Методы обеспечения надежности изделий машиностроения

Г л а в а 7

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ СЕРИЙНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

7.1. ПРОГРАММА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ЭТАПЕ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Эту программу разрабатывают в соответствии с требо­ ваниями нормативно-технической документации. В ней преду­ сматривают комплекс организационно-технических мероприятий, которые необходимо реализовать на стадии изготовления изделия с целью обеспечения требований, заданных в технических ус­ ловиях (ТУ).

На этапе установившегося серийного производства в програм­ ме предусмотрено выполнение следующих мероприятий, направ­ ленных на обеспечение надежности изделия.

Все комплектующие элементы, входящие в состав изделия, подвергают всестороннему входному контролю на соответствие ТУ их качества и работоспособности. В случае отклонения па­ раметров комплектующих элементов от требований ТУ эти комп­ лектующие рекламируются, а затем направляются на исследо­ вание и анализ поставщику. Для контроля технологической дисциплины составляют перечень основных параметров деталей, узлов, механизмов, блоков, пультов и других сборочных единиц, влияющих непосредственно на работоспособность изделия. Конт­ роль технологической дисциплины осуществляют постоянно в про­ цессе изготовления в цехах-изготовителях по технологическим картам контроля на соответствие технологических процессов требованиям технологической и конструкторской документаций. По выявленным отклонениям разрабатывают оперативные меро­ приятия с целью их устранения. На все ответственные детали и узлы составляют технологические паспорта, в которых указы­ вают фактические значения контролируемых параметров, а также для сравнения приводят номинальные значения параметров с соответствующими допусками, взятыми из технической докумен­ тации.

При изготовлении деталей, узлов, механизмов и других сбо­ рочных единиц, а также при проведении приемосдаточных ис­ пытаний изделий систематически ведут перечень дефектов и неисправностей, который затем обобщается технической службой цеха-изготовителя совместно со службой технического контроля цеха и направляется для анализа и составления отчета в служ­

191

бу надежности. Обобщают также сведения по .неисправностям комплектующих элементов, выявленным при входном контроле, монтаже и приемосдаточных испытаниях и зафиксированных

ввиде рекламационных актов и актов исследований.

"На основании обобщенного перечня дефектов проводят ана­ лиз динамики изменения неисправностей по характеру их про­ явления (конструкционный или производственный дефект, де­

фект комплектующего элемента), по цехам-изготовителям, по частоте появления неисправности во времени и другие сведения. Результаты проведенного анализа не реже одного раза в квартал предоставляют на рассмотрение и принятие мер на постоянно действующую комиссию по качеству продукции. На основании составленного перечня замечаний службами цехов и отделов разрабатывают план мероприятий по их устранению, который утверждает руководитель предприятия, а контроль за выполне­ нием плана осуществляет отдел технического контроля пред­ приятия.

На этапе серийного производства в программу обеспечения надежности включают также проведение авторского надзора за изготовлением деталей, узлов, механизмов, блоков, пультов и других сборочных единиц. Авторский надзор осуществляют с целью контроля изготовления деталей, сборочных единиц и т. д. на соответствие нормативно-технической документации. Прове­ ряют технологическую оснастку, наличие инструмента, карт технологического процесса изготовления, а также соответствие рабочего места и оборудования, на котором изготовляют испыты­ ваемую деталь, а также механизм или другую сборочную еди­ ницу и т. д. Авторский надзор проводят как на головном пред­ приятии, которое изготовляет изделие, так и на предприятияхсмежниках, поставляющих отдельные основные элементы, си­ стемы, механизмы, блоки, пульты и другие сборочные единицы. По результатам авторского надзора составляют план мероприя­ тий по устранению выявленных недостатков с конкретными ис­ полнителями и сроками их устранения. Этот план утверждается главным инженером предприятия-изготовителя и согласовывает­ ся с главным конструктором-разработчиком изделия, основного элемента или системы.

По программе обеспечения надежности проводят аттестацию средств измерений и испытаний на соответствие требованиям документации. Сведения о неисправностях, выявленных при из­ готовлении и приемосдаточных испытаниях, оформляют в виде перечня (табл. 7.1).

