Показатели технического уровня оборудования

Под техническим уровнем оборудования понимается совокупность показателей, характеризующих его соответствие современным достижениям науки и техники и определяющих степень пригодности оборудования по назначению.

В соответствии с ГОСТ 22851–77 и Методическими указаниями РД-50-149–79 для оценки технического уровня оборудования применяют следующие группы показателей: назначения, надежности, эргономические, эстетические, технологичности, унификации, патентно-правовые, экологические, безопасности и экономические.

Показатели назначения характеризуют свойства оборудования, определяющие основные функции, для выполнения которых оно предназначено, и обусловливают область его применения. К ним относятся: классификационные показатели; показатели функциональной и технической эффективности; показатели состава и структуры.

Классификационные показатели характеризуют принадлежность оборудования к определенной классификационной группе и дают представление о его основных параметрах. К ним относятся название и назначение машины, техническая характеристика (размеры обрабатываемых заготовок и получаемых деталей, скорость подачи, установленные мощности, частота вращения и диаметр режущего инструмента, габаритные размеры и т. д.).

Показатели функциональной и технической эффективности характеризуют полезный эффект от эксплуатации оборудования и прогрессивность технических решений, заложенных в него. Наиболее важными показателями являются следующие.

1. Производительность машин, выражающая количество продукта, вырабатываемого на них в единицу времени (шт./ч, м³/ч, м²/ч). При обработке единицы продукции затрачивается время на выполнение основных и вспомогательных операций, которые составляют цикл обработки. Кроме того, имеются внецикловые затраты времени на наладку, уборку, регламентированный отдых рабочего и т. д. Следовательно, калькуляционное время , мин, учитывающее все виды затрат времени на одно изделие,

, (1)

Поскольку внецикловые потери могут совпадать с цикловым временем,

, (2)

где – коэффициент совпадения внецикловых потерь с цикловым временем.

Различают технологическую, цикловую и фактическую производительность. Технологической (идеальной, фиктивной) называется производительность машины при непрерывной работе, т. е. без потерь времени на вспомогательные операции. На самом деле каждая машина теряет часть времени на вспомогательные и внецикловые операции, так что этот показатель фиктивный и нужен для оценки или сравнения схем и моделей машины по основному показателю – технологичности обработки на машине:

, (3)

где – время на рабочие ходы, т. е. непосредственно на обработку (резание, сборку, отделку и т. д.).

Цикловой (конструктивной) называется производительность без учета внецикловых потерь. Она характеризует конструктивное совершенство станка:

, (4)

где	–	время цикла обработки;
	–	время на холостые ходы при обработке, например на загрузку, закрепление, открепление и съем детали или режущего инструмента и т. д.;
	–	коэффициент степени совмещения времени холостого и рабочего ходов.

Фактической называется производительность с учетом всех видов затрат времени. Она дает представление о производительности станка в реальных условиях производства:

, (5)

где	–	время всех внецикловых операций, приходящихся на одну деталь, включая время технического и организационного обслуживания и время перерывов на обед;
	–	коэффициент степени совмещения вне­цикловых операций с цикловыми.

Отношение цикловой производительности к технологической называется коэффициентом производи­тельности

, (6)

Отношение фактической производительности к цикловой называется коэффициентом использования станка

, (7)

Значения и берут из справочников или подсчитывают по формулам (6) и (7) по факти­ческим значениям t_Р, t_Ц и t_ВЦ.

Фактическая производительность машины за рабочую смену выражается формулами:

– для проходных машин

, (8)

– для цикловых машин

, (9)

где – число деталей, обработанных за цикл, шт.;

– для роторных машин

, (10)

где n – частота вращения ротора, мин^–1.

2. Точность и стабильность обработки. Качество обработки деталей характеризуется точностью их изготовления и шероховатостью обработанной поверхности. Шероховатость обработанной поверхности зависит от вида резания, подачи на резец, скорости резания, остроты резцов.

