Токарев А.Н. Основы теории надёжности и диагностика. Учебник

Подождите немного. Документ загружается.

А.Н. Токарев

Основы теории

надёжности и диагностика

Учебник

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

А.Н. Токарев

Основы теории

надёжности и диагностика

Утверждено

Научно-методическим советом

Алтайского государственного технического университета

им. И.И. Ползунова в качестве учебника для студентов,

обучающихся по направлению «Транспортные средства»

Изд-во АлтГТУ

Барнаул 2008

УДК 629.113.004

ББК

Токарев А.Н.

Основы теории надёжности и диагностика: Учебник для

студентов автотранспортных специальностей./ Барнаул: Изд.

АлтГТУ, 2008. – 168 с.

ISBN …………….

В учебнике собраны и систематизированы материалы по основам

теории надёжности и диагностики. Изложены основные теоретические

положения количественной оценки показателей надёжности машин.

Описаны основные пути повышения надёжности машин на стадиях

проектирования и изготовления, а также поддержания надёжности

транспортных машин в период их эксплуатации. Рассмотрены основные

положения параметрической надёжности машин. Приведены основные

теоретические

положения технической диагностики машин и

прогнозирования их технического состояния. Приведены примеры

применения теории надёжности и диагностики при решении задач

технической эксплуатации транспортных машин.

Учебник предназначен для студентов технических вузов

автотранспортных специальностей: 190601 – Автомобили и

автомобильное хозяйство; 190603 – Сервис транспортных и

технологических машин и оборудования; 190702 – Организация и

безопасность движения. Учебник может быть полезен

аспирантам,

слушателям факультета повышения квалификации инженерно-

технических работников.

Рецензенты:

В.А. Завора, к.т.н., профессор кафедры «Эксплуатация машинно-

тракторного парка» АГАУ; В.С. Попович, д.т.н., профессор

кафедры «Прикладная механика» АлтГТУ

Утверждено Научно-методическим советом Алтайского

государственного технического университета им. И.И.

Ползунова в качестве учебника для студентов, обучающихся

по направлению «Транспортные средства».

Условные обозначения

P – вероятность отказа;

R – вероятность безотказной работы;

ℓ, L – наработка машины на отказ;

ℓi – наработка i-й машины на отказ;

ℓср, ℓ – средняя наработка на отказ;

f(ℓ) – плотность вероятности отказа;

λ(ℓ) – интенсивность отказов (для не восстанавливаемых

объектов);

ω(ℓ) – параметр потока отказа (для восстанавливаемых объектов);

N, n – число объектов наблюдений;

m – число

отказов;

П – параметр;

U – структурный параметр;

S – диагностический параметр;

Пн (Uн, Sн) – начальное значение параметра (структурного,

диагностического);

Ппд (Uпд, Sпд) – предельно-допустимое значение параметра

(структурного, диагностического);

Ппр (Uпр, Sпр) – предельное значение параметра (структурного,

диагностического).

Введение

Одной из важнейших проблем современного мира

является проблема качества продукции. Последние годы

отмечены беспрецедентным ростом внимания к проблемам

качества. Мировой опыт показывает, что научно-технический

прогресс во многих странах был определён прорывом именно в

области качества продукции. Страны, в которых качество

продукции и услуг высокое, являются развитыми и богатыми

, с

высокими уровнями качества жизни населения.

Сегодня качество продукции превратилось в новый

источник роста национального богатства любой страны. Не

случайно XXI век объявлен многими международными

организациями веком качества. Стабильно высокое качество

продукции – это главное в борьбе за место среди лидеров

мировых держав. Поэтому мы сможем обеспечить себе достойное

будущее и высокое

качество жизни лишь в том случае, если

продукция, выпускаемая нашими предприятиями, будет

качественной и конкурентоспособной.

Проблему повышения качества продукции (особенно

технической продукции) невозможно решить без решения

проблемы повышения надёжности выпускаемой продукции,

поскольку надёжность является основным, определяющим

свойством качества.

Проблема повышения надёжности продукции особенно

актуальна для транспортных машин. Эта проблема обостряется

по

мере усложнения конструкции самих транспортных машин,

автоматизации процессов их управления и регулирования,

повышения интенсивности режимов эксплуатации.

