Надежность в машиностроении.Определение надежности

РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра охраны труда

Специальность: защита окружающей среды 
 
 

«Надежность в машиностроении. Определение надежности» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Проверил: к.т.н. Шмырев В.И.

Выполнила: Никулова Н.

ЗОС –В-4 
 
 

Москва 2011

Содержание 
 

 Введение 

1. Место вопросов  надежности изделий в системе  управления качеством 

2. Структура  системы обеспечения надежности  на базе стандартизации 

3. Методы оценки  и повышения надежности технологических  систем 

 Заключение 

 Список литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Живая природа  за миллионы лет создала совершенные  живые системы, в том числе  и человека. За сравнительно более  короткие сроки человек научился управлять свойствами живой природы  и изменять свойства отдельных организмов применительно к своим нуждам. Но человек не только управляет живой  природой — он создает машины и  механизмы, облегчающие ему эту  деятельность. И так же, как свойствами природы, он может управлять свойствами создаваемых средств техники  и, в первую очередь, их надежностью. Однако проблема эта весьма сложна, что обусловлено особенностями  надежности как научной дисциплины. Пожалуй, нельзя назвать ни одной  технической дисциплины, в которую  не «вмешивались» бы специалисты  по надежности.

 Надежность  – это свойство объекта сохранять  во времени в установленных  пределах все параметры, обеспечивающие  выполнение требуемых функций  в заданных условиях эксплуатации.

Уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям: автоматизации производства, интенсификации рабочих процессов и транспорта, экономии материалов и энергии.

 Современные  технические средства очень разнообразны  и состоят из большого количества  взаимодействующих механизмов, аппаратов  и приборов. Первые простейшие  машины и радиоприемники состояли  из десятков или сотен деталей,  а, к примеру, система радиоуправления  ракетами состоит из десятков  и сотен миллионов различных  деталей. В таких сложных системах  в случае отсутствия резервирования  отказ всего одного ответственного  элемента может привести к  отказу или сбою в работе  всей системы.

 Низкий уровень  надежности оборудования вполне  может приводить к серьезным  затратам на ремонт, длительному  простою оборудования, к авариям  и т.п.

 В настоящее  время наблюдается быстрое и  многократное усложнение машин,  объединение их в крупные комплексы,  уменьшение их металлоемкости  и повышением их силовой и  электрической напряженности. Поэтому  наука о надежности быстро  развивается.

 Отказы деталей  и узлов в разных машинах  и разных условиях могут иметь  сильно отличающиеся последствия.  Последствия выхода из строя  машины, имеющейся на заводе в  большом количестве, могут быть  легко и без последствий устранены  силами предприятия. А отказ  специального станка, встроенного  в автоматическую линию, вызовет  значительные материальные убытки, связанные с простоем многих  других станков и невыполнением  заводом плана.

1. Место вопросов  надежности изделий  в системе управления  качеством

 Проблема  качества особенно важна для  машино- и приборостроения, так как продукция этих отраслей в значительной степени предопределяет темпы технического прогресса и степень механизации и автоматизации производственных процессов во всех отраслях народного хозяйства.

 Важной особенностью  современного машино- и приборостроения является широкое развитие унификации и стандартизации изделий и непрерывно расширяющийся на этой основе уровень специализации производства. В результате каждый машиностроительный завод имеет кооперативные связи с сотнями предприятий, поставляющих материалы, комплектующие изделия, необходимые для организации производства технологическое оборудование, оснастку, средства контроля и т. п.

 Таким образом,  качество изделий в значительной  степени зависит от качества  продукции предприятий-поставщиков.  Например, по мнению специалистов  Волжского автозавода, качество  выпускаемых здесь автомобилей  более чем на 50% зависит от качества  комплектующих изделий и материалов.

Такого типа сложная зависимость между различными предприятиями и различными отраслями  приводит к тому, что многие раздробленные  процессы производства сливаются в  один общественный процесс производства. Поэтому при решении проблемы качества необходимо учитывать весь общественный процесс производства. Это значит, что мероприятия по повышению качества должны: проводиться  одновременно во всех отраслях, на всех промышленных предприятиях; охватывать все этапы процесса общественного  производства — планирование, проектирование, серийное изготовление, эксплуатацию и ремонт; распространяться на все  элементы процесса общественного производства — предметы и средства производства, деятельность людей.

 Для современного  машино- и приборостроения характерны также большая многономенклатурность и разнохарактерность одновременно осваиваемых изделий, повышение требований к техническому уровню, качеству и надежности, сокращение сроков морального устарения средств техники. Это приводит к необходимости постоянного совершенствования конструкций машин и технологии их производства, внедрения новых материалов, более точных методов расчета, улучшения системы контроля и систематического проведения других конструктивно-технологических мероприятий, обеспечивающих современный технический уровень и стабильное качество выпускаемой продукции.

 Следовательно,  для улучшения качества выпускаемой  продукции необходим комплексный,  системный подход, т. е. создание  систем управления качеством.