Точность любого параметра детали является результатом действия множества различных факторов, относящихся к станку, инструменту, обрабатываемой заготовке, режиму, средствам измерений и т. д. Размер детали можно рассматривать как случайную величину x, которая зависит от систематических и случайных погрешностей.

Точность, с которой детали обрабатываются на станке в данный фиксированный момент, называется технологической. Она характеризуется величиной фактической погрешности размеров и формы по сравнению с заданными на чертежах. Технологическая точность должна обеспечить установленный уровень взаимоза­меняемости деталей при сборке, заданную точность изделия и экономическую эффективность обработки. На чертежах указывают допустимые погрешности d, называемые допусками. По системе допусков и посадок (по стандарту СТ СЭВ 145–75) допуском называется разность между наибольшим х_в и наименьшим х_н предельными размерами (d=х_в–х_н). Номинальным называется размер, относительно которого опре­деляются предельные размеры. Совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для всех номинальных размеров, называется квалитетом. ГОСТ 6449–82 для деревообработки предусматривает девять квалитетов: 10; 11; ...; 18 (в порядке возрастания допусков и уменьшения точности), допуски на которые обозначаются соответственно IТ10, IТ11, ...,IТ18.

Рассеивание размеров при обработке заготовок из древесины носит случайный характер и соответствует нормальному распределению.

Технологическую точность определяют по результатам обработки на станке выборки из случайно отобранных деталей в количестве 10…50 шт. (ГОСТ 1647–70). Выборка такого объема позволяет определить совместное влияние случайных и систематических погрешностей контролируемого параметра точности.

Значения технологической точности используют для оценки технического уровня и состояния оборудования, а также для его размерной настройки.

Целью размерной настройки является повышение процента полезного выхода деталей, удовлетворяющих задан­ным требованиям по точности. Существуют три основных метода размерной настройки: ста­тическая; обработка пробных деталей; статическая с контро­лем по пробным деталям (комбинированный).

Статическая настройка осуществляется с помощью этало­нов, предельных калибров, универсальных измерительных ин­струментов или настроечных механизмов, предусмотренных в системе станка. При настройке методом пробных деталей на станке обрабатывают 3...5 деталей.

Технологическая точность характеризует работу оборудова­ния в фиксированные моменты времени. При эксплуатации в результате ряда процессов (износ режущего инструмента, разрегулировка станка, температурные деформации и др.) про­исходит смещение параметров точности оборудования.

Для прогнозирования работы оборудования и управления технологическим процессом важно знать изменение точности во времени. Свойство технологического процесса сохранять пока­затели точности в заданных пределах в течение некоторого времени называется стабильностью технологического про­цесса.

В качестве показателя стабильности принята вероятность выполнения задания по каждому параметру точности изготов­ляемой продукции.

Анализ технологической стабильности станка проводят ме­тодом мгновенных выборок (ГОСТ 15395–77).

3. Геометрической точностью называется точность изготовления машины. Существуют стандартные виды испытаний станков на геометрическую точность, при которых проверяется точность изготовления отдельных элементов машины: прямолинейность или плоскостность направляющих или поверхностей столов, точность вращения шпинделей – радиальное и осевое биение, точность ходового винта и др., правильность взаимного положения и движения узлов и элементов машины, параллельность или перпендикулярность основных направляющих или поверхностей стола и осей шпинделей, соосность или параллельность шпинделей, смещение валов или суппортов в зазорах опор и направляющих.

Проверку геометрической точности машин проводят по нормам ГОСТа, которые приводятся в техническом паспорте на оборудование.

4. Жесткостью называется способность машины или ее элементов оказывать сопротивление деформи­рующему действию внешних сил. При определении статической жесткости проводится нагружение нерабо­тающего станка (механизма, узла, детали) статической силой и измерение перемещения элемента станка в направлении действия вектора силы.

