Обеспечение качества продукции в машиностроении


В. Н. Фещенко






                ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ




Учебник












Инфра-Инженерия Москва - Вологда

2019

УДК 621
ББК 34.6
Ф 47

ФЗ № 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке в соответствии сп. 1ч.4ст. 11


     Фещенко В. Н.

Ф 47 Обеспечение качества продукции в машиностроении: учебник / В. Н. Фещенко. - М.: Инфра-Инженерия, 2019.-788 с.


ISBN 978-5-9729-239-2

    Рассмотрены механизмы, технологии и инструменты, применяемые в машиностроении, описаны правила и условия их использования для обеспечения выпуска качественной продукции. Особое внимание уделено новым техническим средствам — лазерам, электрофизическим и электрохимическим методам обработки материалов, а также перспективам развития технологий в машиностроении.
    Ддя студентов машиностроительных и родственных им специальностей всех форм обучения.









© Фещенко В. Н., автор, 2019
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2019



ISBN 978-5-9729-239-2

    Введение


                               Мы должны строить своё будущее на прочном фундаменте. Разумеется, мы рассчитываем на молодых граждан — на кого ещё рассчитывать, будущее за ними, — на их идеи, энергию, амбиции, желание добиваться поставленных целей, готовность не ждать, когда кто-то устроит получше, а работать и добиваться успеха. Патриотизм — это не просто красивые слова. Патриотизм — это прежде всего дело, служение своей Родине, стране, России, своему народу. И об этом никогда нельзя забывать.
Владимир Путин

      Машиностроение выпускает продукцию двух видов.
      К первому виду относится продукция машиностроения, с помощью которой изготавливаются различные средства производства. К ним относятся металлорежущие станки, кузнечнопрессовое и другое оборудование, связанное с процессом изготовления машин и их деталей.
      Ко второму виду относится продукция машиностроения, с помощью которой заводы и фабрики производят предметы потребления для населения. К ним относятся автомобили, бытовая техника, оборудование для пищевых и текстильных производств, для жилищнокоммунального хозяйства, машины для переработки сельскохозяйственной продукции и т. д.
      Как известно, машины состоят из деталей, и эти детали соединяются между собой в определенном порядке. Машины могут приводиться в движение силой руки или ноги (например, велосипед— это тоже машина!) либо встроенным приводом, который может работать от электричества (электродвигатель), движения воды (гидродвигатель) или сжатого воздуха (пневмодвигатель), а также от других источников энергии. Это движение передается рабочему органу, посредством которого производятся нужные операции и получается желаемый результат, например: смолоть и приготовить кофе, наточить коньки, привести в движение велосипед или автомобиль и т. д.
      Следует учитывать, что в бытовой сфере тоже интенсивно внедряется бытовая техника, которая облегчает домашний труд и экономит время для других занятий.
      Поэтому в современном обществе необходимо обладать знаниями о том, как следует обращаться с техникой для обеспечения ее эффективной и безопасной работы.
      Машины предназначены облегчить труд человека, поскольку позволяют ему выполнять нужную работу более производительно, с меньшими затратами времени и физического труда, чем при выполнении этой же нужной работы вручную. Это экономит время человека и дает ему возможность заниматься чем-то необходимым и полезным, делая его жизнь при этом насыщеннее и комфортнее.
      В России производство машин выделено в самостоятельную отрасль промышленности, которая носит общее название «машиностроение». В ней сосредоточены предприятия, на которых молодые рабочие и опытные специалисты выполняют работы, связанные с созданием и изготовлением машин. Эти машины потом изготавливают почти все, что необходимо для нашей жизни.
      При создании новых машин учитываются:
         •  опыт эксплуатации ранее созданных машин, их достоинства и недостатки;
         •  достижения мировой науки и техники, связанные с новыми материалами и методами их обработки на новом оборудовании;
         •  новые методы упрочнения и защиты деталей и их соединений от преждевременного износа;
         •  новые системы управления приводами рабочих органов машин и всем рабочим процессом при создании продукции, и т. д.