Проблема обеспечения  надежности технических систем должна решаться в рамках комплексной системы  управления качеством, так как надежность является одним из основных свойств  качества продукции.

 Свойство  надежности особенно важно для  изделий машиностроения по следующим  причинам:

1) объем продукции  машиностроения и металлообработки  составляет около 25% от общего  объема производства и, следовательно,  решение проблемы обеспечения оптимальной надежности изделий этой отрасли практически является решением проблемы надежности для подавляющей части промышленной продукции;

2) эта отрасль  производит средства производства, определяющие степень механизации  труда и автоматизации технологических  процессов во всех отраслях  народного хозяйства, поэтому  низкая надежность изделий машиностроения  приводит к снижению производительности  общественного труда по всему  народному хозяйству;

3) продукция  машиностроения является основным  объектом экспорта страны, а надежность  является основным свойством,  обеспечивающим конкурентоспособность  изделий машиностроения на мировом  рынке. 

2. Структура системы  обеспечения надежности  на базе стандартизации 

 Система обеспечения  надежности изделий — это комплекс  организационно-технических и экономических  мероприятий, методов и средств,  направленных на оптимизацию  уровня надежности технических  систем. Эта система обладает  рядом свойств качества, в том  числе и свойством надежности.

Сложность проблемы надежности приводит к необходимости  использования системного подхода  к решению и построению системы  обеспечения надежности изделий.

Стратегическая  цель системы - это обеспечение оптимального уровня надежности технических систем и их элементов. При этом под оптимальным понимается такой уровень, при котором обеспечивается максимальная эффективность от эксплуатации изделия в заданных условиях при минимальных суммарных затратах на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт.

 Для синтеза  (построения) структуры системы обеспечения  надежности необходимо установить:

- множество возможных  принципов построения системы  и ее элементов;

- множество  взаимосвязанных частных целей  (функций) системы;

- множество взаимосвязанных  элементов.

 Практика  создания аналогичных систем (например, ЕСКД, ЕСТПП и др.) показала, что  основными их принципами являются  стандартизация, системность, преемственность  и автоматизация.

 Принцип стандартизации  в системе обеспечения надежности  означает, что система должна  опираться на комплексную и  опережающую стандартизацию. Кроме  того, в условиях нашей страны  наиболее действенным средством  обеспечения живучести организационно-технических  систем является государственная  система стандартизации. Обязательность  стандартов, охват стандартами трех  основных иерархических уровней,  на которых решаются задачи  обеспечения качества, а также  наличие четко действующей системы  государственного надзора позволяют  рассматривать эту систему в  качестве основного регулятора, ограждающего систему обеспечения  надежности от помех и обеспечивающего ее функционирование. В системе стандартизации имеется три уровня, позволяющие решать: общеотраслевые проблемы на базе государственных стандартов, отраслевые — на базе отраслевых стандартов, задачи предприятий — на базе стандартов предприятий.

 Принцип системности  означает, что система обеспечения  надежности должна создаваться  на основе методов теории систем.

Принцип преемственности  заключается в том, что при  решении задач надежности необходимо максимально использовать: накопленный  опыт решения вопросов надежности в  отрасли и на конкретном предприятии; достижения смежных научных и  технических дисциплин; опыт передовых  предприятий страны и зарубежных фирм.

Принцип автоматизации  предполагает широкую автоматизацию  процессов прохождения информации, выработки управляющих воздействий  и решения конструктивно-технологических  задач по данной проблеме.

В укрупненном  виде частные цели системы обеспечения  надежности могут быть сведены к  решению задач:

- планирования  надежности изделий на основе  данных научного прогноза развития  техники и технологии;

- обеспечения  надежности при проектировании  изделий;

- обеспечения  надежности в процессе производства;

- поддержания  надежности при эксплуатации  и восстановления при ремонте.

Таким образом, вертикальную структуру системы  обеспечения надежности составляют различные уровни функционирования системы.

 Общеотраслевой  уровень составляют директивные  указания межотраслевых ведомств  по вопросам надежности (Госплан,  Государственный комитет по науке  и технике, Госстандарт РФ и  др.), а также государственные  стандарты, рекомендации СЭВ и  ИСО.

Функционирование  системы на этом уровне должно контролироваться и обеспечиваться органами государственного надзора за качеством, внедрением и  соблюдением стандартов. Эти же органы должны осуществлять обратную связь  в системе и вызывать управляющие  воздействия со стороны соответствующих  органов во всех случаях нарушений  в функционировании системы.

Отраслевой уровень  составляют документы общеотраслевого  уровня, директивные документы министерств  и отраслевые стандарты. Функционирование системы на этом уровне обеспечивают и контролируют службы ведомственного контроля качества.

Уровень предприятий  составляют документы более высоких  уровней иерархической структуры  системы, а также стандарты предприятий, технические условия и другая документация, утверждаемая руководством предприятий (объединений). Функционирование системы на этом уровне контролируется службами технического контроля, стандартизации и качества предприятий.

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.