книги / Надежность и диагностика технологических систем

При создании и внедрении ГПС важно заранее определить экономически рациональные границы целесообразного уровня показателей качества, с тем чтобы дополнительные затраты на его обеспечение в период создания автоматизированных ТС были сбалансированы (компенсировались) эффективными результа­ тами их эксплуатации. Выделяют несколько групп показателей качества. Рассмотрим основные из них.

Показатели назначения характеризуют основные свойства про­ дукции, определяющие ее главные функции. При этом устанав­ ливается служебное назначение продукции и область ее рацио­ нального применения. Как показатели назначения используют:

•классификационные показатели, характеризующие принад­ лежность продукции к определенной классификационной группе (например, мощность, передаточное число, предел прочности);

•функциональные показатели и показатели технической эф­ фективности, отражающие эффективность продукции в период эксплуатации и уровень технических решений (например, про­ изводительность, точность, энергоемкость станка);

•конструктивные показатели, характеризующие уровень про­ ектно-конструкторских решений (диапазон агрегатирования, мо­ дульности, унификации, взаимозаменяемости, габариты, масса, коэффициент блочности). Коэффициент блочности Кб определя­ ется отношением

K6 = Nc/No6,

где Nc — количество специфицированных (т.е. блочных) частей изделия;,No6 — общее количество частей изделия.

Показатели состава и структуры характеризуют процент со­ держания в продукции каких-либо элементов (например, леги­ рующих добавок в стали, процентное содержание химических элементов в продукте).

Показатели надежности представляют собой комплекс важ­ нейших показателей, определяющих стабильность качества изде­ лий (безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохра­ няемость). Показатели безотказности (вероятность безотказной работы P(t); наработка на отказ; интенсивность отказов; пара­ метр потока отказов d)(f)) позволяют проводить количественную оценку качества изделий. Показатели сохраняемости — это гам­ ма-процентные и средние сроки сохраняемости.

Комплексными показателями надежности называют коэф ­ фициенты готовности, технического использования, оператив­ ной готовности, средней суммарной трудоемкости технического обслуживания и ремонтов.

Выбор норм надежности осуществляется путем определения максимального приведенного значения коэффициента нормиро­ вания надежности Кн как функции комплекса параметров:

Кн = /(ос, Рх» Р2» У» ^1>^2» Их, ..., Пи),

где а — себестоимость изделия; рх — средние потери из-за отка­ за; р2.— суммарные затраты на планово-профилактические ра­ боты за срок службы; у — удельный эффект от использования объекта; — удельные затраты на поддержание работоспособно­ сти объекта; 82— затраты, необходимые для выполнения задачи; 8 — удельный ущерб, обусловленный вынужденными простоями объекта Пх, ..., Пл.

Показатели технологичности. Понятие технологичности охва­ тывает широкий спектр условий, влияющих на качество продук­ ции, себестоимость, трудоемкость и уровень процесса изготовления в целом. Технологичность можно оценить комплексом суммар­ ных, относительных, сравнительных, структурных и удельных показателей.

Суммарная трудоемкость:

Tpi = S T Pi,

i=1

где Тр* — трудоемкость отдельного i-то вида работ; п — число работ.

Относительная трудоемкость Tpoi показывает долю трудо­ затрат по данному виду работ:

Тр0( = TPi/Tps.

Структурная трудоемкость Тсх определяется путем сумми­ рования трудоемкостей по рабочим местам и агрегатам, входя­ щим в конкретное оборудование или виды работ.

Суммарная себестоимость продукции С£ определяется как проектная, плановая, цеховая, заводская и другие виды себе­ стоимости.

Удельная себестоимость Су — себестоимость фактическая Сф относительно базового параметра Бп:

Су = Сф/Б п.

Важным показателем эффективности производства продук­ ции является коэффициент использования материала Ки>м:

^И.М = Мц/Мз,

где Ми — масса изделия (детали); М3 — масса заготовки. Коэф­ фициент использования должен стремиться к единице.

Эргономические показатели характеризуют систему чело­ век — машина и учитывают следующие особенности человека:

•антропометрические (соответствие и гармония между кон­ струкцией объекта и отдельными наиболее характерными пара­ метрами человека — рост, форма тела, расположение и размеры различных органов и частей тела);

•физиологические (соответствие параметров и свойств кон­ струкции изделия естественным, реальным возможностям че­ ловека — силовым, слуховым, скоростным, зрительным, осяза­ тельным);

•психологические (соответствие создаваемой конструкции возможности выполнения человеком требуемых функций — восприятие и переработка информации, анализ, принятие пра­ вильных решений);

•гигиенические (соответствие конструкции требованиям создания комфортных и безопасных для здоровья человека ус­ ловий — температура, влажность, освещенность, шум, вибра­ ции, чистота воздуха).

Показатели безопасности характеризуют особенности продук­ ции, обусловливающие безопасность человека при ее эксплуата­ ции. Экологические показатели входят в структуру показателей безопасности. Они характеризуют уровень вредных воздействий (веществ или энергий) на окружающую среду при эксплуатации изделий.

