высокому техническому уровню качества с 95%-ной вероятностью (5 % - возможное возникновение допустимых и некритичных дефектов) [18].

About the authors

E. M Zimin

Moscow Polytechnic University

V. V Martishkin

Moscow Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 33

PDF (Russian) - 24

Refbacks

• There are currently no refbacks.