Сведения о неисправностях, полученные по результатам из­ готовления и приемосдаточным испытаниям, обобщают в служ­ бе надежности и составляют отчет о годовой партии изделий.

В отчете дают анализ всех неисправностей, мероприятия по их устранению, приводят количественные оценки о процентном

192

7.1. Сведения о неисправностях, выявленных при изготовлении и приемосдаточных испытаниях

соотношении дефектов по соответствующим сборочным едини­ цам, а также сведения о повторяемости дефектов и их распре­ деление по цехам-изготовителям.

В выводах отчета дают конкретные предложения и рекомен­ дации по устранению неисправностей в ходе производства. От­ чет согласовывается с заинтересованными службами и цехами предприятия и утверждается главным инженером. На основании отчета составляют распоряжение главного инженера по реализа­ ции предложений и рекомендаций, изложенных в отчете. Пред­ ставленный комплекс мероприятий в программе обеспечения надежности на стадии изготовления и приемосдаточных испы­ таний позволяет выявить практически все скрытые дефекты и отправить изделие потребителю с хорошим качеством и задан­

ной надежностью.

7.2. КОНТРОЛЬ СТАБИЛЬНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ

Методы математической статистики в настоящее вре­ мя нашли широкое применение при управлении качеством про­ мышленной продукции на предприятии. Научно обоснованные методы управления качеством продукции позволяют своевре­ менно давать заключение о качестве выпускаемых изделий и продолжении производственного процесса, что существенно повышает производительность труда. На современных предприя­ тиях промышленности в основном применяются два вида ста­ тистического контроля качества: статистическое регулирование качества, т. е. текущий контроль производственного процесса

методами математической статистики, и выборочные методы, используемые на предприятии с целью проверки готовых изделий.

193

Метод статистического регулирования качества позволяет своевременно предупреждать брак в производстве и, таким об­ разом, непосредственно вмешиваться в процесс изготовления де­ талей. Выборочный метод не оказывает непосредственного влия­ ния на производство изделий, так как этот метод служит для контроля готовой продукции, выявляет объем брака, источники его возникновения в технологическом процессе или же качествен­ ные недостатки партии материала.

Статистическое регулирование качества — это текущий конт­ роль за производством и предупреждение брака путем своевре­ менного вмешательства в технологический процесс. С целью статистического регулирования производственного процесса вво­ дят контрольные карты, которые наглядно отражают ход про­ изводственного процесса и выявляют нарушение технологии. Различают контрольные карты по измеряемым (количественным) и неизмеряемым (качественным) признакам качества в зависи­ мости от того, поддается ли признак количественному измере­ нию или же допускает только качественную оценку.

Для сложных изделий машиностроения в основном исполь­ зуют контрольные карты индивидуальных значений параметров.

Это вызвано тем, что детали, узлы, механизмы, с одной стороны, изготовляют малыми сериями, а с другой стороны, контролю подвергают наиболее ответственные параметры, влияющие на функционирование. Практически не используют карты медиан и комбинированные контрольные карты, а также контрольные карты по неизмеряемым, качественным признакам, связанным с процентом брака, числом дефектов на одно изделие и т. п. Для карты индивидуальных значений характерно то, что измерение параметра проводят для каждого изделия, которое изготовля­ ют на станке или другом оборудовании. Полученное значение параметра заносят на карту в виде точки или звездочки. Карту индивидуальных значений применяют, главным образом, для на­ блюдения за технологическим процессом. Эта карта имеет тот недостаток, что она не позволяет сразу сделать вывод о причине нарушения техпроцесса по одному-двум выбросам за контроль­ ные границы по сравнению с картой средних значений.

Контрольные границы карты индивидуальных значений опре­ деляют, исходя из нормального распределения измеряемого параметра. Ширину контрольного интервала измеряемого пара­ метра с ошибкой не более а = 0,27 % задают выражением

где х — фактическая величина замеренного параметра; о — сред­ нее квадратическое отклонение случайной величины х; а — но­ минальное значение параметра по документации.

