Размещено на http://www.allbest.ru/

Взаимозаменяемость и качество изделий

Взаимозаменяемость непосредственным образом влияет на качество выпускаемой предприятием продукции и ее конкурентоспособность. В зависимости от принятых методов взаимозаменяемости и путей ее достижения организуются различные формы и виды контроля качества изделий.

Контролем называют проверку продукции на соответствие норм, установленных стандартами или техническими условиями. При этом норма устанавливается заранее, а проверка изделия на соответствие ей заканчивается принятием решения. Заблуждением является укоренившееся у многих специалистов мнение о том, что контроль изделия проводится только по качественным или только по количественным признакам. При проведении контроля изделия должны быть оценены все признаки его, включая степень использования взаимозаменяемых деталей, узлов, конструкций и т.д.

Контроль качества изделия осуществляется практически на всех этапах его "жизненного" пути. При этом в промышленном производстве обычно используют два основных вида контроля качества изделий: инструментальный и экспертный.

Инструментальный контроль осуществляется с использованием контрольно-измерительных приборов с участием или без участия оператора. Его иногда называют техническим.

При инструментальном контроле качества изделия определяемые значения физических величин могут быть абсолютными и относительными. Абсолютные значения физических величин всегда имеют размерность, а относительные - всегда безразмерные. В общем случае от этого абсолютные значения показателей качества изделия могут быть как размерными, так и безразмерными, а относительные - только безразмерными. В производственных условиях относительные показатели часто связывают с технологичностью выпускаемой продукции.

Примерами относительных значений показателей технологичности продукции являются:

относительная трудоемкость изготовления и (или) эксплуатации

, (1)

где Т_{в. р. -} трудоемкость по видам производимых работ, например, трудоемкость заготовительных работ, трудоемкость профилактического обслуживания и т.п.; Т - трудоемкость изготовления и (или) эксплуатации;

относительная себестоимость изготовления и (или) эксплуатации

, (2)

где С_{в. р. -} себестоимость по видам производимых работ, например, суммарная себестоимость ремонтов, суммарная себестоимость профилактического обслуживания и т.д.; С_т - технологическая себестоимость изготовления и (или) эксплуатации.

Так как при инструментальном методе контроля качества изделий используют технические средства измерений, то его применяют чаще всего для определения массы продукции, габаритных размеров изделия, времени наработки на отказ и т.д. При этом измерения могут выполняться по любой из измерительных шкал средства измерения, но чаще всего используется шкала отношений. Инструментальный метод является наиболее распространенным во всех отраслях народного хозяйства, особенно в промышленности. В силу объективности, высокой точности и возможности автоматизации измерений, вплоть до создания гибких измерительных установок и систем, этот метод является предпочтительным и должен применяться всегда, когда это возможно и экономически оправдано.

Экспертный метод измерения показателей качества применяется тогда, когда использование технических средств измерений невозможно, сложно или экономически неоправданно. Очень часто к нему прибегают, например, при определении эргономических и эстетических показателей. Экспертами используются все измерительные шкалы средств измерения, но чаще всего - шкалы порядка и интервалов (особенно реперные с балльной системой градации).

Оценка качества изделия с учетом принятых при его изготовлении методов взаимозаменяемости может осуществляться с использованием различных видов контроля, основные из которых представлены на рис. 1.

Рис. 1. Классификация видов контроля качества продукции

По возможности (или невозможности) использования продукции после выполнения контрольных операций различают разрушающий и неразрушающий контроль. При неразрушающем контроле соответствие контролируемого размера (или значения) норме определяется по результатам взаимодействия различных физических полей и излучений с объектом контроля. Интенсивность полей и излучений выбирается такой, чтобы не только не происходило разрушений объекта контроля, но и не менялись его свойства во время контроля. В зависимости от природы физических полей и излучений виды неразрушающего контроля разделяются на 9 основных групп:

акустические (методом свободных колебаний, резонансные, эмиссионные, импедансные, эхоимпульсные, теневые, велосимметричные и др.);

радиоционные (гамма-, бета-излучения, нейтронные, позитронные, рентгеновские);

оптические (методами прошедшего, отраженного, собственного излучений);

радиоволновые (прошедшего, отраженного, собственного излучений);

тепловые (прошедшего, отраженного, собственного излучений)

магнитные (магнитопорошковые, магнитографические, феррозондовые, индукционные, пондемоторные, магнитополупроводниковые);

вихретоковые (с проходными, накладными, экранными комбинированными преобразователями);

электрические;

проникающих веществ.

