Оптимальные сроки службы машин

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ НИОКР

 

Основные характеристики качества продукции

 

Качество продукции - совокупность ее свойств, приобретенных адекватно ресурсам, вложенным в ее изготовление на достигнутом мировой наукой и практикой уровне технологий и организации производства, и обуславливающих пригодность продукции удовлетворять определенным потребностям в соответствии с её назначением.

Свойствами, характеризующими качество продукции (изделия), являются:

1) эксплуатационные свойства, отражаемые такими количественными показателями, как: производительность, грузоподъемность, мощность, точность и т. п.;

2) надежность, в свою очередь, характеризуемая четырьмя свойствами: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью с соответствующими количественными показателями;

3) технологичность - совокупность свойств конструкции изделия, определяющих её приспособленность к достижению минимальных затрат, как при производстве, так и техническом сервисе (при заданном объёме выпуска и условиях изготовления);

4) эстетичность;

5) эргономичность (от греческого ergon - работа, nomos - закон) - совокупность свойств изделия (машины), характеризующих степень гармоничности системы «человек-машина»);

6) стандартизация;

7) унификация:

8) взаимозаменяемость;

9) патентная чистота.

Естественно, любое из самых превосходных свойств теряет всякую ценность у потребителя, если продукция имеет низкую надежность.

В связи с этим, при изготовлении любой продукции, нужно отдавать приоритет в расходовании ресурсов мерам по обеспечению ее высокой надежности.

Любую продукцию в теории и практике надежности называют изделием.

Изделием является как машина, так и её составные части, вплоть до отдельных деталей.

Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели и другие свойства качества в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Безотказность - свойство изделия сохранять работоспособность в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки без вынужденных перерывов (отказов).

Количественными показателями безотказности могут быть: наработка на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов и др.

Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния, ограничиваемого критерием предельного состояния, принятым для данного типа изделий. Предельное состояние характеризуют различные критерии: технический, технологический, экономический, соблюдение безопасно­сти.

Количественными показателями долговечности могут быть: доремонтный, межремонтный, гаммапроцентный (Ɣ-%) ресурс, коэффициент долговечности и др.

Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Количественными показателями ремонтопригодности могут быть: среднее время восстановления, коэффициент ремонтопригодности, удельные затраты средств на техническое обслуживание и ремонт изделия и др.

Сохраняемость - свойство изделия сохранять обусловленные показатели в заданных пределах в течение и (или) после срока хранения и транспортирования.

В качестве количественного показателя сохраняемости чаще всего используют средний срок сохранности. Имеется в виду, что в течение этого срока сохраняются вышеупомянутые показатели безотказности.

Методы прогнозирования надёжности машин

 

Надежность машины закладывается при её проектировании и изготовлении. Реализация проектной надежности машины происходит как в процессе её использования (эксплуатации), так и при восстановлении её работоспособности в процессе выполнения ремонтных воздействий.

На современном уровне состояния машиностроения непреодолимыми недостатками современных машин, ведущим к необходимости их технического обслуживания и ремонта в течение срока службы являются:

1) Недостаточная долговечность деталей, ведущая к необходимости их замены в течение срока службы (затраты на запасные части в машинах различных видов, при их капитальном ремонте, составляют от 40 до 80%).

2) Неравнопрочность (неравноизносостойкость) деталей, ведущая к необходимости их замены в разные сроки. Причем с различной скоростью изнашиваются в машине не только разные детали, но и отдельные поверхности одной и той же детали, что порождает необходимость решения оптимизационных задач, обусловленных потребностью сопоставления потерь от недоиспользования ресурса отдельных поверхностей и выигрыша за счет исключения дополнительных разборок-сборок при более частых ремонтах.

3) Недостаточная стабильность монтажа, регулировок, смазки, ведущая к необходимости их возобновления в течение срока службы при плановых предупредительных ремонтно-обслуживающих воздействиях и в порядке устранения последствий внезапных и эксплуатационных отказов.

Указанные выше недостатки приводят к тому, что, например, трудоемкость технического обслуживания и ремонта тракторов и комбайнов за срок службы в 3…5 раз превышает трудоемкость их изготовления, а общие затраты на техническое обслуживание и ремонт автомобилей за срок службы в 2...3 раза больше затрат на их изготовление.

В связи с отмеченными недостатками управление надежностью современных машин, представляет собой исключительно сложную проблему.

Указанные недостатки современных машин обусловлены большим числом факторов, которые можно объединить в две большие группы: внутренние и внешние.

