Размещено на http://www.allbest.ru/

• Оглавление
• Введение
• Глава 1. Теоретико-методологические аспекты исследования неразрушающего контроля на предприятии машиностроительной отрасли
• 1.1 Понятие неразрушающего контроля и его виды
• 1.2 Эффективность комплексного применения методов неразрушающего контроля
• 1.3 Методологические аспекты обеспечения безопасности сложных технических объектов в условиях ограниченных ресурсов
• 1.4 Механизмы выявления различных дефектов
• Глава 2. Практический анализ применения методов неразрушающего контроля на предприятии машиностроительной отрасли (на примере ОАО «Красный октябрь)
• 2.1 Технико-экономическая характеристика объекта исследования
• 2.2 Место неразрушающего контроля в организации производства и системе управления качеством
• 2.3 Предложения по оптимизации системы неразрушающего контроля на предприятии
• Заключение
• Использованная литература
• Введение
• Актуальность темы исследования. Обеспечение качества выпускаемой продукции, а также надежности и безопасности эксплуатации существующих машин, механизмов, зданий, сооружений, нефте- и газо-проводов, транспортных средств и т.д. становится все более актуальной проблемой как для каждого государства, так и для мирового сообщества в целом. Для повышения надежности и долговечности работы машин и аппаратов, изготавливаемых на предприятиях машиностроительной отрасли, необходимо проводить непрерывный контроль их качества и применять для этих целей методы неразрушающего контроля.
• Развитие этой области человеческих знаний и грамотное использование имеющихся возможностей требует подготовки высококвалифицированного персонала.
• Целью дипломного проекта является разработка предложений по совершенствованию системы организации технического контроля и применения неразрушающих методов контроля.
• Цель обусловила постановку и решение следующих задач исследования:

1. Изучение теоретических основ систем управления качеством на предприятии.

2. Провести анализ существующих методов неразрушающего контроля.

3. Дать характеристику технико-экономического состояния объекта и анализ результатов деятельности.

4. Выявить сильные и слабые стороны системы управления качеством на предприятии-объекте исследования.

5. Разработать предложения по совершенствованию системы управления качеством с применением методов неразрушающего контроля в ОАО «Красный Октябрь».

Объектом исследования является открытое акционерное общество «Красный октябрь», которым специализируется в производстве, ремонте и обслуживании силовых агрегатов для вертолетов «Ми» и «Ка», коробок самолетных агрегатов (КСА), газотурбинных двигателей-энергоузлов и турбостартеров (ГТДЭ и ВК) для самолетов «МиГ» и «Су».

Предмет исследования - организация системы контроля узлов и деталей посредствам применения неразрушающих методов контроля

Хронологическими рамками исследования является период деятельности организации за 2014-2015 года.

Методы

В настоящее время, в условиях насыщенности рынка и конкуренции, приоритетным направлением деятельности предприятия является повышение качества продукции. С повышением уровня качества тесно связано повышение эффективности хозяйствования и возможность раскрытия новых экономических резервов.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что поддержание и постоянное повышение качества выпускаемой продукции является приоритетным направлением деятельности.

Дипломный проект состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.

Глава 1. Теоретико-методологические аспекты исследования неразрушающего контроля на предприятии машиностроительной отрасли

1.1 Понятие неразрушающего контроля и его виды

При проведении мониторинга технического состояния (ТС) сложных систем и агрегатов одной из наиболее актуальных является задача объективного своевременного обнаружения дефектов различной природы и организация контроля за развитием дефектов из-за старения элементов при эксплуатации.

Одним из путей предотвращения нежелательных последствий от эксплуатации изделий с дефектами является систематичное использование методов НК. Дефектом, согласно нормативно-технической документации (НДТ) (ГОСТ 17-102), называется каждое отдельное несоответствие продукции требованиям. Однако в практике применения средств неразрушающего контроля нет полного соответствия понятия «дефект» определению по ГОСТ. Обычно под дефектом понимают отклонение параметра от требований проектно-конструкторской документации, выявленное средствами неразрушающего контроля. Связь такого понятия с определением по ГОСТ устанавливается путем разделения дефектов на допустимые требования НТД и недопустимые.

Обобщая, здесь и далее под дефектом будем понимать физическое проявление изменения характеристик объекта контроля с параметрами, превышающими нормативные требования. По происхождению дефекты подразделяют на производственно-технологические, возникающие в процессе проектирования и изготовления изделия, его монтажа и установки, и эксплуатационные, возникающие после некоторой наработки изделия в результате процессов деградации, а также в результате неправильной эксплуатации и ремонтов. [5]

В дальнейшем, говоря о дефектах, выявляемых средствами и методами НК, будем иметь в виду эксплуатационные и производственно-технологические дефекты, не выявленные при изготовлении и сдаче систем в эксплуатацию.

Так, например, (в зависимости от объекта) вся совокупность объектов и систем может быть разбита на группы, для которых характерны однотипные дефекты:

- силовые металлоконструкции (стрелы грузоподъемных машин, установщиков, несущие форменные конструкции, силовые элементы агрегатов обслуживания);

- сосуды, теплообменные аппараты, трубопроводы (сосуды и емкости, влагомасло-отделители и холодильники компрессорных установок, теплообменные аппараты, камеры нейтрализации, магистрали газов и жидкостей и др.);

- механизмы и машинное оборудование (гидроприводы, редукторы, насосы, компрессоры, вентиляторы и приводные электродвигатели, дизельные электростанции);

- трубопроводы, корпуса систем под давлением, парогенераторы, системы жидко-снабжения;

- контрольно-измерительные приборы (КИП) и автоматика, оборудование систем управления;

- кабельное оборудование (силовые кабели, измерительные кабели, кабели систем управления, кабели связи);

- электронное оборудование;

- оборудование электроснабжения (трансформаторы, коммутационная аппаратура);

- объекты, содержащие радиоактивные вещества, активность которых определяется без разрушения исходных матриц;

- конструкции строительных сооружений. [9]

Рассмотрим некоторые наиболее характерные дефекты приведенных систем.