3

      Без этого невозможно создать машину, конкурентоспособную на мировом рынке и соответствующую современным требованиям промышленного производства.
      При создании более совершенных машин важно обеспечить, чтобы эти машины не простаивали, а работали, производили качественную продукцию и своевременно и качественно обслуживались специалистами, владеющими знаниями, связанными с эксплуатацией оборудования и обеспечением его работоспособности.
      Приходит время, и молодые люди определяются с выбором профессии для будущей трудовой деятельности и, соответственно, с выбором учебного заведения. В предлагаемом учебном пособии предпринята попытка рассказать молодым людям о творческой профессии машиностроителя — создателя новых машин, для того чтобы привлечь их внимание к этой профессии как отличной возможности для реализации творческих способностей.
      Машина — это полностью продукт творческого мышления человека, его головы и рук, начиная от замысла конструкции для выполнения какой-то нужной операции и заканчивая поиском технологических решений, позволяющих улучшить ее работу.
      Наша жизнь проходит в окружении машин различного назначения. При непосредственной работе на машинах специалист выявляет их недостатки и, возможно, предполагает, как от них можно было бы избавиться, чтобы работать с большим комфортом и результативностью. Отсюда начинается так называемый технический прогресс в машиностроении, потому что создаваемая новая машина по качественным показателям должна быть лучше старой машины. Поэтому в машиностроении имеется постоянная потребность в грамотных и опытных специалистах.
      Обучение в профессиональных учебных заведениях направлено на формирование у учащихся технического мышления и умения применять полученные знания при создании новой техники и при работе на оборудовании в производственных условиях. Учащиеся получают как теоретическую подготовку, так и практические навыки работы на современном оборудовании.
      Однако в процессе дальнейшей производственной деятельности необходимо продолжать углублять и совершенствовать приобретенные знания и навыки. Самообразование — это верный путь повышения профессионального мастерства молодых рабочих и будущих специалистов в области машиностроения.
      Приношу глубокую признательность всем, кто поделился своим опытом и наработками и принял участие в составлении данного учебного пособия.
      Наша задача — привлечь внимание молодежи к профессиям, которые связаны с созданием новых конструкций машин, их изготовлением и эксплуатацией в качестве промышленного оборудования и показать, что в данной сфере имеются неограниченные возможности для применения знаний, творческих сил и мастерства.

      Успехов и удачи.

Автор


4

ГЛАВА 1.

        Отрасли машиностроительного комплекса России


    1.1. Структура машиностроительного комплекса

      Основу машиностроительного комплекса России составляют:
         • тяжелое, энергетическое и транспортное машиностроение;
         • электротехническая промышленность;
         • химическое и нефтяное машиностроение;
         • станкостроение и инструментальная промышленность;
         • приборостроение;
         • тракторное и сельскохозяйственное машиностроение;
         • машиностроение для легкой и пищевой промышленности;
         • специализированные подотрасли и производства.
      Современный авиационно-космический комплекс России также относится к машиностроению и представляет собой высокотехнологичную отрасль, обладающую научнотехническим и производственным потенциалом и способную обеспечить разработку и производство гражданской и военной авиационной, ракетной и космической техники на мировом уровне. Эта отрасль — одна из крупнейших в стране по количеству рабочих мест, стоимости основных фондов, объему производства и продаж. Ей доступны для освоения все научно-технические достижения в области машиностроения, науки и техники.
      Машиностроение создает машины и оборудование, применяемые повсеместно: в промышленности, сельском хозяйстве, в быту, на транспорте наземном и подземном (метро), водном, воздушном, космическом и др.
      Следовательно, научно-технический прогресс, творческий труд специалистов во всех областях науки и техники и отраслях народного хозяйства материализуется через продукцию машиностроения, в особенности через продукцию таких приоритетных отраслей, как станкостроение, электротехническая и электронная промышленность, приборостроение и производство электронно-вычислительной техники.
      Машиностроение, таким образом, представляет собой катализатор научно-технического прогресса в промышленности, запускающий техническое перевооружение всех отраслей промышленности России и других стран.
      Поэтому отрасли машиностроения связаны между собой выпускаемой продукцией и развиваются ускоренными темпами, а число направлений непрерывно растет. По роли и значению в народном хозяйстве отрасли машиностроения можно объединить в три взаимосвязанные группы:
         •  отрасли, обеспечивающие развитие всего народного хозяйства — это приборостроение, химическое машиностроение, электротехническое и энергетическое машиностроение;
         •  отрасли, обеспечивающие развитие самого машиностроения — это станкостроение и инструментальная промышленность;
         •  отрасли, обеспечивающие развитие отдельных областей — это строительнодорожное, тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, автомобилестроение и др.
      Машиностроение является материальной основой технического перевооружения всего народного хозяйства нашей страны.
      За последние десятилетия возник ряд новых отраслей, связанных с выпуском продукции средств автоматизации, электроники и телемеханики, оборудования для атомной энергетики, реактивной авиации, бытовых машин и др.