Показатели унификации характеризуют степень насыщен­ ности продукции (изделий) стандартными и унифицированными элементами, как правило, уже испытанными и проверенными на практике в других конструкциях. Это повышает надежность

идолговечность создаваемых конструкций.

Патентно-правовые показатели характеризуют патентную за­ щиту и патентную чистоту продукции. Они играют существенную роль при определении конкурентоспособности продукции и учиты­ вают ряд важных факторов: стоимостные показатели изделия; наличие в изделии новых технических решений и др.

Экономические показатели представляют собой группу важ­ ных базовых показателей, на основе которых создана вся система оценки качества продукции. Они позволяют учитывать затраты на научно-исследовательскую работу, на эксплуатацию продук­ ции, а также определять экономическую эффективность в целом. При расчете экономического эффекта делается сравнительный анализ технико-экономических показателей, сопоставление экс­ плуатационных и производственных затрат для изделия повы­ шенного качества и его аналога.

Проблема качества, как уже говорилось, является одновре­ менно как технической, так и социально-экономической задачей. И зачастую основным критерием повышения качества являются не технические возможности, а экономическая целесообразность.

Влияние надежности на эффективность ГПС. Гибкое автома­ тизированное производство выдвигает проблему обеспечения ка­ чества и ее основного показателя (надежности) на первый план. Проблема эта не может быть решена только за счет отдельных организационно-технических мероприятий. Здесь нужна единая, комплексная, научно обоснованная система управления качест­ вом продукции.

Решение проблемы надежности машин — это огромный ре­ зерв повышения эффективности производства, производительно­ сти общественного труда. Ненадежная машина не смож ет эф­ фективно функционировать, так как каждая ее остановка из-за повреждений отдельных элементов или снижения технических характеристик ниже допустимого уровня влечет за собой боль­ шие материальные убытки, а в отдельных случаях может иметь катастрофические последствия.

Из-за низкой надежности затраты на ремонт и техническое обслуживание машин превышают их начальную стоимость в не­ сколько раз (у самолетов — до 5 раз, у автомобилей — до 6, у стан­ ков — до 8 раз). Только из-за коррозии в нашей стране ежегодно теряется до 10 % выплавляемого металла.

Низкая надежность ТО не позволяет обеспечить эффективность производственных процессов, высокую производительность и ка­ чество выпускаемой продукции. Кроме того, низкий уровень надежности приводит к тяжелейшим последствиям (авариям, гибели людей и дорогостоящей техники, огромным убыткам).

Экономическая эффективность ТО (станки, роботы, модули) обусловлена прежде всего уровнем его надежности (рис. 1.20). Общий баланс эффективности использования станков с ЧПУ скла­ дывается из нескольких составляющих (цифры взяты условно):

1)затраты на изготовление станка Ри (Ри= 150 тыс. д.е.) и об­ служивание при эксплуатации Р0 (отрицательные);

2)прибыль Рс, получаемая от станка (положительные). Эффективность станка (прибыль)

Рэ = Р с- (Ри + Ро)-

.Рис. 1.20. Влияние надежности на экономическую эффективность станков с ЧПУ:

Тэфф — период эффективной работы станка; Ртах — максимальная эффек­ тивность на станках без систем диагностики; Р&ах — максимальная эффек­ тивность на станках с системами диагностики; Р§ — расходы на обслужива­ ние станков с системами диагностики; Тпр— предельный срок эффективной работы станка без систем диагностики; Ток — период окупаемости вводимых в эксплуатацию станков; Р,„ Р,, — расходы на изготовление станков без систем диагностики и с системами диагностики соответственно; Рок, Р„к — прибыль в период окупаемости станков без систем диагностики и с системами . диагностики соответственно

48 1. Обеспечение надежности автоматизированных ТС

применяют сравнение с прототипом на основании общих эмпи­ рических зависимостей, полученных при обработке опытных данных о цене надежности.

При определении экономически оптимального уровня надеж­ ности изделия следует иметь в виду, что требования безотказно­ сти связаны с затратами на изготовление и эксплуатацию изделия следующим образом: при более высоких требованиях к безотказ­ ности работы изделия необходимы повышенные затраты на его изготовление (Q„), но зато при эксплуатации величина затрат Q3 снижается. Поэтому, если выразить суммарные затраты на из­ готовление и эксплуатацию машины (Q„ + Q3) в функции вероят­ ности безотказной работы P(t) в течение периода рациональной эксплуатации t = Тэ, то минимум этой функции определит эко­ номически оптимальный уровень безотказности изделия.

случаях с экономической точки зрения выгодно делать более надежное изделие даже в том случае, если к нему не предъявляют­ ся высокие требования безотказности по условиям эксплуатации.

Уровень надежности машин характеризуется в первую очередь двумя такими важнейшими показателями, как безотказность и долговечность. При этом надо учитывать, что последствия от­ казов обусловлены как видом отказа, так и целевым назначени­ ем машины (табл. 1.2 и 1.3).