Для силовых металлоконструкций характерны литейные дефекты (рыхлота, пористость, ликвационные зоны, дендритная ликвация, зональная ликвация, подусадочная ликвация, газовые пузыри или раковины, песчаные и шлаковые раковины), металлические и неметаллические включения, утяжины, плены, спаи, горячие, холодные и термические трещины); дефекты прокатанного и кованого металла (трещины, флокены, волосовины, расслоения, внутренние разрывы, рванины, закаты и заковы, плены); дефекты сварных соединений (трещины в наплавленном металле, холодные трещины, микротрещины в шве, надрывы, трещины, образующиеся при термообработке, рихтовочные трещины, непровары, поры и раковины, шлаковые включения), дефекты, возникающие при обработке деталей (закалочные и шлифовочные трещины, надрывы); дефекты, возникающие при эксплуатации изделий (усталостные трещины, коррозионные повреждения, трещины, образующиеся в результате однократно приложенных высоких механических напряжений, механические повреждения поверхности).

Для сосудов, теплообменных аппаратов, трубопроводов характерны производственно-технологические и эксплуатационные дефекты, аналогично силовым металлоконструкциям. Помимо этого, для данной группы оборудования характерны негерметичности соединений, приводящие к утечкам рабочих сред, уменьшение проходных сечений в результате отложений на стенках продуктов коррозии и накипи. Важнейшим параметром, определяющим долговечность и надежность эксплуатации нефтегазовых труб различных диаметров, является толщина антикоррозийного трехслойного полиэтиленового покрытия.

Для механизмов и машинного оборудования характерны износ и поломка деталей, повреждение уплотнений, сопровождающиеся утечкой рабочих жидкостей, местным аномальным нагревом частей оборудования, посторонним шумом, повышенной вибрацией.

Для КИП и автоматики, оборудования систем управления характерны выход из строя отдельных блоков и приборов, нарушение электрического контакта, уменьшение сопротивления и пробой изоляции. [8]

Для кабельного оборудования характерны уменьшение сопротивления изоляции, старение изоляции, обрыв жил кабеля, возгорание изоляции и др.

Для электронного оборудования характерны выход из строя блоков и отдельных элементов.

Для оборудования электроснабжения характерны залипания контактов, выход из строя концевых выключателей и приводов межсекционных выключателей.

Для конструкций строительных сооружений характерны такие дефекты, как трещины, раковины, несплошности бетона, дефекты армирования бетона, разрушение фундаментов и оснований и т.д.

Для объектов с радиоактивными веществами под дефектами можно понимать уровни активности, превышающие допустимые нормы. Таким образом, для каждой из групп оборудования можно составить перечень методов НК и перечень приборов и технологий их применения для реализации этих методов. [17]

Выбор метода НК должен быть основан помимо априорного знания о характере дефекта на таких факторах, как:

- условия работы изделия;

- форма и размеры изделия;

- физические свойства материала деталей изделия;

- условия контроля и наличие подходов к проверяемому объекту;

- технические условия на изделия, содержащие количественные критерии недопустимости дефектов и зачастую нормирующие применение методов контроля на конкретном изделии;

- чувствительность методов.

Достоверность результатов определяется чувствительностью методов НК, выявляемостью и повторяемостью результатов и основана на тщательной калибровке.

Чувствительность метода контроля является важной его характеристикой. В таблице 1 приведена чувствительность для различных методов определения несплошностей в материале изделий. Аналитический вид кривой выявляемости дефектов приведен в [1]:

(1)

где Х₀ - граничный наименьший размер выявляемого дефекта, который зависит от чувствительности метода контроля;

X - константа. Вероятность пропуска дефекта с учетом ошибок оператора определяется как:

(2)

где е и у - постоянные,

f = 0.005 экспериментально полученная величина.

Применение каждого из методов в каждом конкретном случае характеризуется вероятностью выявления дефектов. На вероятность выявления дефектов влияют чувствительность метода, а также условия проведения процедуры контроля. Определение вероятности выявления дефектов является достаточно сложной задачей, которая еще более усложняется, если для повышения достоверности определения дефектов приходится комбинировать методы контроля. Комбинирование методов подразумевает не только использование нескольких методов, но и чередование их в определенной последовательности (технологии). Вместе с тем, стоимость применения метода контроля или их совокупности должна быть по возможности ниже. Таким образом, выбор стратегии применения методов контроля основывается на стремлении, с одной стороны, повысить вероятность выявления дефектов и, с другой стороны, снизить различные технико-экономические затраты на проведение контроля.

Однако, несмотря на значительные успехи в развитии методов НК и применяемые меры по контролю ТС различных систем, отдельные дефекты остаются не выявленными и становятся причинами и результатами аварийных ситуаций и больших катастроф. Так, методы и средства НК, применяемые на стадиях производства и предэксплуатационного, далеки от совершенства и в результате их применения не выявляется значительное число дефектов технологической природы.

Российский ГОСТ 18353-79 различает 9 видов неразрушающего контроля согласно используемым физическим явлениям: магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновый, тепловой, оптический, радиационный, акустический и проникающими веществами. Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля (ПБ 03-440-02) Госгортехнадзора вводят уже 11 методов неразрушающего контроля: ультразвуковой, акустико-эмиссионный, радиационный, магнитный, вихретоковый, проникающими веществами (капиллярный и течеисканием), визуальный и измерительный, вибродиагностический, электрический, тепловой, оптический. В целом, классификация методов НРК не успевает за разработкой все новых способов испытаний материалов и изделий, многие из которых используют комбинацию разнообразных физических феноменов.