5

    1.2. Продукция машиностроительного комплекса


      Машиностроение выпускает продукцию двух видов.
      К первому виду относится продукция, с помощью которой изготавливаются различные средства производства, с помощью которых работники заводов изготавливают производственное оборудование для машиностроительного производства: металлорежущие станки, кузнечнопрессовое и другое оборудование, связанное с процессом изготовления деталей машин различного назначения.
      Ко второму виду относится рабочее оборудование заводов и фабрик, с помощью которого они производят предметы потребления для населения: автомобили, бытовую технику, оборудование для пищевых и текстильных производств или для жилищнокоммунального хозяйства, машины для переработки сельскохозяйственной продукции и многое другое, что необходимо для повседневной жизни населения.
      Все оборудование, производимое машиностроением, должно обладать определенными свойствами. Эти свойства определяются комплексом показателей и их значениями, которые излагаются в технических заданиях на изготавливаемую продукцию в соответствии тре-бованиямиГОСТР 15.201-2000.
      Продукция должна производиться с учетом требований:
         •  к исходным и конечным значениям показателей материалов, из которых изготавливаются детали машин, до и после их механической и термической обработки;
         •  к точности геометрической формы рабочей поверхности деталей;
         •  к точности поверхностей деталей, которые при сборке соединяются подвижно или неподвижно с аналогичными поверхностями других деталей и обеспечивают работоспособность конструкции машины;
         •  к смазочным материалам для смазки соединений подвижных поверхностей деталей, которые находятся в непосредственном контакте;
         •  к электроприводу, которым приводятся в движение детали, выполняющие вращательные или поступательные перемещения рабочих органов, предусмотренные конструкцией машины для выполнения работы;
         •  к качеству изготовления машины из этих деталей в соответствии с чертежами и техническими требованиями к ее изготовлению;
         •  к качеству сборки машины и качеству работы изготовленной машины при ее испытании в соответствии с чертежами и техническими требованиями к ее изготовлению и т. д.
      Это неполный перечень технических требований, которые излагаются в соответствии с ГОСТ Р 15.201-2000 в техническом задании на машину, в конструкторской документации, государственных стандартах и др. и которыми определяются технические возможности машины, требования к ее качеству и техническому уровню.

    1.3. Качество, технический уровень выпускаемой продукции и их показатели

      Качество продукции — это совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые требования в соответствии с его назначением.
      Качество продукции является формой выражения ее потребительской стоимости (полезного свойства) в расчете на единицу физического объема (один технический комплекс, тонна материалов, погонный метр труб, производительность ит.д.). При этом качество определяется не только объективными свойствами продукта, но и его эстетическими свойствами по оценке потребителя.


