Управление качеством машин и технологий


А. И. Вальтер







                УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ МАШИН И ТЕХНОЛОГИЙ




Учебник








Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020

УДК 658.562:621
ББК 65.291.82:34.4
     В16




Рецензент:
д-р техн. наук, проф., акад. РАЕН Сладкое В. Ю.









       Вальтер, А. И.
В16       Управление качеством машин и технологий : учебник / А. И. Вальтер.        Москва; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 248 с.: ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0415-0





      Освещены общие вопросы управления качеством при проектировании, производстве и эксплуатации машин. Раскрыты особенности сертификации продукции в соответствии с существующими международными и отечественными нормативными документами. Предложена методика технико-экономического анализа технологических процессов, обеспечивающих заданное качество изделий.
      Для студентов и аспирантов машиностроительных специальностей. Издание может быть полезно инженерно-техническим работникам, занимающимся проблемами качества и сертификации продукции на промышленных предприятиях.

                                                         УДК658.562:621
                                                         ББК 65.291.82:34.4





ISBN 978-5-9729-0415-0     © Вальтер А. И., 2020
                            © Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

ВВЕДЕНИЕ
      Применение методов математической статистики - эффективный путь в повышении качества выпускаемой продукции. Не случайно многие ведущие зарубежные фирмы, особенно японские, уделяют огромное внимание обучению персонала статистическим методам управления и контроля, рассматривая эти методы как надежный инструмент, помогающий обеспечить выпуск высококачественной и конкурентоспособной продукции.
      Академия проблем качества РФ в течение многих лет проводит в жизнь идею организации системы профессионального непрерывного образования и подготовки научных кадров в области качества. Основу этой системы должен составить уникальный отечественный опыт, накопленный за многие годы. Актуальной в связи с этим является проблема создания учебно-методической литературы. Предлагаемым учебником автор стремился частично восполнить этот пробел.
      В книге сделана попытка обобщить накопленный автором многолетний опыт применения статистических методов, в основе которых лежат методические разработки наших ученых. Приводятся примеры решения различных задач, взятые из опыта автора, связанные с управлением качеством в автоматизированном производстве.
      В первой главе даются основные характеристики качества машин, приведены методы определения единичных показателей качества, основные принципы разработки системы управления качеством на основе стандартов ИСО серии 9000.
      Во второй главе приведены основы сертификации, основные стандарты ISO серии 9000, показан регламент процедур для проведения внутреннего и внешнего аудита, порядок сертификации продукции на основе российского законодательства, методы автоматизации менеджмента качества.
      В третьей главе рассмотрены вопросы формирования качества машин при технологической подготовке производства и взаимосвязь качественной и количественной оценок технологичности конструкции, а также алгоритм мероприятий по обеспечению технологичности конструкции.
      В четвертой главе приведена схема обобщенного процесса проектирования технологических процессов обработки деталей машин, показан механизм влияния технологической наследственности на формирование финишных показателей качества.
      В пятой главе показаны методы обеспечения и повышения качества литья при проектировании технологии на примере выбора способов плавки и заливки металла, обеспечивающих заданное качество.
      В шестой главе приводятся мероприятия по обеспечению требуемого качества изготовления поковок методами ОМД при проектировании технологии их изготовления.
      В седьмой главе представлены основные методы расчета основных показателей качества, безотказности и долговечности объекта, с использованием

3

методов статистической теории надежности, показаны физические предпосылки и типовые модели отказов элементов машин. На основе вероятностного подхода дан анализ методов прогнозирования показателей надежности.
      В восьмой главе представлены основы технико-экономического анализа технологического процесса при обеспечении заданного качества изделий, приведены виды и расчет критериев оптимизации.
      Учебник будет полезен инженерно-техническим работникам, занимающимся внедрением статистических методов управления качеством в производство.
      Студентам и аспирантам технических специальностей книга может оказать существенную помощь при подготовке выпускных квалификационных работ и диссертаций.