Технологическая система станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД) представляет собой упругую систему, деформации которой под действием сил, возникающих при обработке, вызывают погрешности обработки. Поэтому придание механизмам машины достаточной жесткости и сохранение ее в процессе эксплуатации машины является гарантией обеспечения технологической точности.

Жесткость серийно выпускаемых машин должна нормироваться техническими условиями или ГОСТами.

Динамическая жесткость определяется для работающего станка и в значительно большей степени отражает реальную способность механизма (узла, детали) оказывать сопротивление деформирующему действию внешних сил, возникающих в процессе обработки. При этом силы могут иметь как статический, так и динамический характер, обусловленный процессом резания и инерционными нагрузками от неуравновешенных вращающихся масс.

Показатели надежности. Основные понятия и определение теории надежности регламентированы ГОСТ 27.002–83. Надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения, транспортировки.

Состояние, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации называется работоспособным. Если хотя бы один из этих параметров не соответствует требованиям документации, наступает событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния машины, которое называется отказом.

Оборудование может потерять работоспособность в двух случаях: когда его узлы перестают функционировать или когда оно в процессе работы не обеспечивает требуемые параметры в заданных пределах (технологическую и геометрическую точность, равномерность перемещений и т. д.). В связи с этим различаются отказы элементов и параметрические отказы.

Отказы элементов. Отказы элементов являются явными и обнаруживаются обычным наблюдением. Это поломки, пластические деформации и разрушение контактирующих поверхностей, которые сопровождаются остановкой машины. Они легко обнаруживаются в общем потоке отказов. Различают внезапные и постепенные отказы элементов. Внезапные отказы возникают как следствие перегрузок, связанных с неизбежными случайными колебаниями внешних условий и флуктуациями взаимодействия элементов. Постепенные отказы элементов машины происходят в результате накапливания износных, или усталостных повреждений. В результате потери начальной прочности происходит поломка или пластическое деформирование детали.

Наиболее типичная для реальных машин схема возникновения отказа – в результате действия нескольких причин, например, нагрузки стационарного случайного процесса при уменьшающемся вследствие износа предельно допустимом уровне нагружения.

Параметрические отказы приводят к такому состоянию машины, при котором она не обеспечивает сохранение в допустимых пределах своих выходных характеристик. При этом машина продолжает функционировать. Такой отказ простым наблюдением за работой машины выявить практически невозможно. Для его обнаружения требуется провести специальные работы по определению численных значений выходных параметров станка. Если момент появления отказа не был зафиксирован, дальнейшая эксплуатация неисправного станка может нанести значительный экономический урон вследствие выпуска некачественной продукции. Поэтому большое значение имеет информация о границах работоспособности машины и динамике изменения выходных параметров, которые и являются определяющими при анализе параметрических отказов. Параметрические отказы носят обычно постепенный характер и подразделяются на отказы по технологическим и функциональным параметрам.

К технологическим относятся отказы по критериям точности обработки, шероховатости поверхности, качеству отделки и т. д. Отказ наступает в тот момент, когда численное значение критерия превышает его регламентированную ГОСТом величину.

Появлению технологического отказа предшествует процесс ухудшения параметров технического состояния станка и при выходе какого-либо одного или нескольких из них за предельные значения, регламентируемые ГОСТом и ТУ, наступает отказ по функциональному параметру.

Надежность – сложное свойство, которое в зависимости от назначения машины и условий ее применения представляет собой сочетание свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность – свойство машины непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки (продолжительности или объема работы машины).

Долговечность – свойство машины сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность – свойство, характеризующее приспособленность машины к предупреждению и обнаружению отказов и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость – способность объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта, осуществляется с помощью единичных или комплексных показателей надежности. Их оценку приводят статистическими методами.

Для оценки безотказности чаще всего служит наработка на отказ.

Другим показателем безотказности является вероятность безотказной работы Р(t), или, как его часто называют, коэффициент надежности. Он характеризует вероятность того, что в заданном интервале времени не возникает отказа машины.