С другой стороны, поле допуска контролируемого размера

определяется неравенством

194

Рис. 7.1. Контрольная карта индивидуальных зна­ чений измеряемого параметра

Пределы допуска Ти = а -\-Si или Тъ = а - \ - 6 2 задаются чертежом. На контрольную карту индивидуальных значений наносят:

номинальное значение измеряемого параметра а и пределы до­ пусков Тн и Тв, заданные в чертеже. Если результат измерения х для контролируемого параметра вышел за пределы допуска, то деталь бракуют. Деталь считают годной, если значение х лежит в пределах допуска, т. е. выполняется условие (7.2). Чем уже поле допуска, тем выше качество детали. Однако при сужении поля допуска возрастают требования к технологической оснастке производственного процесса. Поэтому задаваемый допуск должен соответствовать существующим производственным возможнос­ тям. Графически контрольная карта индивидуальных значений измеряемого параметра изображена на рис. 7.1.

Следовательно, контроль стабильности технологических про­ цессов с помощью карт индивидуальных значений измеряемых параметров позволяет обеспечить высокое качество деталей изделия. Так, например, карты индивидуальных значений из­ меряемых параметров вводят на самые ответственные детали, входящие в такие узлы и механизмы, как, например, подъем­ ный механизм, домкрат, силовой редуктор, блокировки и т. д.

7.3. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, ПРИЕМОСДАТОЧНЫХ, ПЕРИОДИЧЕСКИХ И ГАРАНТИЙНЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

На этапе серийного изготовления сложных изделий машиностроения систематически ведется сбор сведений о всех

195

дефектах и неисправностях, выявленных в процессе изготовле­ ния и приемосдаточных испытаний для всех паспортных деталей и сборочных единиц. По всем цехам — изготовителям деталей и сборочных единиц выписывают сведения из паспортов о дефек­ тах и принятых мерах по их устранению. Статистические дан­ ные оформляют в виде перечня дефектов и неисправностей по форме табл. 7.1. Этот перечень подписывает начальник цехаизготовителя и начальник службы технического контроля цеха. Составленный перечень направляют для анализа в службу на­ дежности. К анализу дефектов и разработке мероприятий по их устранению привлекают все отделы и службы предприятия.

Систематизация дефектов и неисправностей, выявленных при изготовлении и приемосдаточных испытаниях, позволяет, уст­ ранить их непосредственной заменой или восстановлением от­ казавших элементов и не монтировать их неисправными на из­ делие, что способствует обеспечению надежности изделий в экс­ плуатации.

Анализ динамики включает систематизацию неисправностей и дефектов. Их систематизируют: по каждому типу изделия, сборочной единице и детали; по характеру неисправности с клас­ сификацией: производственные, конструкционные и дефекты комп­ лектующих элементов. Дается сравнительный анализ динамики дефектов в процентном отношении по цехам-изготовителям, характеру неисправностей, причинам возникновения неисправно­ стей. В анализе приводят систематизацию повторяющихся де­ фектов и характер этих дефектов. Анализ динамики дефектов включает также сведения о рекламированных узлах, выявлен­ ных в процессе эксплуатации, с классификацией отказов: про­ изводственный, конструкционный, эксплуатационный и отказ комплектующего элемента.

Проведенный анализ динамики дефектов в процессе произ­ водства и эксплуатации служба надежности представляет посто­ янно действующей на предприятии комиссии по качеству, ко­ торая ежеквартально рассматривает итоги работы цехов и от­ делов по качеству выпускаемой продукции. Особое внимание комиссия уделяет рассмотрению неисправностей, обнаруженных на местах эксплуатации. Для их устранения, как правило, при­ нимают срочные меры. В частности, для более точного опреде­ ления причины отказа назначают комиссию из компетентных специалистов и направляют ее на место эксплуатации, где про­ изошел отказ, для выяснения его причины. По результатам пред­ ставленного анализа динамики дефектов составляется протокол, в котором перечисляют все выявленные недостатки, причины их возникновения и указывают конкретных виновников этих причин. В протоколе намечают мероприятия по устранению выявленных дефектов, конкретных исполнителей и сроки исполнения. Прото­ кол постоянно действующей комиссии по качеству утверждает

196

руководитель предприятия. В дальнейшем на основании этого документа осуществляют намеченные мероприятия по поддер­ жанию на требуемом уровне качества и надежности выпускаемой продукции. Такие протоколы являются ежеквартальными отчет­ ными документами предприятия о качестве выпускаемой продук­ ции перед потребителем.