Так, например, на автомобильном транспорте скорость

движения автомобиля свыше 100 км. в час. считается уже

нормальной, а масса машины с грузом достигает десятки тонн.

Выход из строя транспортного средства такой массы при такой

скорости может

привести к очень тяжелым последствиям. И

единственный путь не допустить аварии при такой скорости, это

иметь высоконадёжный автомобиль.

Проблема повышения надёжности очень актуальна при

решении вопросов модернизации парка машин, при создании

конструкций нового поколения, при эксплуатации сложных

технических машин, какими являются транспортные средства.

При эксплуатации транспортных машин очень важно

также знать какой механизм машины, когда и как может выйти из

строя. Зная предполагаемое время выхода из строя механизма

машины можно предупредить его появление. Решением этих

задач занимается теория диагностики.

Учитывая вышеизложенное, будущим

инженерам по

транспортным средствам необходимо обладать знаниями и

умениями в области повышения и поддержания надёжности

транспортных машин при их создании, эксплуатации,

техническом обслуживании и ремонте.

При написании учебника по надёжности и диагностике

автор попытался систематизировать и описать имеющиеся

материалы по данному вопросу с точки зрения применения их к

транспортным машинам.

Глава 1 КАЧЕСТВО ПРОМЫШЛЕННОЙ

ПРОДУКЦИИ

Под качеством промышленной продукции понимается

совокупность свойств, определяющих степень пригодности

промышленной продукции к выполнению заданных функций при

использовании её по назначению.

Согласно стандарту СТ ИСО 8402-86, качество –

это совокупность свойств и характеристик изделия или услуги,

обеспечивающая удовлетворение обусловленных или предлагаемых

потребностей.

1.1 Этапы развития теории

качества.

Известно, что для того, чтобы лучше понять основы какой-

либо науки, необходимо ознакомиться с историей её развития.

Вопросам качества продукции уделяли внимание ещё

задолго до наших дней. Одним из первых исторических

документов, содержащих упоминание о проблемах качества,

является Кодекс Хаммураби (царь Вавилона, 1728-1686 гг. до н.э.),

в котором описывались

драконовские наказания строителям, если

построенное ими сооружение рушилось и ранило людей или

наносило повреждения: «…Если убивало господина, то строителя

постигала та же участь. Если смерть настигла сына господина, то

убивали так же сына строителя …».

Указ царя Петра I от 1 января 1723 г. также отличался

суровым наказанием: «…Повелеваю хозяина Тульской фабрики

Корнилу Белоглазова

бить кнутом и сослать на работу в

монастырь, понеже он, подлец, осмелился войску Государеву

продавать негодные пищали и фузеи. Старшину Флора Фукса бить

кнутом и сослать в Азов, пусть не ставит клеймо на плохие

ружья...».

Историю развития теории качества можно, условно,

разбить на несколько этапов.

Первый этап развития теории качества – это

этап

обращения внимания общества на проблемы качества.

Начало этапа – это время рождения ремесла. До

возникновения промышленности продукция создавалась

ремесленниками. В это время ремесленники сами стали уделять

внимание качеству продукции, т.к. у покупателей появился выбор

и они стали покупать лучшую продукцию, т.е. появились

элементы конкуренции.

Встал вопрос о качестве продукции. Появилась проблема

контроля качества продукции. Особенностью этого этапа является

то, что появились первые нормы качества, знаки на продукции

Первым знаком качества было клеймо ремесленника.

Конец этапа – появление промышленности.

Второй этап – этап становления теории качества.

Начался он с началом промышленного производства

продукции. Перед производством была поставлена задача:

выпускать «хорошую» продукцию. Специалисты стали думать, как

это сделать.

На этом этапе появились первые достижения в области

качества.

1. Так в 70-х годах

XIX в. на оружейных заводах Сэмюэля

Кольта был впервые применен принцип сборки изделия из

взаимозаменяемых деталей, а не из специально подогнанных друг

к другу деталей. Эти взаимозаменяемые детали проходили стадию

отбраковки и контроля, которую осуществляли специально

обученные контролеры.

2. В начале ХХ-го века Мартин Лепанд, основатель фирмы

«Кадиллак», применил в

автомобильном производстве работу по

калибрам и ввел понятия «проходной» и «непроходной» калибр.