4

ГЛАВА 1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА МАШИН ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ


1.1. Причины выхода из строя машин и оборудования

      Качество машин и оборудования в реальных условиях зависит от соблюдения правил их эксплуатации, своевременного и качественного проведения технического обслуживания с применением диагностических мероприятий, квалификации обслуживающего персонала, окружающей среды и других факторов.
      При соблюдении правил технической эксплуатации снижение надежности машин и оборудования происходит главным образом из-за неравномерности силовых и температурных режимов эксплуатации.
      Существенное влияние на надежность машин и оборудования, работающих в различных климатических условиях, оказывает окружающая среда. Например, запуск двигателя без предварительного подогрева охлаждающей жидкости и масла при температуре ниже 5 °С значительно увеличивает изнашиваемость деталей и их сопряжений [6].
      Основной причиной выхода из строя машин и механизмов (85-90 %) является изношенность их деталей. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машин в несколько раз превышают их стоимость. Это приводит к тому, что в сфере ремонта и изготовления запасных частей заняты 7 млн чел., 1/3 станочного парка страны и более 1/5 выплавляемого металла.
      Кроме того, существуют большие экономические потери, обусловленные повышенным трением в узлах машин и механизмов. Более половины топлива, потребляемого конвейером, расходуется на преодоление сил трения. Так, в текстильном производстве на преодоление сил трения затрачивается около 80 % потребляемой энергии. Существует лишь один путь снижения этих потерь -повысить износостойкость подвижных соединений машин и механизмов с одновременным снижением сил трения.
      Анализ результатов обследований многих предприятий позволил определить основные организационные и технические причины снижения качества подвижных соединений.

1.2. Показатели качества машин

      Показатель качества машины - это количественная оценка одного или нескольких ее свойств, рассматриваемая применительно к определенным условиям создания и эксплуатации данной машины (ГОСТ 15467-79). Для оценки качества машин применяют единичные и комплексные показатели.
      Наибольшее применение в машиностроении получили единичные показатели, которые подразделяют на эксплуатационные и производственно-технические. К группе эксплуатационных относятся показатели назначения, надежности, эргономики и эстетики.


5

     Показатели назначения характеризуют степень соответствия машины ее целевому назначению - мощность, производительность, КПД и др.
     Одним из важнейших обобщающих свойств машины является надежность.
     Надежность - свойство объекта сохранять в течение определенного времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции при заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. К параметрам, характеризующим способность выполнять требуемые функции, относят кинематические и динамические параметры, параметры прочности, точности функционирования, производительности, скорости [8].
     Являясь комплексным свойством, надежность в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств.
     Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени.
     Показателями безотказности являются: вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа, средняя наработка на отказ, интенсивность отказов и др.
     Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
     Показателями долговечности являются: ресурс, средний срок службы, срок службы до первого капитального ремонта, межремонтный срок службы, срок службы до списания.
     Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в его способности поддерживать и восстанавливать работоспособное состояние путем технического обслуживания и ремонта.
     К показателям ремонтопригодности относят: вероятность и среднее время восстановления, удельную и среднюю трудоемкость технического обслуживания и ремонта.
     Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение хранения или транспортирования и после них.
     Показателями сохраняемости являются гамма-процентный срок сохраняемости, средний процентный срок сохраняемости и др.
     Эргономические показатели характеризуют машину в системе «человек -машина» и учитывают ее приспособляемость к антропометрическим, биомеханическим, физиологическим и инженерно-психологическим свойствам человека, проявляющимся в производственных процессах.
     Соответствие машины требованиям технической эстетики характеризуется следующими показателями:
       - композиционной целостностью формы (внешняя гармония формы, целостность композиции, соответствие современному стилю);