При разрушающем контроле определение соответствия (или несоответствия) контролируемого размера (или значения) норме сопровождается разрушением изделия (объекта контроля). Так, например, проверяются изделия на прочность. Иногда целесообразность разрушающего контроля обосновывается экономическими соображениями, если стоимость разрушенных изделий, например, меньше стоимости неразрушающего контроля.

По характеру распределения во времени различают непрерывный, периодический и летучий контроль.

качество изделие взаимозаменяемость контроль

Непрерывный контроль состоит в непрерывной проверке соответствия контролируемых размеров (или значений) нормам в течение всего процесса изготовления изделия или определенной стадии жизненного цикла его. Необходимость в непрерывном технологическом контроле возникает, например, тогда, когда без него невозможно обеспечить должный уровень качества изделий на стадиях их изготовления. Такой контроль обычно бывает автоматическим или активным. На стадии эксплуатации изделия непрерывный эксплуатационный контроль чаще всего диктуется требованиями безопасности или применяется при испытаниях на надежность (метод подконтрольной эксплуатации изделия).

При периодическом контроле измерительную информацию получают периодически через установленные интервалы времени ф. Период контроля ф может быть как меньше, так и больше времени одной технологической операции ф_оп. Если ф = ф_оп, то периодический контроль становится операционным (или послеоперационным).

Летучий контроль проводят в случайные моменты времени. Случайность придает этому виду контроля характер внезапности (незапланированности).

В зависимости от того, кто является исполнителем, летучий контроль разделяется на самоконтроль, который производится рабочим, оператором, наладчиком; контроль, выполняемый мастером; контроль ОТК (осуществляемый контролером или мастером ОТК); инспекционный контроль (специально уполномоченными представителями). В зависимости от того, какая организация уполномочила представителя для проведения летучего контроля качества изделия, различают виды инспекционного контроля: ведомственный, межведомственный, вневедомственный, государственный, выполняемый контролерами Госстандарта.

По стадиям технологического (производственного) процесса различают входной, операционный и приемочный (приемосдаточный) контроль.

Входному контролю подвергают сырье, исходные материалы, полуфабрикаты, комплектующие изделия, техническую документацию и т.п., иначе говоря, все то, что используется при производстве продукции или ее эксплуатации. Необходимость входного контроля диктуется тем, что например, в радиоэлектронной аппаратуре около 70 % всех отказов при эксплуатации происходит из-за низкого качества материалов и комплектующих изделий. Эффективность входного контроля оценивается коэффициентом

, (3)

где п₁ - число изделий, забракованных при входном контроле;

п₂ - число изделий, забракованных на последующих стадиях технологического процесса.

Операционный контроль еще незавершенной продукции проводится на всех операциях производственного процесса.

Приемочный контроль готовых деталей, сборочных и монтажных единиц осуществляется в конце технологического процесса.

По характеру воздействия на ход производственного (технологического) процесса контроль делится на активный и пассивный.

При активном контроле его результаты непрерывно используются для управления технологическим процессом. Можно сказать, что активный контроль совмещен с производственным процессом в единый контрольно-технологический процесс; как правило, он выполняется автоматически.

Пассивный контроль осуществляется после завершения либо отдельной технологической операции, либо всего технологического цикла изготовления детали, изделия. Он может быть ручным, автоматизированным и автоматическим.

В зависимости от места проведения различают подвижный и стационарный контроль.