Тепловой метод неразрушающего контроля основан на регистрации возмущений, вносимых внутренними дефектами в регулярный (эталонный) характер распространения тепловых потоков в объекте контроля. На практике анализируют двумерное нестационарное распределение температуры на поверхности объекта контроля, причем информативными признаками скрытых дефектов являются локальные температурные сигналы или характерные времена теплопередачи.

Аппаратурную базу теплового контроля составляют инфракрасные системы измерения температуры, в особенности, тепловизоры. Современные тепловизоры являются измерительными приборами, используют охлаждаемые и неохлаждаемые матричные приемники инфракрасного излучения и обеспечивают следующие параметры:

1) формат кадра - от 128х128 до 1024х1024 пикселей;

2) спектральный диапазон 3…5 мкм и 7…13 мкм;

3) частота кадров - до 1000 Гц; 4) глубина оцифровки сигнала - 12, 14 и 16 бит. В портативных тепловизорах массой от 0,7 до 3 кг возможна цифровая запись до 1000 термограмм.

1.2 Эффективность комплексного применения методов неразрушающего контроля

Объективный анализ применения различных методов привел к целесообразности применения комплексных систем контроля, которые используют разные по физической природе методы исследования, что, в свою очередь, позволит исключить недостатки одного метода, взаимодополнить методы и реализовать тем самым принцип «избыточности» для повышения надежности контроля систем и агрегатов.

Различные методы НК характеризуется разными значениями технико-экономических параметров: чувствительностью, условиями применения, типами контролируемых объектов и т.д. Поэтому при формировании комплекса методов НК разной физической природы возникает проблема оптимизации состава комплекса с учетом критериев их эффективности и затрат ресурсов. [19]

Комплексное использование наиболее чувствительных методов не означает, что показатели достоверности будут соответственно наибольшими, а в свою очередь, учет первоочередности технических показателей может привести к противоречиям с экономическими критериями, такими как трудозатраты, стоимость, время контроля и т.д., что, в свою очередь, может привести к тому, что выбранный комплекс методов НК может оказаться с экономической точки зрения неэффективным.

Для реализации различных методов НК разработаны различные приборы: дефектоскопы, толщиномеры, тепловизоры для разных дефектов (трещин, негерметичностей), электронное оборудование (для нахождения ослабления электрических контактов), механическое оборудование, которое имеет различные технико-экономические характеристики и технологии использования для различных типов дефектов и др.

Из анализа имеющихся характеристик вытекает необходимость решения задачи выбора состава (комплекса) методов НК как задачи в оптимизационной постановке.

Комплексное применение методов НК для диагностики и обнаружения дефектов в агрегатах и системах направлено на обеспечение увеличения эффективности и достоверности контроля, продления работоспособности и ресурса.

Задача формирования комплекса различных методов НК для обнаружения совокупности возможных (наиболее опасных дефектов) в системе может быть сформулирована как оптимизационная многоуровневая однокритериальная (многокритериальная) задача дискретного программирования.

Решение задачи - оптимальное сочетание различных методов НК, применение которых наиболее эффективно при эксплуатации и анализе ресурса дорогостоящих систем.

Актуальными при проведении НК являются также задачи оптимального распределения объемов контроля на всех этапах жизненного цикла объекта, оптимизации мест и параметров контроля, планирования технического обслуживания системы с учетом экономических показателей.

Индустриализация применения методов НК.

Совершенствование опыта в области системного анализа, развитие научно-методической базы и накопление статистической информации позволили подойти к формулировке и обоснованию концепции «абсолютной надежности» ответственных систем, которая базируется на результатах использования вероятностных методов анализа безопасности и прочности, анализа критичности и оптимального резервирования, совершенствования и широкого применения методов НК, автоматизированных систем НК, количественного учета влияния НК на прочность и долговечность систем, компьютерном анализе и оценке результатов расчетов и измерений. [11]

Большие объемы проведения работ по выявлению дефектов в системах и катастрофические последствия, которые могут быть причиной некачественного его проведения, ставят задачу по индустриализации применения методов НК с использованием математических моделей, методов и современных информационных технологий для организации мониторинга при эксплуатации систем.

Индустриализация применения методов НК и организации работ на ответственных объектах и системах требуют больших материальных и временных затрат, сравнимых со всеми остальными расходами на эксплуатацию объекта.

При проведении мониторинга, исследования систем (элементов) и применения методов НК с целью продления ресурса важными являются данные, получаемые в результате решения задач:

- прогнозирования вероятности безотказной работы (ВБР) элементов и систем. Прогнозирование может осуществляется раздельно по постепенным и внезапным отказам, с использованием моделей полиномиальной регрессии, моделей анализа цензурированных выборок;

- составление (или использование готовой) обобщенной структурной схемы надежности системы и ее узлов и элементов. Обобщенная структурная схема надежности может содержать помимо основных и резервных элементов, элементы из состава ЗИПа. Структурная схема надежности представляет собой такую совокупность функционально подобных основных и резервных элементов, отказ которых вызывает неустранимый отказ всей системы; [14]

- формирование критериев предельного состояния для системы. Предельным состоянием элемента является его неустранимый отказ. Отказ элемента неустраним, если, например, исчерпан резерв и ЗИП. Неустранимый отказ элемента, который вызывает отказ системы, означает переход системы в ее предельное состояние;

- прогнозирование остаточного ресурса узлов и системы в целом. Показатели остаточного ресурса определяются по эмпирической зависимости ВБР узла (по отношению к неустранимым отказам) от наработки. Остаточный ресурс системы может прогнозироваться двумя способами: по результирующей зависимости ВБР системы от наработки, рассчитываемой на основе аналогичных функций узлов, либо по остаточному ресурсу наиболее «слабого» в смысле долговечности узла. В качестве количественных оценок показателей остаточного ресурса используются средний и гамма-процентный остаточные ресурсы.