3. В 1905 году Генри Форд разделил сложный цикл

изготовления автомобиля на короткие простые операции,

применив сборочный конвейер, следствием чего явилась

возможность использования неквалифицированной дешевой

рабочей силы. На этом этапе контроль качества заключался просто

в отделении плохого от хорошего. Причем

входной контроль

комплектующих на сборке был заменен выходным контролем на

тех производствах, где эти комплектующие изготавливались. В

результате на сборку поступали только годные детали. Г. Форд

также создал независимую службу технического контроля.

4. Фредерик Тейлор (1856-1915 гг.) одним из первых

разработал систему управления организацией производства и в

том числе систему управления качеством. В основу этой системы

заложено последовательное разделение труда в индустриальном

производстве. Используя опыт Г. Форда, весь технологический

процесс расчленялся на элементарные операции: закупки,

проектирование, производство, сбыт, а также планирование работ,

управление производством и контроль качества.

Производительность труда на предприятии при введении

системы Тейлора возрастала иногда

в три раза.

Недостатком системы Ф.Тейлора являлось то, что в

высоко-технологических отраслях численность контролеров стала

составлять до 30-40 % от численности производственных рабочих,

что сопровождалось ростом затрат на выпуск годной продукции. С

одной стороны повышалась эффективность производства, с другой

- снижалось качество продукции. Следовательно, на данном этапе

стало невозможным одновременно повышать

эффективность

производства и качество продукции.

Производственники стали задумываться, как обеспечить

качество продукции с одновременным повышением

эффективности производства.

Решению этой проблемы и был посвящён третий этап

развития качества.

Третий этап – этап развития и применения на практике

науки о качестве. На этом этапе появились следующие теории:

теория статистики; теория надёжности; теория планирования

эксперимента.

Основоположником теории статистики был Вальтер

Шухарт (1891 –1967 г.), который применил в начале 20-х годов

статистику в процессе контроля деталей. Статистические

методы стали использоваться для оценки годности деталей.

Появилось понятие – выборочный контроль.

Например, из партии объемом 1000 деталей выбирают 30

деталей и осуществляют контроль параметров. Если в

исследуемой выборке присутствует менее 3 % брака, то

вся партия

считается годной. В результате затраты на контроль сократились,

так как не нужно было проверять каждую деталь. Это привело к

повышению эффективности производства при достаточно высоком

качестве изделий.

Большой толчок в развитии и применения на практике

теории качества был дан в Японии. В 1950-54 гг. в Японии были

созданы программы по обеспечению качества; в 1954 г. - частично

математически обоснован принцип «Ноль дефектов».

В начале 60-х - всеобщий контроль и управление

качеством. В 60-е годы японские фирмы начали копировать

западные промышленные товары

(фотоаппараты, автомобили,

бытовую электронику, компьютеры). Но первые японские товары

имели качество значительно ниже, чем аналоги ведущих

европейских и американских фирм, и «японский вызов» потерпел

неудачу.

Однако в начале 80-х годов на западном рынке

заговорили о «японской угрозе», потому что японские товары

стали все более охотно находить потребителя. Япония вошла в

круг экономических гигантов. Её товары превзошли уровень

качества других стран. Они отличались разнообразием, низкой

ценой и большими поставками.

Применение Японией теории качества на практике

доказало, что можно одновременно повышать качество и

снижать затраты на производство.

Четвёртый этап. С середины 60-х годов начался новый

этап в развитии качества – этап планирования качества.

Этот этап

направлен на решение проблем удовлетворения потребителя. С

середины 80-х годов начинают разрабатываться и внедряться

стандарты качества:

− стандарты ИСО серии 9000 (международные стандарты);

− отечественная Комплексная система управления качеством

продукции (КС УКП).

Первые стандарты по обеспечению качества были

разработаны в 50-60-х годах в США в военной области. В 70-е

годы

появились первые вне отраслевые национальные стандарты

по управлению качеством, например, британский стандарт BS

4891 и канадский CSA-Z 299.

Международные стандарты ИСО семейства 9000

являются интернационально признанным руководством для

оформления системы качества. Они описывают эффективную