Вместе с текущей информацией о качестве и надежности изделий и принимаемых мерах по их поддержанию на нужном уровне службой надежности составляется итоговый годовой отчет по приемосдаточным испытаниям изделий. Сведения о ре­ зультатах приемосдаточных испытаний каждого изделия зано­ сятся в нулевую сборку (Сб.ОО). В этой сборке указаны все виды испытаний и их объемы, необходимые для проверки работоспо­ собности изделия на соответствие требованиям технических условий. В процессе приемосдаточных испытаний, объем кото­ рых составляет 2 —3 % от назначенного гарантийного ресурса, ведется систематический учет неисправностей и отказов непо­ средственно в нулевой сборке в форме табл. 7.1. В этой сборке указаны все виды испытаний и их объемы, необходимые для проверки работоспособности изделия на соответствие требова­ ниям ТУ Вместе с тем в нулевой сборке по каждой неисправности описывается принятое техническое решение или намечаются определенные мероприятия, а также способы устранения не­ исправности. Все выявленные в процессе приемосдаточных ис­ пытаний дефекты устраняют непосредственно в цехе.

Изделие допускается на отгрузку в эксплуатацию только после устранения всех неисправностей и дополнительной его проверки на работоспособность. Таким образом, приемосда­ точные испытания позволяют отсеять дефекты и неисправности

На основании этих же приемосдаточных испытаний составляют отчет о надежности по годовой партии выпускаемых изделий. В отчете приводят полную статистическую информацию по объему испытаний и неисправностям, выявленным на всех изготовлен­ ных за этот период изделиях. Даны количественные показатели надежности, описаны принятые мероприятия по устранению выявленных дефектов и неисправностей, а также представлены рекомендации по дальнейшему повышению качества и надежности йзделий.

Следующим этапом проверки качества и надежности изде­ лий в процессе серийного производства являются периодиче­ ские испытания, которые проводят на одном изделии от годовой партии в объеме 10 % гарантийного ресурса. Программа пе­ риодических испытаний включает все виды работ, предусмот­ ренные эксплуатационной документацией. В процессе испыта­ ний проверяют соответствие изделия требованиям ТУ изготов­

197

ленной годовой партии. При проведении периодических испыта­ ний всю статистическую информацию записывают в журнал испытаний. Полученные сведения по результатам испытаний объединяют с данными приемосдаточных испытаний и исполь­ зуют в итоговом годовом отчете о надежности изделий.

Заключительным этапом подтверждения качества и надеж­ ности изделий в процессе изготовления являются ресурсные испытания. Поскольку сложные технические системы в боль­ шинстве случаев представляют собой дорогостоящие изделия машиностроения, то, как правило, ресурсным испытаниям подвер­ гают не сами изделия, а наиболее ответственные узлы, механиз­ мы, системы, блоки, пульты. Объем испытаний сборочных еди­ ниц соответствует гарантийному ресурсу. Результаты испытаний отмечают в журнале испытаний. Полученные сведения по ресурс­ ным испытаниям объединяют со сведениями о приемосдаточных и периодических испытаниях и используют в итоговом отчете о надежности изделий.

Таким образом, систематизация дефектов и неисправностей в процессе изготовления, приемосдаточных, периодических и га­ рантийных испытаний и разработка комплекса мероприятий и рекомендаций на основе полученной информации позволяют обеспечить качество и надежность изделий машиностроения на заданном уровне.

7.4. ПЛАНИРОВАНИЕ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ НА ЭТАПЕ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Обеспечение надежности изделий на этапе серий­ ного производства непосредственно связано с планированием испытаний. По завершению всех видов отработочных испыта­ ний сложных технических систем приступают к этапу ввода из­ делий в серийное производство. С этой целью в зависимости от сложности и стоимости изготавливаемого изделия главным конструктором назначается установочная партия определенного

ка необходимой оснастки и приспособлений. Для обеспечения достигнутых показателей надежности на этапе серийного произ­ водства в технической документации (чертежах, ТУ, техноло­ гическом паспорте) предусматривают определенный объем приработочных испытаний.