Для эффективного решения задач прогнозирования ТС и остаточного ресурса систем, повышения их долговечности актуальными являются:

- совершенствование приборного контроля, повышение точности, применение передовых методов контроля технического состояния и методов НК;

- автоматизация сбора обработки и хранения эксплуатационной информации на базе универсальных измерительных аппаратно-программных комплексов, разработка и ведение базы данных мониторинга ТС систем, разработка форм эксплуатационных документов для сбора данных, необходимых для прогнозирования остаточного ресурса систем, формирование перечня критичных с точки зрения надежности элементов исследуемых систем для контроля;

- детальная проработка перечня контролируемых параметров, мест, методов и технологий измерений, приборов для контроля и их класс точности, периодичность контроля.

В качестве базового средства измерения при мониторинге ТС необходимо использовать аппаратно-программные комплексы по сбору и обработке измерительной информации на базе персональных компьютеров, которые дают высокую точность и оперативность измерений, предоставляют широкие возможности при обработке и хранению результатов, многофункциональность, высокую мобильность, относительно низкую стоимость (по сравнению с общей стоимостью заменяемых приборов).

Результаты применения НК могут быть полезными при обосновании оптимальных объемов ремонтно-восстановительных работ, обеспечивающих заданное (или максимально возможное при выделенном количестве средств на ремонт) продление технического ресурса анализируемых систем.

1.3 Методологические аспекты обеспечения безопасности сложных технических объектов в условиях ограниченных ресурсов

Сложные технические системы в своем развитии - от первоначальной идеи заказчика и генерального конструктора, до ее монтажа, или вывода из эксплуатации (списания), проходят ряд этапов: несколько стадий и циклов проектирования, изготовление опытных агрегатов и образцов систем, эксплуатация в различных режимах и внешних условиях. Неизбежное накопление инженерных или проектных ошибок, технологических отклонений, брака и физических дефектов в элементах конструкций и систем могут сокращать запланированный период нормального функционирования и эксплуатации, а также снижать безотказность функционирования. Сравнительные оценки затрат на устранения дефектов, которые обнаруживаются на различных стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации системы возрастают примерно в десять раз при сохранении не выявленного дефекта в системе, при переходе из одной стадии жизненного цикла в другую. Многолетняя практика эксплуатации сложных систем показывает, что важной задачей при поддержании объектов в состоянии работоспособности является организация и проведение технического обслуживания и различных видов ремонтов (восстановления) элементов систем. Организация «замедления» процессов старения дорогостоящих систем и обеспечение их безопасности требует пересмотра существующих методик и подходов, а также разработки качественно нового подхода - применения моделей и методов системного анализа, процедур принятия решений для эффективного планирования технического обслуживания (ТО), выявления неисправностей и дефектов, планомерной организации замен.

Всегда присутствующий недостаток материальных и финансовых ресурсов привел к необходимости проведения исследований проблемы поддержки технического ресурса и безопасности систем с целью выявления возможных резервов как технического, так и организационного плана, анализа и совершенствования не всегда рациональных подходов и планирования продления ресурсов агрегатов и систем.

Основная идея по использованию существующих резервов ресурсных и финансовых возможностей состоит в том, чтобы к оцениванию технического состояния систем, планированию их технического состояния, планированию восстановления и ремонта элементов и систем, подойти избирательно (индивидуально), оценивая состояние отдельного элемента, узла, системы.

Анализ сведений (данных об отказах оборудования) по эксплуатации сложных систем показывает, что с течением времени (старением) доля отказов элементов и агрегатов возрастает, приводя к значительному росту затрат на организацию и проведение контроля систем. Избирательный подход также важен для уменьшения затрат ресурсов при организации контроля.

Проблема продления ресурса стареющих систем с учетом критерия безопасности является комплексной и состоит в проведении ряда этапов. На рис.1 представлена схема взаимосвязей различных функциональных задач, которые вносят наибольший вклад в обеспечение безопасности сложных объектов.

При анализе безопасности сложных объектов значительное внимание уделяется вопросам определения критичности узлов и агрегатов систем. Проблема выявления критичных элементов особенно актуальна при анализе безопасности систем в условиях ограниченных ресурсов. Поскольку системы содержат большое количество элементов, то в условиях жестко ограниченных ресурсов обеспечить повышение надежности путем улучшения качества одновременно всех элементов не представляется возможным.

Однако разные подсистемы, агрегаты или системы играют при функционировании объекта далеко не одинаковую роль и отказы разных компонентов могут приводить к разным последствиям. Поэтому необходимо сосредоточить усилия на совершенствовании узлов, критичных элементов, играющих в обеспечении безотказности наиболее важную (ключевую) роль.

Вывод о возможности ремонта или замены только части элементов системы без необходимости проведения ремонтов других элементов базируется на методике анализа и ранжирования наиболее критичных элементов в составе системы.

Проблема ранжирования элементов системы может решаться различными способами и состоит в целенаправленном выявлении критичных элементов, подлежащих исследованию и выявлению дефектов на данном периоде восстановления.

Критичность системы (элемента) есть свойство элемента, отражающее возможность возникновения отказа и определяющее степень влияния на работоспособность системы в целом для данного ранга последствий.

Критичность не может быть определена только одними свойствами элемента, а должна определяться в рамках всего технического объекта, его функциональной структуры. Наиболее распространенными показателями, характеризующими критичность, являются структурная важность и важность в смысле надежности.