Внутренние факторы связаны с объективными условиями изготовления машин, а именно:

1) наличием поля допуска на линейные размеры и пространственную геометрию деталей;

2) наличием допустимых отклонений на твердость как по площади сопрягаемой поверхности одной детали, так и допустимых отклонений средних значений твердости одних и тех же поверхностей у одноименных деталей, идущих на сборку различных машин одной и той же марки;

3) наличием допустимых отклонений на шероховатость как по площади сопрягаемой поверхности одной детали, так и допустимых отклонений средних значений шероховатости одних и тех же поверхностей у одноименных деталей, идущих на сборку различных машин одной и той же марки;

4) наличием допустимых отклонений параметров при сборке, регулировке, обкатке и испытании.

Внешние факторы - все факторы, воздействующие на все элементы машины в процессе ее использования:

- условия нагрузки,

- температура,

- запыленность воздуха,

- агрессивность среды,

- квалификация операторa,

- соответствие топливо-смазочных материалов и др.

Бодров В. А. [12] разработал методику, позволяющую численно оценивать интегральное воздействие внешних факторов на построение эффективной системы управления надежностью машин.

Наложение внутренних и внешних факторов при использовании машины превращают процесс прогнозирования достоверных значений показателей надежности в сложнейшую научную и инженерную проблему.

Классические инженерные дисциплины, такие как, теория механизмов и машин, сопротивление материалов, тео­рия упругости, детали машин и др. решают весьма ограниченный круг, задач прогнозирования надежности, который охватывает, в основном, предельные состояния материалов от сжатия, растяжения, изгиба, кручения, циклических нагружений.

Несмотря на кажущееся могущество математического аппарата этих дисциплин, он позволяет решать не более 10% задач прогнозирования надежности.

Таким образом, основная доля задач прогнозирования надежности связана с необходимостью знания количественных зависимостей износов деталей и вообще параметров технического состояния от наработки будущей машины. В этом и заключаются основные трудности.

Несмотря на то, что к настоящему времени накоплена значительная исследовательская научная база, она все равно существенно отстает от уровня достаточного для прогнозирования с высокой достоверностью. И в результате интервальные оценки получаются такими, что прогноз показателей надежности имеет невысокую достоверность.

Задачу повышения достоверности прогнозов в определенной мере решают ускоренные стендовые испытания. В качестве ускоряющих факторов используют повышенную запыленность воздуха, повышенную агрессивность среды, повышенную температуру и т. п. (рисунок 1). Для пересчета на нормальные условия применяют коэффициенты приведения. Однако для ускоренных стендовых испытаний отдельные составные части или даже машина в целом должны быть изготовлены.

 

                                     Температура среды t°, О

 

Рисунок 1 - Зависимость показателя надежности

(интенсивность потока отказов X) от ускоряющего

фактора (темпера­тура среды t).

 

Ускоренные испытания позволяют исключить грубые просчеты в теоретических прогнозах, сократить период доводки машины, однако и они не решают проблему прогнозирования в целом. В противном случае, для доведения машины до желаемых показателей надежности пришлось бы вести эти испытания очень долго и не исключено, что получив их, машина успеет состариться морально. Поэтому на определенном этапе такие испытания приходиться прекращать, идя на компромисс, т. е. согласиться с некоторыми недоработками.

В результате, машину запускают в серию, а задача получения желаемых показателей надежности решается уже в условиях массового производства за счет изучения ее поведения в условиях рядовой эксплуатации. Производители машин, заинтересованные в сбыте своей продукции, придают большое значение организации таких исследований, используя мощную обратную связь для повышения конкурентоспособности своей продукции.

В зависимости от поставленной цели существует несколько планов наблюдений (исследований), эффективные методики их постановки и математической обработки полученной информации [1].

Таким образом, около 90% задач надежности при создании машин решаются на основе износных исследований и исследований изменения параметров технического состояния в процессе ускоренных испытаний и рядовой эксплуатации машин. В странах, где отдают приоритет финансированию исследований этого характера достигнут существенный прогресс в создании высоконадежных машин. В результате по одному из важнейших показателей надёжности - наработке на отказ, отечественные тракторы, а комбайны и сельскохозяйственные машины существенно отстают от лучших зарубежных образцов на порядок и более.

Поскольку все без исключения показатели надежности относятся к категории случайных величин, то методика математической обработки информации о значениях любого показателя является для них общей. [1].

 

Оптимальные сроки службы машин

 

Качество машин влияет на оптимальные сроки их службы, причем влияние различных составляющих качества неодинаково.