6

       - функциональной целесообразностью формы (соответствие формы изделия и его отдельных элементов конкретному назначению, приспособленность формы к выполняемой функции);
       - качеством наружной поверхности (качество выполнения соединений, прочность и качество декоративного покрытия);
       - качеством внутренней отделки, качеством надписей, указателей и др.
      Расходы на эксплуатацию машины являются единовременными затратами эксплуатационников. Они включают цену машины, а также издержки на ее транспортирование к месту установки, монтаж и наладку.
      Затраты на изготовление единицы продукции, или стоимость работы, выполненной с помощью данной машины, являются суммой издержек (заработная плата персонала, стоимость электроэнергии, сумма амортизационных отчислений и другие эксплуатационные расходы), отнесенных к единице продукции или работы.
      Прочие экономические показатели используют в зависимости от требований, которые предъявляются к новой машине. Наиболее часто применяют производственную мощность и производительность, которые могут существенно меняться в процессе внедрения машины. Эти показатели применяются дополнительно к сумме капиталовложений эксплуатационников и себестоимости единицы продукции.
      Производственно-технологические показатели характеризуют затраты общественного труда на производство единицы продукции и свидетельствуют о степени соответствия конструкции машины производственно-техническим условиям ее изготовления при заданном масштабе выпуска изделий.
      К показателям технологичности относятся: трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость, блочность (сборность), показатели конструктивной стандартизации и унификации [2].
      Трудоемкость определяет количество труда, затрачиваемого на изготовление единицы продукции (или выполнение единицы работы). Необходимо различать следующие виды трудоемкости: общую, структурную, удельную и относительную.
      Общая трудоемкость характеризует суммарные затраты труда на изготовление единицы продукции.
      С помощью структурной трудоемкости определяют затраты труда по профессиям или по цехам предприятия (например, токарей, литейщиков, сварщиков ит. д.).
      Удельную трудоемкость рассчитывают как отношение общей трудоемкости к одному из показателей назначения машины (например, к массе, к вместимости разливочного ковша, длине ленточного конвейера и т. д.).
      Относительной трудоемкостью является отношение трудоемкости проектируемого изделия к принятой для сравнения трудоемкости.
      Если, например, общая трудоемкость выпуска машины ранее составляла 1000 ч и это было наилучшим достижением для данной отрасли, а вновь осваиваемая машина с аналогичными показателями имеет проектную (или фактическую) трудоемкость 800 ч, то относительная трудоемкость будет равна 800/1000 = 0,8.

7

     С помощью материалоемкости определяют количество конструкционных материалов, необходимых для создания и применения машины с учетом ее конструктивных особенностей, проявляемых в сфере производства, эксплуатации и ремонта.
     Так же, как и трудоемкость, материалоемкость имеет следующие разновидности: общую, структурную, удельную и относительную.
     Общая материалоемкость характеризует суммарную затрату материалов на изделие, причем ее находят двумя способами: по общей массе машины (за вычетом массы комплектующих изделий) и по массе материалов, израсходованных на производство, эксплуатацию и ремонт, включая все виды отходов и потерь.
     Структурная материалоемкость характеризует затраты отдельных видов материалов: удельная - затраты материалов на один из показателей назначения машины, относительная рассчитывается по отношению к аналогичному показателю, принятому для сравнения.
     Энергоемкость характеризует затраты энергии на единицу продукции, выраженные в киловатт-часах, килограммах пара или других единицах. Показатели энергоемкости включают трудоемкость и материалоемкость. Однако они используются значительно реже.
     Блочность (сборность) изделия характеризует трудоемкость ее монтажа. Коэффициент блочности


ₖ ₌ Nсб■ с ₌ ₁ _ N-., N сб ■ О N сб ■ ₀


(1.1)

где   N сб■ с и Nc₆■ н - соответственно число унифицированных и неунифициро       ванных составных частей изделия,
       N сб ■ О = N сб ■ с + N сб ■ н;
       Nсб■ ₀ - общее число составных частей изделия.
     Сначала определяют Nсб. с - число унифицированных составных частей, записанных в разделах спецификации «Комплексы», «Сборочные единицы», «Стандартные изделия», «Комплекты». Затем устанавливают Nc₆. н по данным разделов «Детали», «Стандартные изделия» и др. Коэффициент блочности машин также можно определять по массе или стоимости ее элементов.
     Показатели стандартизации и унификации позволяют определить степень конструктивного единообразия проектируемой или изготавливаемой машины; они свидетельствуют о достижениях конструктора в применении минимально необходимого количества типоразмеров составных частей изделия (деталей, комплексов, комплектов и т. д.) в целях повышения эффективности производства.
     К числу важнейших показателей стандартизации и унификации относятся коэффициенты применяемости, повторяемости, насыщенности изделия, а также унификации группы изделий [6].