Часто в инженерной практике при анализе систем различного функционального назначения (космических систем, энергетических установок, трубопроводов, электрических кабелей и т.д.) критичность рассматривается как более широкое понятие - векторное свойство. Выделяются три общих основных составляющих критичности:

1. надежность (безопасность);

2. последствия отказа;

3. возможность уменьшения вероятности возникновения и тяжести последствий.

Пусть K=(K1...,Kj,...Kj*) (3) - векторный показатель критичности, где Kj - j-й частный показатель, который отражает некоторую одну частную сторону, одну из характеристик объекта. Различные системы могут характеризоваться различными наборами частных показателей критичности. Эти частные показатели характеризуются как количественными показателями, так и могут принимать значения как лингвистические переменные.

Набор показателей Kj, принадлежащих К, может быть следующим:

резервирование;

возможность отказа;

тяжесть последствий отказа;

устойчивость элемента к воздействию внешних неблагоприятных факторов среды;

контролируемость состояния элементов в ходе эксплуатации;

продолжительность присутствия риска вследствие отказа;

возможность локализации отказа и др.

Операция ранжирования элементов по степени критичности может осуществляться на различных уровнях структурирования объектов систем, агрегатов и узлов, частей конструкций и отдельных элементов на основе анализа морфологических блоков и структурных взаимосвязей. Чем больше вес элемента, тем он важнее для обеспечения безопасности объекта.

Пусть в результате оценивания критичности элементов выделено множество критичных элементов

E={e_j, j ЄJ},J={1,...,n}, (4)

на надежность которых следует обратить особое внимание при решении задачи обеспечения безопасности объекта.

Формально задача ранжирования элементов по степени критичности с учетом одного или совокупности критериев относится к классу задач определения предпочтений многомерных альтернатив. Ее решение в каждом конкретном случае зависит от типов систем, выбранных частных показателей критичности, экспертной информации и т.д.

Для организации нормативно-технического обеспечения и сопровождения данными критичных элементов на различных этапах восстановления необходимо создание и ведение баз данных о дефектах и их положениях, размерах, результатах испытаний и диагностики, проблемах восстановления, структурных схемах систем и деревьях отказов и т.д. Эти данные являются важными как для оценки вероятности проявления дефектов, так и для более тщательного их изучения. Ведение «информационного паспорта» исследуемых критичных элементов с данными о технико-экономических показателях и операциях, которые выполнялись с элементами на предыдущих периодах восстановления, позволяют реализовать наиболее рациональные пути и способы устранения дефектов.

На основе анализа информационного паспорта элемента для различных периодов восстановления можно говорить: о контроле над развитием дефекта, сравнивать обнаруженные дефекты с определенными эталонами для их ранжирования, проводить классификационный анализ, принимая к вниманию аспекты связанные с безотказностью и ресурсами для системы. Информационный паспорт элементов -- это также основа для выбора и построения принципов контроля с учетом технических характеристик и экономических показателей.

Отсутствие эксплуатационных данных и материалов диагностики и контроля не позволяет рационально организовывать эксплуатацию систем таким образом, чтобы расходовать технический ресурс как можно дольше, не снижая при этом уровень надежности в целом.

1.4 Механизмы выявления различных дефектов

Проблема рационального использования технического ресурса для отдельных элементов и агрегатов системы ставит задачи исследования моделей и механизмов деградации элементов систем. Построение моделей для моделирования развития дефектов различного типа для различных типов элементов (кабели, трубы, двигатели и т.д.) с учетом различных внешних условий (окружающей среды) и возмущений является актуальной задачей.

Отметим также задачу выбора метода (инструментов) или комплекса методов неразрушающего контроля (НК) для проведения диагностики технического состояния как отдельных элементов, так и их совокупности с учетом технико-экономических показателей. Инженерная практика выдвигает ряд требований, которым должны удовлетворять методы, прежде всего, например, возможность визуализации дефектов, высокая выявляемоесть дефектов, чувствительность приборов, компактность и практичность оборудования. Для различных работ применяются как отдельные методы НК, так и их комбинации (комплекты). Однако их совместное сочетание (например, визуальный и вихретоковый) позволяют получить более достоверную информацию о качестве металлоизделий, например, в космосе.

При решении задач восстановления актуальными являются модели и методы планирования восстановления элементов систем, которые учитывают возможности совмещения отдельных операций ТО, ремонта и технологических процессов, методы совершенствования расписаний обслуживания с учетом различных критериев и т.д. Для подготовки ТО критичных элементов необходимо также планировать обеспечение их различного рода ресурсами и разработать модели расходования ресурсов на основе теории управления запасами. Важными являются задачи планирования объемов и сроков проведения ТО, разработки оптимальных стратегий ремонтов по различным показателям готовности, стоимости и т.д. Основанием для назначения того или иного вида ремонта является выработка технологическим оборудованием технического ресурса, при котором создается угроза безопасности объекта.

При разработке таких моделей необходимо формировать показатели критериев и учесть ограничения на потребление различного рода ресурсов (численность специалистов, участвующих в проведении эксплуатационных процессов), оборудования, финансовых затрат, временных ограничений на восстановление.

Рассмотрим одну из задач принятия решений по выбору способов восстановления элементов систем.

Предположим, что для фиксированного периода времени Т в результате проведения исследования технического состояния выделенных критичных элементов и обработки результатов экспериментов по диагностике элементов (отдельных агрегатов или систем) с применением комплекса методов НК определены возможные способы восстановления элементов и заданы ограничения по технико-экономическим показателям на проведение работ.

Обозначим через

Е={ej, j Є J), J={1,...,n}, (5)

- множество элементов (агрегатов), у которых на данный период восстановления Т необходимо проводить комплекс мероприятий, (ТО различного уровня), восстановление (профилактику, замену и т.д.). Объемы ремонтно-профи-лактмческих работ для каждого агрегата или системы зависят от экспертной информации о величине его остаточного ресурса, интенсивности отказов, результатов контроля систем, выделенных ресурсов и т.д.