Подвижный контроль проводится непосредственно на рабочих местах, где изготавливается продукция (у станков, на сборочных и настроечных стендах и т.д.). Этот вид контроля применяется при операционном контроле; при контроле громоздких и нетранспортабельных изделий; при невозможности включения в технологический цикл специализированного рабочего места контролера; при единичном и мелкосерийном производстве; при контроле качества сборочных операций.

Стационарный контроль проводился на специально оборудованных рабочих местах. Он применяется при необходимости создания специальных условий контроля; при наличии возможности включения в технологический цикл стационарного рабочего места контролера; при использовании средств контроля, которые применяются только в стационарных условиях; в условиях крупносерийного и массового производства.

По объекту контроля различают контроль качества выпускаемой продукции, товарной и сопроводительной документации, технологического процесса, средств технологического оснащения, прохождения рекламации, соблюдения условий эксплуатации, а также контроль технологической дисциплины и квалификации исполнителей.

По числу измерений различают однократный и многократный контроль.

Однократный контроль наименее трудоемкий, однако зачастую он не обеспечивает требуемого качества. В таких случаях переходят к многократному контролю.

По способу отбора изделий, подвергаемых контролю, различают сплошной контроль и выборочный.

Сплошной (стопроцентный) контроль всех без исключения изготовленных изделий применяется при индивидуальном и мелкосерийном производстве, а также на стадии освоения новой продукции. Выборочный контроль проводится во всех остальных случаях; чаще всего при крупносерийном и массовом производстве изделий.

Для сокращения затрат на контроль большой партии изделий (которую в математической статистике принято называть генеральной совокупностью) контролю подвергается только часть партий - выборка, формируемая по определенным правилам, обеспечивающим случайный набор изделий.

Если число бракованных изделий в выборке не превышает установленной нормы, то вся партия (генеральная совокупность) признается годной. Если же число бракованных изделий в выборке превышает норму, то вся партия (генеральная совокупность) бракуется. При выборочном контроле в выборку, отобранную случайным образом из генеральной совокупности, может попасть дефектных изделий в процентном отношении больше, чем их содержится в генеральной совокупности. При этом вся партия будет ошибочно забракована. Такое решение называется ошибкой 1-го рода. Может произойти и такой случай, когда в выборке окажется дефектных изделий в процентном отношений меньше, чем их на самом деле содержится в партии. Тогда вся партия будет ошибочно признана годной. Такое решение называется ошибкой 2-го рода. Если обозначить через N - общее число изделий в партии, среди которых число дефектных N_д; п - число изделий в выборке, среди которых число дефектных х, то доля дефектных изделий в партии Р составляет

, (4)

а доля дефектных изделий в выборке Р_в будет равна

.

В общем случае , что и является причиной ошибок двоякого рода при выборочном контроле качества изделий. Если , то возникает ошибка 1-го рода; если - возникает ошибка 2-го рода. При Р_в = Р решение принимается правильное, адекватно отвечающее состоянию генеральной совокупности изделий.

Взаимозаменяемость и надежность изделия

Качество изделий, тесно связанное со взаимозаменяемостью, определяет их надежность. Увеличение долговечности изделий также невозможно без использования методов взаимозаменяемости и путей их осуществления, что особенно важно при организации и проведении мероприятий по техническому обслуживанию и ремонтам изделия, а также при создании обоснованного запаса деталей. В общем случае под надежностью понимается свойство изделия (объекта) сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение изделием требуемых функций в заданных условиях эксплуатации.

Надежность занимает определяющие место в структуре качества изделия (рис. 2), предопределяя его конкурентоспособность.

Надежность характеризуется следующими основными состояниями и событиями:

работоспособность - состояние изделия (машины), при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными в технической документации;

исправность - состояние изделия (машины), при котором оно удовлетворяет всем основным и вспомогательным требованиям, предъявленным к изделию; исправное изделие обязательно работоспособно;

неисправность - состояние изделия (машины), при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации; различают неисправности, не приводящие к отказам, и неисправности, приводящие к отказам;

Рис. 2. Укрупненная схема взаимосвязи качества и надежности в машиностроении

отказ - событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности объекта. Отказы делят на отказы функциональные, при которых выполнение своих функций рассматриваемой машиной прекращается (например, поломка вала или зубьев колеса), и отказы параметрические, при которых некоторые параметры машины изменяются в недопустимых пределах (например, потеря точности станка).