6

      В основном качество изделия складывается из заложенного технического уровня (степени совершенства его конструкции, технологии, качества изготовления и применяемых материалов) и оценивается потребителями при его использовании.
      Технический уровень продукции — многоплановое понятие, которое определяется потребительскими свойствами и методами сравнения с образцами продукции, технический уровень и качество изготовления которых получили признание в мировой практике.
      Факторы, обусловливающие качество продукции, можно разделить на четыре группы: организационные, технические, экономические и социальные.
      К техническим факторам относятся: вид изготавливаемой продукции и серийность ее производства; состояние технической документации; качество технологического оборудования, оснастки, инструмента; состояние испытательного оборудования (качество средств измерения и контроля); качество исходных материалов, сырья, комплектующих изделий и др.
      Укрупненно факторы, влияющие на качество продукции, могут быть представлены блоками:
         • качество производимой продукции, которое зависит от организации совокупности совместных действий специалистов различного профиля, оборудования и средств производства, в результате которых исходные материалы и полуфабрикаты превращаются в готовую продукцию (изделие);
         • качество производимой продукции, которое зависит от внутренних (внутрифирменных) обстоятельств. К ним можно отнести дисциплину, оборудование, технологию, метрологическое обеспечение, испытательную базу, технический контроль, организационную структуру и др.;
         • качество производимой продукции, которое зависит от внешних условий (требования рынка, уровень конструкторских разработок, ритмичность поставок продукции от смежников, качество поставляемых сырья, материалов, комплектующих изделий и др.).
      Для оценки качества продукции в зависимости от характера решаемых задач используются показатели качества, которые можно классифицировать по различным признакам.
      Стандарты на продукцию серийного и массового производства содержат полную техническую характеристику продукции, изготавливаемой по стандартам. Они предусматривают типы, виды, марки, формы, размеры изделий и материалов, которые должны выпускаться по определенным группам продукции с учетом качественных показателей и норм (физикомеханические свойства, химический состав, степень чистоты материалов, внешний вид и т. п.).
      Одновременно предусматриваются правила приемки и методы испытаний, необходимые для проверки с заданной точностью соблюдения установленных норм, требований и характеристик.
      В настоящее время стандартизированы требования к организационным системам предприятий, направленные на обеспечение качества продукции; созданы системы управления качеством продукции на предприятиях.
      Применение стандартов обеспечивает взаимозаменяемость отдельных деталей и узлов машин и механизмов, позволяет лучше использовать сырье, материалы, топливо и энергию, способствует специализации производства и внедрению новой техники. При этом снижаются затраты на внедрение в производство стандартных технологических процессов и методов, используемых при проектировании и изготовлении продукции.
      Для оценки качества продукции наибольшее значение имеют показатели, характеризующие ее свойства. Вместе с тем качество оценивается также совокупностью каких-либо иных свойств или характеристик материалов и оборудования.
      Показатели назначения характеризуют свойства продукции, определяющие основные функции, для выполнения которых она предназначена, и обусловливают область ее применения. Они подразделяются на показатели функциональной и технической эффективности (производительность станка, прочность ткани); конструктивные (габаритные размеры, 7