Реализация восстановления работоспособности элемента еj может осуществляться различными технологическими способами

xjk Є Xj ={хj1, хj2,...,xjk* } (6)

Тогда х = (х1k1,...х1kj,...,хnkn) (7) - перечень способов восстановления всех критичных элементов системы.

При проведении работ могут задействоваться: различное число бригад, ремонтных органов, оборудование различного типа и т.д., для различных элементов необходимы финансовые и ресурсные затраты. От этих затрат зависит качество и сроки проведения работ (замена узла новым или замена (восстановление) его части и т.д.), что и определяет показатель вероятности не достижения предельного состояния после их восстановления.

Определим для каждого способа восстановления xjk показатели планируемых вероятностей не перехода в предельное состояние рj (xjk ) и затрат ресурсов gj (xjk ) (например, среднее время восстановления элементов и систем, стоимость ремонтно-профилактических работ, трудозатраты и т.д.).

Данные по ресурсам заносятся в таблицу, в которой для каждого элемента фиксируются возможные способы его восстановления.

Пусть заданы ограничения bi, i Є I = [1,..., т} по каждому ресурсу для планового периода времени Т. Тогда задача выбора способов восстановления элементов системы может быть сформулирована следующим образом:

Р(х) = П pj (xjk) --> mах, (8)

при ограничениях на ресурсы восстановления

gi (x) = SUM gij (xjk) <= bi,i Є I

x =(x1k1,...xjkj,...xnkn} Є X = П Xj (9)

Результатом решения данной задачи являются фиксированные способы восстановления агрегатов или технологических систем в плановый период восстановления Т, после выполнения которых надежность системы является максимальной при выделенных ресурсах. Важно отметить, что при нахождении и интерпретации решений необходимо исследовать их корректность и адекватность. Для решения задачи могут быть использованы алгоритмы, базирующиеся на методе последовательного анализа и отсеивания вариантов.

Глава 2. Практический анализ применения методов неразрушающего контроля на предприятии машиностроительной отрасли (на примере ОАО «Красный октябрь)

2.1 Технико-экономическая характеристика объекта исследования

Полное фирменное наименование: Санкт-Петербургское открытое акционерное общество «Красный Октябрь». Место нахождения и почтовый адрес: Российская Федерация, 194100, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.13-15.

Дата государственной регистрации Общества и регистрационный номер: 08 апреля 1994г., № 7108. Идентификационный номер налогоплательщика: № 7830002462. Количество акционеров, зарегистрированных в реестре на 01.01.2014 г.: Физических лиц - 6 368, юридических лиц - 24, в том числе количество акционеров, владельцев обыкновенных акций Общества - 3 914.

Информация об аудиторе Общества: название: Общество с ограниченной ответственностью Аудиторская фирма «Авиааудит - Пром»; основной государственный регистрационный номер: 1027739059809.

Положение Общества в отрасли: Специализация в области производства силовых агрегатов, агрегатов трансмиссий, коробок самолетных агрегатов и вспомогательных силовых установок для вертолетов и самолетов.

Приоритетные направления деятельности Общества - Производство и ремонт силовых агрегатов, агрегатов трансмиссий, коробок самолетных агрегатов, вспомогательных силовых установок для вертолетов и самолетов. Разработка конструкторско-технологической документации для производства, ремонтной документации и технологий ремонта, специального оборудования и инструмента для ремонта выпускаемых изделий. Техническое обслуживание и модернизация, оказание сервисных и инжиниринговых услуг, авторский надзор и техническое сопровождение ремонтных предприятий с поставкой запчастей, специального оборудования и инструмента.

Обществом выполнены обязательства перед акционерами, заказчиками (в т.ч. по государственному оборонному заказу), бюджетом всех уровней и трудовым коллективом. Общество в целом успешно продолжало проведение опытно-конструкторских работ и освоение производства ВСУ для самолетов 5-го поколения, главных редукторов для вертолетов Ми-38, КА-226Н.

Были продолжены работы по техническому развитию и модернизации. В IV квартале введен в строй современный механико-замкнутый стенд с автоматизированной системой управления для испытания главных редукторов вертолетов Ми-38. Появившиеся в результате санкций, роста курса валют по отношению рубля, задержки энергетическими компаниями согласования условий для реализации мероприятий по экономии электроэнергии, неопределенности поначалу серийного производства вертолётов КА-226Н, Ми-38, самолетов МиГ 35С и ряд других причин, риски сделали целесообразным смещение в реализации в 2014 году ряда мероприятий по развитию производства. Зарезервированные при этом средства и возможная выручка от экспортных контрактов значительно увеличила прибыль Общества. Общество в 2014 году не использовало банковских кредитов.

Задолженность по уплате налогов в бюджет по состоянию на 01.01.2015 г. отсутствует.

Перспективы развития Общества в 20 Перспективы развития Общества в 2015 году

Портфель заказов на 2015год, созданные в 2014 году заделы при не возникновении связанных с кризисными явлениями в экономике форс-мажорными обстоятельствами должны обеспечить прибыльную работу Общества и финансовую устойчивость.

Важнейшими задачами в этот период являются:

- выполнение в полном объеме и требуемые сроки государственного оборонного заказа;

- завершение ОКР по главным редукторам для вертолетов Ми-38, КА-226Н, а также продолжение ОКР по ВСУ для самолета 5-го поколения;

- реализация, в т.ч. частично приостановленных в 2014 году мероприятий по техническому перевооружению, модернизации и ремонту активной и пассивной части основных фондов, развитие стендовой базы;

- дальнейшая оптимизация имущественного комплекса и затрат на производство;

- обеспечение конкурентных преимуществ на рынке трудовых ресурсов.

