Эксплуатационные свойства машин и оценка качества

Цель эксплуатации машин – реализация, поддержание и восстановление качества. Рассмотрим основные понятия качества и его взаимосвязь с эксплуатацией техники.

Показатели качества эксплуатации машин – это свойства, характеризующие качество, или эксплуатационные свойства.

Для всесторонней оценки эффективности использования машины на стадии ее эксплуатации применяется необходимое и достаточное число свойств и их показателей, т.е. комплекс эксплуатационных свойств.

Установлено, что машины различных принципов действия, конструктивного исполнения и применения имеют различные комплексы эксплуатационных свойств. В каждом конкретном случае специалист, анализирующий эксплуатационные свойства машины, составляет соответствующий комплекс, используя методологию системного анализа.

Системный подход позволяет проводить анализ и синтез различных по природе и структуре эксплуатационных свойств машины, т.е. выявлять и оценивать степень влияния различных факторов на эффективность функционирования системы (например, машин).

Современный комплекс эксплуатационных свойств машин (рисунок.4), состоящий из пяти взаимосвязанных систем, обладающих прямыми и обратными связями, ориентирован на человеческий фактор. Поэтому на первый план в нем выходят социально значимые показатели качества. Такое положение в настоящее время закреплено законом РФ «О техническом регулировании» [67].

В таком комплексе отдельные эксплуатационные свойства характеризуются единичными показателями, которые объединяются в комплексные, групповые или обобщенные показатели системы и непосредственно влияют на интегральный показатель эффективности эксплуатации машины, представленные на рисунке 4.

Объединенные в первой системе социально значимые свойства машины оказывают влияние на жизнь, здоровье, эстетические потребности граждан, сохранность их имущества и окружающей среды.

Вторая система, характеризующая функциональное назначение машины, объединяет свойства, определяющие основные функции, которые обусловливают область ее применения.

Третья характеризует экономичность эксплуатации машины.

Четвертая, определяющая новые показатели сервиса, характеризует степень ответственности изготовителя перед потребителем машин.

Пятая включает в себя показатели эффективности машин, на которых базируется интегральный показатель качества.

Рассмотрим некоторые свойства представленных систем качества.

Безопасность машины – это эксплуатационное свойство, обеспечивающее устранение или сведение к минимуму последствий аварийных ситуаций при транспортировке, осуществлении рабочих процессов и техническом взаимодействии на машину.

Рисунок 4 – Комплекс эксплуатационных свойств машин

При несоответствии показателей этого свойства номинальным значениям или требованиям нормативных документов велика вероятность аварии, а следовательно, и угроза здоровью и жизни обслуживающего персонала, а также порчи имущества или сведения эффективности работы машины к нулю.

Оценка уровня безопасности машины представляет собой совокупность следующих процедур: выбор номенклатуры необходимых показателей; определение их значений для конкретной машины; составление полученных результатов со значениями, рекомендуемыми нормативными документами; формирование соответствующих выводов.

Различают показатели активной и пассивной безопасности. Соблюдение требований, предъявляемых к показателям активной безопасности, т.е. эффективности тормозной системы, органов управления, звуковой и световой сигнализации; состоянию гидро- и пневмосистем, систем доступа в кабину и к обслуживаемым сборочным единицам машин, необходимых цветовых знаков безопасности сигнальной окраски, а также к устройствам и приборам, предотвращающим опрокидывание и столкновение, обеспечивает малую вероятность возникновения аварийной ситуации.

Показатели же пассивной безопасности характеризуют наличие ремней и подушек безопасности, остекление кабины (наличие безосколочных стекол) и ее жесткость, а также эффективность защиты человека при опрокидывании машины и определяют возможность устранения последствий аварийной ситуации.

Выполнение требований обеспечения безопасности является важнейшим условием при обязательной сертификации машин.

Эргономические свойства определяют удобство и легкость управления машиной и влияют на общее состояние и работоспособность машиниста-оператора или водителя. Эргономичность можно рассматривать так же, как проявление совместимости в системе человек – техника.

Требования эргономики – это требования согласованности конструкции изделия с особенностями человеческого организма для обеспечения удобства пользования. Показатели эргономических свойств подразделяются на физиологические, психологические, антропометрические и гигиенические.

Физиологические показатели характеризуют соответствие машины силовым, скоростным, энергетическим, зрительным и слуховым возможностям машиниста-оператора или водителя.

Энергетические ресурсы организма человека расходуются на поддержание его физиологической активности и производительную работу, обеспечение физиологической активности, т.е. на кровообращение, дыхание, поддержание тела в необходимом положении, восприятие внешнего мира. В среднем за сутки человек расходует 8400 кДж (медицинская норма в сутки составляет 2344,80 ккал или 9848,16 кДж). В процессе работы также расходуется дополнительная энергия. Работа считается легкой, если за смену на нее затрачивается до 2100 кДж, средней трудности – до 4200 кДж, выше средней трудности – до 6300 кДж, тяжелой – до 8400 кДж, особо тяжелой – до 10500 кДж [40].

Перегрузка снижает производительность труда человека, повышает число ошибок в процессе работы и предрасположенность к заболеваниям.

Психологические показатели характеризуют соответствие рабочего места имеющимся и вновь формируемым навыкам человека, а также возможность восприятия и переработки им информации. При этом рабочее место оценивается по трем основным направлениям: размещение оператора (водителя); элементы, обеспечивающие получение необходимой для работы информации (сенсорное поле); органы управления (моторное поле).