коэффициенты сборности и взаимозаменяемости); показателисостава и структуры(про-центное содержание серы в примеси и ее концентрация в кислотах).
      Показатели надежности характеризуют свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
      Безотказность — это свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого периода времени или некоторой наработки, выражающееся в вероятности безотказной работы в средней наработке до отказа и интенсивности отказов.
      Ремонтопригодность — это свойство изделия, заключающееся в возможности предупредить, обнаружить и устранить причины возникновения отказов и повреждений, а также устранить их последствия путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
      Единичными показателями ремонтопригодности является вероятность восстановления работоспособного состояния и среднее время восстановления.
      Восстановление работоспособности изделия характеризуется средним временем восстановления заданного значения показателя качества и уровнем восстановления.
      Сохраняемость — свойство продукции сохранять исправное и работоспособное, пригодное к потреблению состояние в течение хранения и транспортирования и далее. Единичными показателями сохраняемости могут быть средний срок сохраняемости и назначенного хранения.
      Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Единичными показателями долговечности являются средний ресурс, средний срок службы.
      Понятие «ресурс» применяется при оценке долговечности применительно к наработке изделия, а «срок службы» — при оценке долговечности применительно к календарному времени.
      Эргономические показатели, характеризующие систему «человек — изделие — среда использования» и учитывающие комплекс гигиенических, антропометрических, физиологических, психологических свойств человека, делятся на следующие группы:
         •  гигиенические (освещенность, температура, излучение, вибрация, шум);
         •  антропометрические (соответствие конструкции изделия размеру и форме тела человека, распределению его веса);
         •  физиологические (соответствие конструкции изделия силовым и скоростным возможностям человека);
         •  психологические (соответствие изделия возможностям восприятия и переработки информации человеком).
      Показатели экономичности определяют совершенство изделия по уровню затрат материальных, топливно-энергетических и трудовых ресурсов на его производство и эксплуатацию (потребление). Это в первую очередь себестоимость, цена покупки и цена потребления, рентабельность и т. д.
      Эстетические показатели характеризуют информационно-художественную выразительность изделия (оригинальность, стилевое соответствие, соответствие моде), рациональность формы (соответствие формы назначению, конструктивному решению, особенностям технологии изготовления и применяемым материалам), целостность композиции (пластичность, упорядоченность графических изобразительных элементов).
      Показатели технологичности имеют отношение к таким свойствам конструкции изделия, которые определяют его приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации, восстановлении заданных значений показателей качества. Они являются определяющими для показателей экономичности. Единичные показатели технологичности — удельная трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость изготовления и эксплуатации изделия, длительность цикла технического обслуживания и ремонтов и др.
      Показатели стандартизации и унификации характеризуют насыщенность изделия стандартными, унифицированными и оригинальными составными частями, каковыми являются входящие в него детали, узлы, агрегаты, комплекты и комплексы. К данной группе 8

относятся: коэффициент применяемости, коэффициент повторяемости, коэффициент унификации изделия или группы изделий.
      Патентно-правовые показатели характеризуют приоритетность решения технической проблемы, патентную чистоту технических решений, использованных в изделии, степень их патентной защиты, определяющую конкурентоспособность изделия на внутреннем и внешнем рынке.
      Экологические показатели определяют уровень вредных воздействий на окружающую среду в процессе эксплуатации или потребления изделия. К ним относятся: содержание вредных примесей, выбрасываемых в окружающую среду; вероятность выброса вредных частиц, газов и излучений, уровень которого превышает предельно допустимую концентрацию.
      Показатели безопасности характеризуют особенности продукции, обуславливающие при ее использовании безопасность человека (обслуживающего персонала) и других объектов. Они должны отражать требования к мерам и средствам защиты человека в условиях аварийной ситуации, не санкционированной и не предусмотренной правилами эксплуатации в зоне возможной опасности.
      Определяющий показатель качества может быть единичным (или) комплексным (обобщающим). Обобщающий показатель— это средняя величина, учитывающая количественные оценки основных свойств продукции при их коэффициенте весомости.
      Оптимальным значением показателя качества продукции является такое, при котором достигается наибольший полезный эффект от эксплуатации (потребления) продукции при заданных затратах на ее создание и эксплуатацию (потребление).
      Представленные и рассмотренные выше показатели качества могут быть использованы в основном для оценки продукции производственного назначения. Им аналогичны показатели качества предметов потребления, однако они должны учитывать специфику назначения и использования этих предметов.
      Например, для оценки качества домашних электрических холодильников используются следующие показатели:
         •  функциональные показатели (объем холодильной и морозильной камер, номинальная температура последней);
         •  эстетические и эргономические показатели (внешний вид — дизайн, форма; удобство пользования камерами, дверцами);
         •  показатели экономичности (удельное потребление энергии на единицу массы продукта, средние межремонтные сроки, средние потери от производимых ремонтов) и др.
      Мировой опыт управления качеством был сконцентрирован в пакете международных стандартов ИСО 9000-9004, принятых Международной организацией по стандартизации.
      Должны быть предусмотрены методы проверки соответствия состава работающего оборудования в соответствии с его назначением для изготовления требуемых видов готовой продукции.
      Готовая продукция — это может быть производственное оборудование и изготовленные детали, станки либо предметы для широкого потребления населением, например, швейные машины, автомобили и др. — проверяется на соответствие требованиям, которые изложены в технической документации.
      Методы проверки качества готовой продукции могут быть приведены в технической документации, т. е. в чертежах, технических условиях, стандартах или других нормативных документах, в т. ч. ГОСТ Р 15.201-2000, ГОСТ 16.504-81 и др.
      Результаты, полученные в результате испытаний собранной машины и измерения показателей качества обработанных деталей в соответствии с программой и методикой испытаний (ГОСТ 19.105-78), дают основание для формирования выводов о степени соответствия изготовленной машины или изделия предъявляемым требованиям к качеству изготовления в соответствии с ГОСТР 15.201-2000, техническим заданием или другим документом,