Зависимость по ряду выпускаемых изделий (КСА), занимающих значительный удельный вес в общих объемах производства Общества, от поставок комплектующих изделий с Украины.

Неисполнение (увеличение) сроков поставок покупных полуфабрикатов и готовых комплектующих, в т.ч. подшипников.

Высокий уровень зависимости от возможности приобретения импортного прогрессивного технологического оборудования измерительных средств, инструмента и поддержание их эксплуатационной надежности.

Конкурентные риски.

Обострение, в т.ч. частично не добросовестной, конкуренции на рынке авиационной техники.

Отсутствие, присущей развитым рыночным отношениям, конкурентной среды.

Финансовые риски.

Резкое увеличение затрат на закупку импортного прогрессивного оборудования, запасных частей, программного обеспечения и инструмента и т.д. в связи с ростом курса валют по отношению к рублю.

Постоянно и неоправданно ужесточающихся условий (в части цен, объемов и условий авансирования) договоров на поставку ПКИ, материалов и других ресурсов, работ и услуг.

Возрастающая кредиторская задолженность покупателей и заказчиков, в т.ч. из-за усложнения доступа к кредитным ресурсам, вследствие увеличения учетной ставки.

Социальные риски.

Дефицит трудовых ресурсов по определяющим работу Общества рабочим и инженерным профессиям.

Неполное соответствие квалификации приходящих кадров требованиям авиационного производства, при завышенных требованиях по уровню оплаты труда.

2.2 Место неразрушающего контроля в организации производства и системе управления качеством

Основные преимущества методов НК выявляются при применении их в серийном производстве, тем более что на ряде предприятий начинает ощущаться значительное отставание производительности труда на этих операциях по сравнению с операциями производства.

Об удельном весе контрольных операций в технологическом процессе свидетельствуют, например, такие цифры. На металлургических предприятиях, выпускающих трубы, на контроле занято 18-20% рабочих (тем больше, чем выше требования к качеству изделий), при этом разрушению подвергается 10-18% труб от партии. На машиностроительных заводах количество разрушенных деталей может достигать 20-25% от партии, поскольку из деталей изготовляют образцы для механических и металлографических испытаний после литья и термической обработки, после механической и окончательной обработки и т.д.

Широкое применение неразрушающих методов контроля позволит избежать столь больших потерь времени и материальных затрат, а также обеспечить полную или частичную автоматизацию контроля при одновременном значительном повышении качества и надежности продукции. Ни один прогрессивный технологический процесс получения ответственной продукции не рекомендуется для внедрения в промышленность без соответствующей системы неразрушающего контроля. Рассмотрим последовательность контрольных операций, в том числе и НК в процессе производства.

Процесс контроля качества производственного процесса состоит из ряда последовательных операций, которые включают проверку определенных элементов изделия. Каждая операция процесса контроля, в свою очередь, состоит из отдельных контрольных действий. Систему контрольных действий, выполненных в строго определенной последовательности, которая приводит к решению задачи контроля качества готового изделия, будем называть алгоритмом.

Алгоритмы контроля качества конструкторских документов формулируют с помощью языка схем. Каждое действие изображают в схеме в виде некоторого символа, внутри которого описывают содержание действия. Это описание приводят в виде текста. В схемах алгоритмов употребляют стандартные символы, указанные в таблице (СТП 0707. 12.5.001-2003).

В процессе формирования алгоритмов контроля качества производственного процесса эти символы имеют определенное назначение.

Символ алгоритма контроля соответствует алгоритму контроля тематически связанных элементов производственного процесса. Внутри символа записывают название алгоритма. Стрелка направлена к следующему символу.

Символ контрольного действия обозначает контрольное действие, содержание которого записано внутри символа.

К1 - входной контроль материалов и комплектующих выполняется по СТП 0707. 12.2.001.

К6 - выполняется работниками цеха и ОТК при передаче заготовок из термического отделения заготовительного цеха в механосборочные цеха и включает в себя проверку режимов термообработки, визуальный контроль поверхности заготовок, соответствие физико-механических свойств, маркировки и требованиям СПТ 0707.11.001, количества заготовок.

К7 - выполняется работниками цеха и ОТК в процессе сварки/наплавки и передаче заготовок, деталей, узлов, на дальнейшую обработку включает в себя контроль режимов сварки, визуальный и измерительный контроль сварного соединения, проверку соответствия маркировки по СТП 0707.11.001. Форма документирования - запись в журнале ОТК (рекомендуемая форма УТК-23, 43, 109), отметка в сопроводительном паспорте.

К10 - выполняется работниками цеха и ОТК после сборки узлов, предназначенных для дальнейшей механической обработки, и включает в себя контроль геометрических размеров и качества сборки на соответствие требованиям НТД. Форма документирования - регистрация в журнале ОТК (рекомендуемая форма УТК-3, 100), отметка в сопроводительной накладной.

К13 - выполняется дефектоскопистами ЦЗЛ и включает в себя проверку качества поверхности и/или сварного шва неразрушающими методами контроля. Форма документирования - запись в журнале ЦЗЛ, заключение лабораторных испытаний.

К14 - выполняется в процессе сборки изделий и узлов арматуры (работниками цеха и ОТК и включает в себя контроль установленных технологическими процессами параметров и их соответствие требованиям НТД. Форма документирования - запись в журнале сборки и испытаний.

К17 - выполняется технологом цеха и работниками ОТК в ходе обработки, подготовке к сборке, окраске и монтажу модельной оснастки и тары включает в себя контроль соблюдения технологического процесса. Форма документирования - запись замечаний в журнале ОТК (рекомендуемая форма УТК-18).