8

     Коэффициент применяемости

Kₙₚ

— ⁿ0 , n

(1-2)

где n - общее число типоразмеров составных частей изделия;
      по - число оригинальных типоразмеров.
     К оригинальным типоразмерам относятся составные части, спроектированные или разработанные впервые для данного изделия.
     Коэффициент повторяемости Кр характеризует среднее число составных частей, приходящееся на один типоразмер, и определяется по формуле

К = N

п

где N-общее число составных частей, входящих в данное изделие.
     Коэффициент насыщенности изделия повторяющимися составными частями Кн вычисляется по формуле



N - п

Кн

п

(1.3)


     Коэффициент унификации группы изделий Ку. г определяется следующим образом:
m
Е КnpiDiSi
Кугm,                              (1-4)
S
i=1

где m - число изделий в группе;
      Kₙₚᵢ - коэффициент применяемости для i-го изделия;
      Di - годовая программа для i-го изделия;
      Si - оптовая цена, а в отдельных случаях себестоимость i-го изделия.
     При отсутствии данных о цене или себестоимости изделий коэффициент унификации можно определить по одной из следующих упрощенных формул:


К

У-г

m
Е к:»
i=1
   m
Е Di
  i=1

     m
Е KnPᵢ
; Ку-г— m

(1.5)

9

      При определении всех рассмотренных показателей стандартизации и унификации необходимо выбрать степень детализации этих расчетов, которые могут выполняться для деталей или сборочных единиц. При этом расчеты не проводятся для простых деталей (болты, винты, шпильки и т.п.).
      Для определения единичных показателей качества машины используют следующие методы.
      Измерительный метод базируется на информации, получаемой с использованием средств измерений и контроля. С помощью этого метода получают значения таких показателей качества, как масса изделия, сила тока, скорость, частота вращения и др.
      Регистрационный метод осуществляется на основе наблюдения и подсчета числа определенных событий, предметов или затрат, например подсчета отказов изделия при испытаниях, числа дефектных изделий в партии.
      Расчетный метод действует на основе использования теоретических и эмпирических зависимостей показателей качества машины от ее параметров. Применяется в основном при проектировании продукции. Позволяет также установить зависимости между отдельными показателями качества. Служит для определения массы изделия, показателей его производительности (например, определение производительности станка по скорости и глубине резания, а также подачи).
      Органолептический метод связан с анализом восприятия органов чувств, например при контроле окраски машины, при проверке дефектов на обработанной поверхности и т.п. При его реализации возможно применение технических средств (лупа, микроскоп и т.п.), повышающих восприимчивость и разрешающие способности органов чувств.
      Экспертный метод работает на основе решения, принимаемого экспертами, например при оценке эстетической характеристики машины или прибора.
      Социологический метод осуществляется на основе сбора и анализа мнений фактических или возможных потребителей продукции.
      При оценке качества продукции применяют обычно в сочетании несколько методов, используемых также для технического контроля продукции в ее производстве.
      Экспертный метод оценки качества осуществляется экспертной группой высококлассных специалистов, которые оценивают общее качество изделия или его отдельные параметры по балльной системе.
      Показатель качества продукции определяют как среднее арифметическое значение оценок, проставленных каждым экспертом.
      Комплексные показатели характеризуют качество машины по совокупности ее нескольких простых свойств или по одному сложному свойству, состоящему из нескольких простых. Комплексные показатели часто находят методом среднего взвешенного (арифметического, геометрического и т.п.).
      Примером комплексного показателя, определенного методом среднего взвешенного (арифметического), может служить показатель

10