По причинам возникновения отказы делятся на систематические и случайные. Систематические причины отказов - это закономерные явления, вызывающие постепенное накопление повреждений: влияние среды, времени, температуры, облучения - коррозия, старение, нагрузка и работа трения - усталость, ползучесть, износ, функциональное воздействие - засорение, залипание, утечка, износ инструмента - изменение размера обрабатываемой детали и т.д. Случайные причины отказов - это непредусмотренные перегрузки узлов машин или деталей, дефекты материала и погрешности изготовления, не обнаруженные контролем, ошибки обслуживающего персонала, а также сбои систем управления. Примерами случайных отказов могут быть: твердые включения в материал детали, отклонения размеров заготовок от их допусков в процессе обработки, раковины внутри материала детали или микротрещины, вызванные скоплением дислокаций и т.д.

В соответствии с этими причинами и характером развития и проявления отказы делят на внезапные (поломки от перегрузок, заедание), постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостное разрушение материала) и постепенные по времени (износ, старение, коррозия, залипание). Отказы в соответствии со своей физической природой бывают связаны с разрушением деталей или их поверхностей, что обусловлено выбором материала и технологическим процессом обработки.

Надежность изделия (машины) характеризуется безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Безотказность - свойство машины непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени или наработки. Характеризуется следующими показателями:

Вероятность безотказной работы Р (t) - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет. Она оценивается относительным количеством работоспособных элементов (машин) по формуле

, (5)

где N - число испытуемых элементов (машин);

N_p - число работоспособных элементов (машин);

п - число отказавших элементов (машин).

Так как безотказная работа машины и отказ - взаимно противоположные события, то сумма их вероятностей равна единице, т.е.

, (6)

где Q (t) - вероятность отказа машины.

Вероятность безотказной работы системы равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных ее элементов, т.е.

. (7)

На рис. 3 приведены экспериментально полученные зависимости вероятности безотказной работы изделия Р (t) от коэффициента взаимозаменяемости К_В для различных типов производства. По этим графикам можно при заданной вероятности безотказной работы изделия применять тот или иной метод взаимозаменяемости.

Рис. 3. Зависимость вероятности безотказной работы изделия Р (t) от коэффициента взаимозаменяемости К_В: 1 - массовое производство; 2 - серийное производство; 3 - индивидуальное производство

Средняя наработка до отказа Т_о - математическое ожидание (среднее значение) наработки до отказа невосстанавливаемого изделия (машины).

Средняя наработка на отказ Т₁ - отношение наработки восстанавливаемого объекта (машины) к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки:

, (8)

где N - число испытуемых элементов или число испытаний;

n_i, - число отказов i-го элемента (число отказов в i-м испытании);

t_i - наработка i-го элемента (наработка в i-м испытании).

Интенсивность отказов л (t) - показатель надежности невосстанавливаемых изделий, равный отношению числа отказавших элементов в единицу времени к числу объектов, оставшихся работоспособными. Этот показатель более чувствителен, чем вероятность безотказной работы, особенно для изделий высокой надежности и определяется по формулам:

в статистической трактовке

; (9)

в вероятностной трактовке

, (10)

где Дп - приращение числа объектов за время Дt;

f (t) - функция плотности распределения.

Функция плотности распределения f (t) наработки до отказа характеризует распределение отказов во времени и определяется по формулам:

в статистической трактовке

; (11)

в вероятностной трактовке

, (12)

где dQ (t) - приращение вероятности отказов за время dt.

Параметр потока отказов л (t) - показатель надежности восстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки.