Целью этих испытаний является выявление скрытых произ­ водственных дефектов, а также притирка трущихся поверхно­ стей, термотренировка элементов электроавтоматики и т. п. Приработочным испытаниям отдельные сборочные единицы или си­ стемы подвергаются на том же стендовом оборудовании, на ко­ тором проводят и приемосдаточные испытания изделия в целом.

198

Объемы приработочных испытаний на стендах указывают на чертежах, в технологических паспортах и ТУ на соответствующие сборочные единицы и системы. Объем и виды приемосдаточных испытаний изделия в целом указывают в нулевой сборке (Сб.ОО) на монтаж и испытание. К приемосдаточным испытаниям до­ пускается изделие, прошедшее приемку отдела технического контроля. Изделие должно быть укомплектовано запасными частями и инструментом (ЗИП), а также технической докумен­ тацией в соответствии с формуляром и удовлетворять требова­ ниям ТУ. В процессе проведения приемосдаточных испытаний в журнале ведут учет наработки узлов, механизмов, систем, %также фиксируют замечания и неисправности.

Если изделие предназначено не только для выполнения ра­ бот на определенном стационарном объекте, но и для перевоз­ ки некоторого груза с одного объекта на другой (например, лесовальные машины, машины по перевозке и перегрузке блоков бурового оборудования, большегрузные краны и т. д.), то приемо­ сдаточные испытания предусматривают три этапа: стационар­ ные испытания изделия в цехе; транспортные испытания на по­ лигоне или в полевых условиях; стационарные испытания в цехе после транспортных испытаний. Общий объем приемосдаточных испытаний составляет 2—3 % назначенного гарантийного ре­ сурса.

Приемосдаточным испытаниям подвергают каждое изготов­ ленное изделие. Эти испытания проводят и для приработки уз­ лов, механизмов и систем, а также для контроля работоспособ­ ности и надежности изделий. По результатам испытаний годовой партии изделий с достаточной степенью достоверности дают

количественную оценку надежности.

С целью дальнейшего контроля производства в технической документации предусматривают периодические испытания, ко­ торым подвергают одно серийное изделие, взятое наугад из го­ довой партии. Объем периодических испытаний составляет 10 % назначенного гарантийтого ресурса. Проводят их в цехе, на поли­ гоне и в полевых условиях.

Заключительным этапом контроля производства являются гарантийные испытания. Этим испытаниям подвергают также одно изделие, взятое наугад от трехгодовой партии. Испыта­ ния изделия проводят в цехе, на полигоне и в полевых условиях в объеме назначенного гарантийного ресурса. Допускается гаран­ тийные испытания проводить на отдельных узлах, механизмах, системах — это определяется стоимостью изделия и технической возможностью проверки работоспособности изделия по функцио­ нированию отдельных узлов, механизмов, систем.

Результаты проведенного анализа неисправностей, выявлен­ ных в процессе приемосдаточных, периодических, гарантийных испытаний и эксплуатации различных изделий машинострое­

199

ния, показали, что конструктивные недостатки в большинстве случаев выявляются на этапе эксплуатации. Так как сложные изделия, в основном, изготовляют малыми сериями, то оценку их надежности целесообразно проводить по годовой партии изде­ лий, когда объем испытаний является достаточным для объектив­

ности результатов.

Сравнительный анализ статистических данных, полученных

впроцессе приемосдаточных испытаний годовой партии изделий

ипериодических испытаний одного изделия от годовой партии, свидетельствует о том, что статистические данные периодиче­ ских испытаний практически не влияют на значение показателя

надежности, полученного по результатам приемосдаточных ис­ пытаний годовой партии. В качестве сравнительного анализа приведем практический пример оценки надежности изделия.

Оценить надежность изделия по результатам двух групп данных.

т

="7Г” = = 0,02.

N.100

Спомощью критерия значимости сравнения двух вероят­

ностей определим вероятность расхождения с уровнем значимо­ сти а = 0,05:

При а = 0,05 ыа= 1,96;

1«1 < иа, 1,0 < 1,96.

200