9

согласованным с заказчиком, или к качеству обработанных деталей-образцов, в случае, если изготовлен и испытывается металлорежущий станок.
      В целом качество продукции машиностроения должно быть таким, чтобы обеспечить жизнеспособность человеческого общества и всего живого на земле и в космосе.

    1.4.          Организация рабочего процесса для обеспечения качества выпускаемой продукции

      Производственный процесс — это совокупность совместных действий специалистов предприятия различного профиля, оборудования и средств производства, в результате которых исходные материалы и полуфабрикаты превращаются в готовую продукцию (изделие).
      Производственный процесс машиностроительного предприятия заключается:
         •  в подборе и расстановке компетентных специалистов по всем стадиям производственного процесса;
         •  в конструкторской и в технологической подготовке производства;
         •  в техническом обеспечении работы производственного оборудования, в том числе металлорежущих станков и др. оборудования,
         •  в организации обслуживания рабочих мест,
         •  в получении и хранении материалов, полуфабрикатов и комплектующих;
         •  в изготовлении деталей и сборки из них изделий, которые завершаются техническим контролем, сборкой и испытаниями готовой продукции (машин, станков), консервацией и сдачей их на склад готовой продукции.
      Конструкторская подготовка производства заключается в том, чтобы в разработанной новой конструкции продукции были учтены производственные возможности по ее изготовлению, чтобы она отвечала современным требованиям технического прогресса, требованиям потребителя и была конкурентоспособной.
      Технологическая подготовка производства заключается в том, чтобы обеспечить изготовление продукции в соответствии с согласованными требованиями к ее качеству и техническому уровню.
      Производственный процесс состоит из основных (изготовление и сборка изделий) и вспомогательных (изготовление и заточка инструмента, изготовление оснастки и приспособлений, ремонт станков, внутризаводское хранение и транспортирование и т. д.) процессов.
      Производственный процесс заключается в выполнении следующих работ:
         •  техническое обеспечение работы станков,
         •  организация и обслуживание рабочих мест,
         •  получение и хранение материалов и полуфабрикатов,
         •  изготовление деталей и сборка изделий,
         •  технический контроль в процессе изготовления,
         •  проведение испытаний готовых изделий,
         •  консервация и сдача на склад готовой продукции.
      В зависимости от масштаба производимой продукции различают единичное, серийное и массовое производство.
      В условиях единичного производства на каждом станке обрабатывают штучные детали, отличающиеся большим разнообразием форм, размеров, массы, материалов и т. д. В единичном производстве применяют универсальные станки, приспособления и инструмент; квалификация рабочих в таком производстве наиболее высокая по сравнению с квалификацией рабочих в серийном и массовом производстве.
      В условиях серийного производства обработку заготовок деталей на станках производят повторяющимися партиями (или сериями). За каждым рабочим местом закрепляется несколько повторяющихся операций. В таком производстве наряду с универсальным оборудованием применяют оборудование, специализированное на выполнении определенных (одной

10