Общее аналитическое решение экономической задачи об оптимальном сроке службы машин получено академиком А. И. Селивановым. Возможность такого решения логически вытекает из того, что каждая машина с момента приобретения и до полной амортизации проходит одни и те же стадии, которые схематично могут быть представлены следующим образом.

1) Выпущенная промышленностью машина, отвечающая определенным техническим условиям, обладает определенной работоспособностью и другими характеристиками, вследствие чего, одинаковые машины, узлы и детали, в общем случае, имеют одинаковый срок службы, одинаковую исходную годность, а, следовательно, и одинаковую первоначальную стоимость.

2) После приобретения новой машины потребителем, как правило, наступает период, в течение которого происходит процесс использования ее в производстве. Изменения служебных свойств большинства машин одинаково назначения по мере старения или нарастания объема выполненной работы протекают примерно оди­накового. Вследствие этого каждое хозяйство или каждое предприятие, как правило, по одним и тем же используемым машинам несет примерно одинаковые затраты для обеспечения их работы и примерно одинаковые потери, связанные с принятым вариантом использования вложенных средств.

3) Любая машина в течение всего периода использования изнашивается под действием нагрузок и нуждается в дополнительном техническом обслуживании и ремонте, которые сопровождаются сменой или возобновлением недолговечных элементов для поддержания ее работоспособности и обеспечения наибольшей эко­номичности.

4) Каждый потребитель машины по мере ее старения начинает тяготиться ею, ощущая рост эксплуатационных расходов (например, для двигателя внутреннего сгорания прогрессирующее увеличение затрат топлива и масел, потребных на выполнение одной и той же работы), рост затрат труда, энергии и материалов на тех­ническое обслуживание и ремонт машины, рост темпов износа сменяемых конструктивных элементов машин и т.п. Расчетливый потребитель при этом учитывает также рост возможных потерь от того, что средства, затрачиваемые на машину и ее обеспечение, могли бы приносить прибыль при других вариантах их использования. Допустимый предел невыгодности использования машин заставляет потребителя прекращать ее эксплуатацию.

5) Когда служебные свойства машины полностью исчерпаны, то есть она стала старой и непригодной к работе по назначению при экономически выгодном поддержании ее работоспособности, машину снимают с эксплуатации и обязанностью хозяйства является наиболее полная реализация ее остатков в виде металлолома и др.

Таким образом, суммарные затраты потребителя, связанные с использованием машины, можно выразить функцией (рисунок 2):

 

,                (1)

 

где: - разовые затраты по приобретению машины;

- затраты, пропорциональные времени использования (оплата труда оператора, работающего на машине, стоимость топливо - смазочных материалов);

 - прогрессирующие затраты потребителя по мере увеличения срока работы машины, вызванные усложнением технологического содержания технического обслуживания и ремонта.

 

Рисунок 2 - График затрат, связанных с

использованием машины

 

Функцию удельных затрат (U) можно получить, если разделить суммарные затраты (Y) на выполненную машиной работу (t). Зависимости удельных затрат, определённые из выражения (2) представлены на рисунке 3.

 

             (2)

 

 

Рисунок 3 - График удельных затрат, связанных с

использованием машины

 

Исследовав функцию (2) на минимум, получим значение оптимального срока службы машины:

 

,                            (3)

 

Оптимальный срок службы корректируют с учетом двух форм морального износа:

Первая форма - удешевление с течением времени производства машин с теми же параметрами.

Вторая форма – зависимость от выпуска более производительных и экономичных машин, удовлетворяющих те же потребности, но с меньшими затратами.

Таким образом, решение вопроса о снятии машины с эксплуатации должно приниматься в соответствии с конкретными условиями. Однако одну рекомендацию в самом общем виде можно сформулировать так. Те виды машин, у которых за пределами амортизационных сроков начинается интенсивный рост удельных затрат на их содержание, должны сниматься с эксплуатации по критерию физического износа. И, наоборот, те виды машин, у которых не наблюдается интенсивный рост указанных затрат, должны сниматься с эксплуатации по критерию морального износа.

Каким образом различные составляющие качества машин влияют на оптимальные сроки их службы? Этот вопрос является достаточно сложным, поскольку связан с экспертной оценкой значимости различных составляющих качества для машин различных видов. Например, экспертная оценка значимости составляющих качества для легкового автомобиля, как машины, представляющей собой часть жизненного пространства нашего современника, существенно отличается от аналогичной оценки трактора, как машины тяговой, заменившей собой рабочую лошадь.