Оценка технологической точности обработки на контрольной операции проводится с помощью индексов воспроизводимости Ср и Срк. Индекс воспроизводимости Ср характеризует соответствие изменчивости статистически устойчивого процесса ширине поля допуска. Индекс воспроизводимости Срк характеризует настроенность процесса на центр поля допуска:

Допускаемые значения индексов воспроизводимости для общепринятых оценок технологического процесса должны принимать следующие значения:

Значение индекса воспроизводимости Ср определим по формуле:

(1.1)

где s - оценка стандартного отклонения

Д - ширина поля допуска, определяемая по формуле:

(1.2)

где ВГД, НГД - верхняя и нижняя граница поля допуска контролируемого размера.

мм.

Определим среднеквадратичное отклонение по формуле:

; (1.3)

где Хi - результат i-ого измерения;

(Хср) - среднее значение контролируемых размеров для всего объема выборки,

(Хср) =0,022 мм;

n - количество контролируемых размеров в выборке, n=100.

Определяем среднеквадратичное отклонение s =0,007282

Так как ширина поля допуска контролируемого размера составляет Д = 0,03 мм, то значения верхней и нижней границы поля допуска будут следующими: ВГД = 0,03 мм; НГД = 0 мм

Определяем значение индекса воспроизводсимости Ср

Полученное значение индекса воспроизводимости Ср<1; поэтому изменение технологического процесса происходит в статистически неустойчивом состоянии для принятого поля допуска контролируемого размера.

Определим значение индекса воспроизводсимости Срк по формуле:

(1.4)

где d - расстояние между средней границей прохождения процесса и ближайшей границей поля допуска, принимаемое как dmin (dВГД;dНГД)

Расстояние между средней границей прохождения процесса и наибольшей границей поля допуска определим по формуле:

 (1.5)

где (Хср) - среднее значение контролируемых размеров для всей выборки

Расстояние между средней границей прохождения процесса и наименьшей границей поля допуска определим по формуле:

(1.6)

Определяем расстояния между средней границей прохождения процесса и ближайшей границей поля допуска

Из полученных значений выбираем наименьшее и подставляем его в формулу (1.4)

Полученное значение индекса воспроизводимости Срк < 1; это говорит о том, что настройка процесса смещена от центра поля допуска, поэтому для улучшения качества процесса необходимо увеличивать Срк.

Для выявления положения среднего значения и определения характера рассеивания необходимо построить гистограмму. Гистограмма - это графическое представление количественной информации в виде столбиковой диаграммы. Для построения гистограммы требуется провести некоторые вычисления:

1.Построить горизонтальную шкалу возможных контролируемых значений размера

2.Отметить на шкале минимальное и максимальное значение контролируемого размера, вычислить размах R = Хmax-Xmin

3. Разделим весь диапазон контролируемых значений на к-интервалов и отметим границы интервалов (б1, б2… бк+1)

4. Подсчитаем количество значений (ni) попавших в каждый интервал и составим интервальную таблицу частот

5. Вычислим длину интервала h = (бк+1- б1)/к

6. Над каждым интервалом построим прямоугольник высотой ni/ h

Определим размах для всего объема контролируемых размеров в выборке

Хmax =0,04 ; Хmin =0,01; R = Хmax-Xmin +2е = 0,04-0,01 +2*0,0005 = 0,031

е - погрешность измерения, принимаем равной: е = 0,0005

Определяем ширину интервала по формуле:

(2.1)

Определяем ширину интервала

Определяем границы интервала по формулам:

(2.2)

(2.3)

где НГ и ВГ - соответственно верхняя и нижняя границы интервала

Карта контроля является графическим представлением характеристик технологического процесса и предназначена для оценки степени статистической управляемости технологического процесса. Различают контрольные карты по количественному и альтернативному признаку. Составление карт контроля сводится к построению графиков разброса средней величины контролируемого параметра и размаха выборки. В рамках данной практической работы используем контрольные карты, характеризующиеся количественным признаком. В таких контрольных картах используем количественные значения, получаемые в результате измерения непрерывной случайной величины, служащей характеристикой техпроцесса.

Под непрерывной величиной понимаем случайную величину, принимающую все значения случайных величин находящихся в выборке из некоторого конечного или бесконечного промежутка, которая характеризуется плотностью распределения непрерывной функции, позволяющей вычислить вероятность попадания случайной величины в заданный интервал

Для осуществления построения контрольных карт необходимо произвести следующие вычисления:

Определим выборочное среднее значение размера и размаха подгруппы по формулам:

(4.1)

где Х₁, Х₂… Х_n - контролируемые значения размеров деталей, принадлежащие i-ой подгруппе;

n - количество контролируемых размеров деталей в подгруппе

Среднее значение размаха контролируемых значений деталей принадлежащих i-ой подгруппе определим по формуле:

(4.2)

где Х_max и X_min - наибольшее и наименьшее значение контролируемого размера в i-ой подгруппе

Среднее значение размаха контролируемых размеров деталей для всей выборки определим по формуле:

(4.3)

где r₁, r₂…r_n - количество средних значений размаха принадлежащих всей выборке;

k - количество подгрупп объеме выборки

Среднее значение контролируемых размеров деталей для всей выборке определим по формуле:

(4.4)

где Х_ср¹, Х_ср²…Х_срⁿ - количество средних значений размера принадлежащей всей выборке

Определим верхнюю и нижнюю контрольные границы подгруппы для контролируемых размеров и размахов.

Верхняя и нижняя контрольные границы для контролируемых размеров выборки (подгруппы):

(4.5)

(4.6)

Верхняя и нижняя контрольные границы для размахов выборки (подгруппы):

 (4.6)

(4.7)

где А₂, D₃, D₄ - постоянные константы для расчета контрольных границ, выбираемые из таблицы 15

...