Используя выражения (39), (43) и (45), можно записать основное уравнение теории надежности машин:

(13)

Долговечность - свойство машины длительно сохранять работоспособность до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние машины характеризуется невозможностью дальнейшей эксплуатации ее, снижением эффективности и безопасности. Долговечность характеризуется следующими показателями:

технический ресурс Т_р - наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до предельного состояния.

срок службы Т_сл - календарная наработка объекта до предельного состояния.

гамма-процентный ресурс Т_рг. и гамма-процентный срок службы Т_{сл. г}, т.е. такие ресурс и срок службы, при выработке которых объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью г, выраженной в процентах. Очевидно, что

. (14)

Ремонтопригодность - это приспособленность изделия к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособности его путем технического обслуживания и ремонта. Основным показателем ремонтопригодности изделия является среднее время восстановления Т_в работоспособного состояния, представляющее собой математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта:

, (15)

где ф_i - суммарное время простоев 1-го объекта;

n_i - количество отказов i-го объекта.

Сохраняемость - это свойство объекта сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности после хранения и транспортирования. Показателями сохраняемости объекта являются средний срок сохраняемости и гамма-процентный срок сохраняемости, которые определяются аналогично показателям долговечности.

Надежность автоматических линий, металлорежущих станков с ЧПУ и других сложных систем характеризуется следующими комплексными показателями:

коэффициентом технического использования К_{т. и.} называется отношение математического ожидания времени работоспособного состояния за некоторый период эксплуатации Т_р, к сумме математических ожиданий времен работоспособного состояния Т_р и всех простоев во время ремонтов Т_пр и технического обслуживания Т_обс:

; (16)

коэффициентом готовности К_Г называется вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме периодов, в которых эксплуатация его не предусматривается:

. (17)

Жесткая конкуренция в условиях рыночных отношений вынуждает создавать изделия, обладающие не только высокими эксплуатационными свойствами, надежностью, но и обеспечивающие минимальные затраты на обслуживание, энергопотребление и экологию. В результате введен в практику производственной деятельности предприятий машино - и приборостроения интегральный показатель качества созданного изделия, по которому можно судить о конкурентоспособности последнего. В него включаются следующие параметры:

1) параметр эффективности функционирования, представляющий, например, объем выпускаемой или контролируемой продукции Q;

2) эксплуатационные расходы, включающие, например, годовые затраты на оплату труда производственного персонала Зр, затраты на реновацию оборудования М, здания С, затраты на энергопотребление Э;

3) экономические затраты на обеспечение надежной работы изделия Н.

В общем виде интегральный показатель качества надежности изделия Кj определяется по формуле

. (18)

Полученное значение интегрального показателя качества Кj, учитывающего надежность изделия, обычно сравнивается с интегральным показателем качества Кj*, не учитывающим надежность изделия и определяемым по формуле

. (19)

Отношение Кj / Кj* показывает, насколько выпускаемая продукция отвечает требованиям конкурентоспособности: чем ближе это отношение к 1, тем более конкурентоспособнее изделие по показателям надежности, тем выше его коэффициент взаимозаменяемости К_В и тем меньше затраты на восстановление его работоспособности после устранения отказа.

Библиографический список

1. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. - М.: Машиностроение, 1987. - 344 с.

2. Шишкин И.Ф. Основы метрологии, стандартизации и контроля качества. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 320 с.

3. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии. - М.: Изд-во стандартов, 2000. - 420 с.

4. Тищенко О.Ф. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. - М.: Машиностроение, 1977. - 235 с.

5. Зябрева Н.Н., Шегал М.Я. Пособие к решению задач по курсу ВСТИ. - М.: Высшая школа, 1977. - 108 с.

6. Суслов А.Г. Технические измерения и качество машин // Станки и инструмент, 1998. - №10. - С.17 - 20.

7. Суслов А.Г., Корсакова И.М. Назначение и обозначение параметров шероховатости поверхностей деталей машин: Учебное пособие. - Брянск: Изд-во БГТУ, 2006. - 71 с.

8. Бутенко В.И. Конспект лекций по метрологии и стандартизации. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. - 91 с.

Размещено на Allbest.ru

...