Так, если для легкового автомобиля эргономика и техническая эстетика в ранговой таблице находятся наравне с надежностью, то для трактора они занимают предпоследние места. Не столь неприхотливые наши потомки в России, возможно, и для трактора расставят приоритеты таким же образом, но пока что эта непри­хотливость нашего современника породила те тракторы, которые у нас есть и по технической эстетике, и по эргономике.

Поддержание показателей технической эстетики со­старившегося легкового автомобиля стоит особенно дорого. Поэтому удельные затраты у легковых автомобилей за пределами оптимальных сроков службы резко растут в сравнении с тракторами и другими машинами чисто производственного назначения (см. рисунок 3).

Проблема экономически приемлемых сроков службы машин приобрела особую актуальность в настоящее время. Фактически встал вопрос о самом существова­нии механизированного сельского хозяйства и, значит, о продовольственной безопасности страны.

В условиях невозможности быстрого восстановления нормальных темпов обновления старого парка машин приемлемым выходом является капитальный ремонт их, сопровождаемый модернизацией. Отсюда следует, что приоритет в настоящее время нужно отдать обновлению технологической базы технического сервиса.

Этот вывод подтверждается простейшей экономической выкладкой.

В активной части основных производственных фондов технологическая база технического сервиса занимает около 7%. Если исходить из нормального для нашей станы 10%-го темпа обновления парка средств механизации, то ежегодно нужно расходовать 9,3% их балансовой стоимости (93% разделить на 10 лет будет 9,3%).

Если же за один год обновить всю технологическую базу технического сервиса, то потребуется всего 7% от стоимости активной части основных производственных фондов, которые нужно израсходовать. Благодаря этому в течение минимум 10...12 лет будут обеспечены нормальные технологические условия для приведении всего комплекса работ по обеспечению работоспособности машин, в том числе и для капитального ремонта, сопровождаемого модернизацией.

В условиях даже нормальной, бездефицитной экономики технический сервис ведущих фирм Запада и Японии всё в большей мере ориентируется на ресурсосберегающие технологии и технологии, приносящие меньший вред среде обитания. Оба направления наиболее экономично реализуются в сфере ремонтного производства за счет современных технологий восстановления изношенных деталей. Ввиду того, что потеря массы сопрягающихся деталей не превышает сотых долей процента, а линейные размеры износов деталей находятся обычно в пределах 0,05…0,5 мм, энергетические затраты на восстановление деталей в сотни раз меньше в сравнении с изготовлением. Немаловажно, что исключается экологически разрушительный металлургический цикл производства.

Факты сегодняшнего дня говорят о том, что средний возраст тракторов в сельском хозяйстве США составляет 10...13 лет, а средний срок их службы 21…24 года. Оба показателя примерно в два раза выше наших. Легковые автомобили действительно в Японии используются в среднем 4,5 года, в США - 7 лет. Однако в этом случае действует другой критерий. Когда нет проблем с питанием и одеждой для своих сограждан, можно позволить роскошь менять личный автомобиль не из-за физического износа, а из соображений престижности, комфортабельности и пр. В этих и других подобных им странах - автомобиль является не роскошью и даже не средством передвижения. Автомобиль - часть жизненного пространства свободного человека 21-го столетия.

Таким образом, если исходить из самого пессимистического варианта развития событий (парк сельскохозяйственной техники не обновляется), то израсходование 7% средств на обновление технологической базы технического сервиса позволит удержать в работоспособном состоянии существующий парк машин ещё 10… 12 лет.

Итак, тенденция увеличения сроков службы машин сельскохозяйственного назначения является прогрессивной. Исследование этой тенденции выполнил Р. А. Тимов, который установил, что использование степенной функции с показателем степени менее единицы для описания зависимости затрат на замену элементов от возраста машин старше 10 лет приводит к большим ошибкам. Поэтому для прогнозирования потребности в замене элементов и связанных с этим затрат целесообразно использовать функцию плотности восстановления. Необходимые для вычисления плотности восста­новления оценки параметров распределения ресурса элементов могут быть с приемлемой погрешностью найдены на основе норм расхода запасных частей. При вычислении функции плотности восстановления должны учитываться коэффициент использования ресурса элемента на момент его замены и показатель восста­новления ресурса элемента при проведении ремонта машины.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Какими свойствами, характеризуется качество продукции изделия?

2. Какие недостатки современных машин ведут к необходимости выполнения технического обслуживания и ремонта в течение их срока службы?

3. Какие стадии проходит машина с момента её приобретения и до полной амортизации?

 

---

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 29; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!