Долговечность оценивают по следующим показателям. Средний ресурс T_р – математическое ожидание ресурса или средняя наработка от начала эксплуатации до предельного состояния. Для большинства деревообрабатывающего оборудования такое состояние определяется выходом за пределы норм точности, регламентированных ТУ по основным проверкам, определяющим технологическую точность.

Средний срок службы Т_c – математическое ожидание срока службы, т. е. наработка от ввода совокупности машин данного типа в эксплуатацию до окончательного снятия с эксплуатации (капитального ремонта).

Ремонтопригодность оценивается средним временем восстановления работоспособного состояния Т_в – математическим ожиданием времени восстановления работоспособного состояния машины после отказа:

Сохраняемость характеризуется средним сроком сохраняемости Т_сх – математическим ожиданием срока сохраняемости совокупности машин данного типа:

Показатели технологичности. Эти показатели характеризуют свойства продукции, обусловливающие оптимальное распределение затрат материалов, средств, труда и времени при технологической подготовке производства, изготовлении и эксплуатации продукции. К числу основных показателей этой группы относят показатели трудоемкости, материалоемкости и себестоимости.

Показатели унификации. Эти показатели характеризуют насыщенность машины стандартными, унифицированными и оригинальными составными частями, а также уровень унификации с другими машинами. К ним относят: коэффициент повторяемости, коэффициент изменяемости и коэффициент унификации.

Патентно-правовые показатели. Группа патентно-правовых показателей подразделяется на подгруппы показателей патентной защиты и патентной чистоты. Первые показатели выражают степень защиты машины авторскими свидетельствами в РФ и патентами в странах предполагаемого экспорта или продажи лицензий на отечественные изобретения.

Показатель патентной чистоты выражает степень воплощения в машине, предназначенной для реализации только внутри страны, технических решений, не попадающих под действие выданных в РФ патентов исключительного права, а для машины, предназначенной для реализации и за рубежом, технических решений, не попадающих также под действие патентов, выданных в странах предполагаемого экспорта. Он позволяет судить о возможности беспрепятственной реализации машин в РФ и за рубежом.

Экологические показателихарактеризуют уровень вредных воздействий на окружающую среду, возникающих при эксплуатации или потреблении машин. Для обоснования необходимости учета этих показателей проводится анализ процессов эксплуатации машины с целью выявления возможных химических, механических, звуковых, биологических и других воздействий на окружающую природную среду. К экологическим показателям относятся: содержание вредных примесей или пыли, выбрасываемых в окружающую среду; вероятность вредного излучения и т. д.

При выборе экологических показателей надо исходить из стандартов, рекомендаций, правил международных организаций, занимающихся вопросами охраны природы, системой государственных стандартов в области охраны природы и др.

Показатели безопасности характеризуют особенности машины, обусловливающие при ее эксплуатации или потреблении безопасность обслуживающего персонала. Помимо этого показатели безопасности должны отражать требования, обусловливающие меры и средства защиты человека в условиях аварийной ситуации, не санкционированной и не предусмотренной правилами эксплуатации в зоне возможной опасности. Примерами показателей безопасности могут служить: вероятность безопасной работы человека в течение определенного времени; время срабатывания защитных устройств; сопротивление изоляции токоведущих частей, с которыми возможно соприкосновение человека; наличие блокирующих устройств или аварийной сигнализации и т. д.

При выборе показателей безопасности необходимо руководствоваться системой государственных стандартов по безопасности труда; правилами и нормами по технике безопасности, пожарной безопасности, производственной санитарии; стандартами, рекомендациями, требованиями ИСО и др.

Экономические показатели представляют собой особую группу показателей, характеризующих затраты на разработку, изготовление и эксплуатацию машины. К ним относятся себестоимость изготовления продукции, эффективность окупаемости капитальных затрат, рентабельность.