Антропометрические показатели характеризуют соответствие органов управления, формы и размеров рабочего места размерам и форме тела человека.

Органы управления подразделяются на основные, т.е. часто или постоянно используемые оператором (органы управления машиной и рабочим оборудованием), и второстепенные, редко используемые оператором (переключатели освещения, стеклоочистителя, стартера, отопителя, кондиционера и т.п.). Основные органы управления должны располагаться в зоне комфорта, а второстепенные – в зоне досягаемости. Зоны комфорта – это предпочтительные зоны, в которых основные органы ручного и ножного управления должны быть легко досягаемы для операторов высокого и низкого роста из положения сидя рукой, согнутой в локте, и ногой, согнутой в колене. Зоны досягаемости – те, в которых второстепенные органы ручного и ножного управления должны быть досягаемы для операторов высокого и низкого роста из положения сидя вытянутой рукой или ногой, при этом допустим поворот или наклоны оператора вперед и в стороны.

Гигиенические показатели характеризуют уровни шума, вибрации, освещенности, температуры, влажности, запыленности, токсичности, т.е. уровни вредных факторов, воздействующих на организм человека.

Работающие машины являются источниками аэродинамического и структурного шумов. Аэродинамический создается системой газораспределения и охлаждения (вентилятором) двигателя, структурный возникает в результате колебаний рамы, трансмиссии и облицовки. На рабочем месте оператора для нормирования шума, измеряемого в децибелах (дБ), используются уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 123; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 9000 Гц. Ориентировочную оценку допускается производить по шкале А шумомера (дБА).

Вибрация, вызывающая механические колебания тела человека, может привести к снижению его работоспособности и некоторым изменениям в организме, влияющим на здоровье. Например, колебания с частотой до 2 Гц могут вызвать морскую болезнь; наиболее же опасны вибрации, соответствующие собственным колебаниям человеческого тела (4 - 8 Гц); колебания с частотой 11 - 45 Гц могут сопровождаться функциональными расстройствами ряда внутренних органов человека.

Общая вибрация от машины передается человеку через пол кабины и сиденья, а локальная – через рычаги и педали управления. Допустимые среднеквадратичные значения ускорений вертикальных вибраций в диапазоне частот 4 – 8 Гц: 63 см/с² – безопасно для здоровья; 31,5 см/с² – не влияет на производительность труда; 10 см/с² – обеспечивает комфорт.

На работоспособность машиниста (водителя) влияет также микроклимат в кабине, т.е. температура, влажность, скорость движения воздуха, вредные примеси, запыленность.

Экологичность – это свойство, характеризующее уровень воздействия машины при ее эксплуатации на окружающую среду.

К экологичным показателям относятся: создаваемый внешний шум; содержание оксида углерода и углеводородов в отработанных газах машин с бензиновыми двигателями; дымность отработанных газов и выбросы вредных веществ дизельных машин; уровень создаваемых радиопомех. При выборе и определении этих показателей необходимо учитывать требования по охране окружающей среды.

Техническая эстетичность – эксплуатационное свойство, характеризующее сочетание технических и художественных решений в конструкции машины с целью удовлетворения психологических потребностей человека.

Эстетические показатели отображают информационную выразительность, рациональность формы, целостность композиции, совершенство производственного исполнения. В настоящее время это наименее изученное эксплуатационное свойство, поскольку находится на стыке науки и искусства.

Основные элементы технической эстетичности: стилевое соответствие (соответствие моде); функционально-конструктивная приспособленность; организация объемно-пространственной структуры; чистота выполнения сочленений, скруглений, сопрягающихся поверхностей, фирменных знаков и указателей; цветовой колорит; качество покрытий и отделки поверхностей, а также симметричность, ритм, контрастность, пропорциональность и композиция.

Энергоэффективность – это свойство машины, характеризующееся ее тягово-скоростными показателями.

Тягово-скоростные показатели представляют собой совокупность параметров, определяемых результатами совместной работы двигателя, трансмиссии и движителя, и характеризуют энергетические возможности машины по осуществлению рабочего процесса.

В качестве комплексного тягово-скоростного показателя используется тяговая мощность, развиваемая на рабочем органе. Ее определяют аналитически или в результате проведения тяговых испытаний. Результаты расчетов и испытаний представляют в виде графика, получившего название тяговой характеристики.

При помощи тяговой характеристики наряду с основными параметрами работы машины на разных передачах и при различных нагрузках можно определить тяговый коэффициент ее полезного действия, а также запас тягового усилия, характеризующий способность машины преодолевать временное увеличение сопротивления без перехода на пониженную передачу, и рациональные скоростные режимы ее работы (исходя из максимальной тяговой мощности).

Проходимость дорожной машины характеризуется показателями, отражающими ее способность перемещать центр масс с наименьшей потерей скорости в процессе движения.

Показатели проходимости машин можно подразделить на геометрические (вертикальные и горизонтальные), опорные, тягово-сцепные и мобильности (транспортабельности).

К показателям вертикальной геометрической проходимости относятся:

- дорожный просвет, который определяется как расстояние от опорной поверхности до низшей точки рамы или трансмиссии машины;

- углы переднего и заднего свеса, измеряемые между горизонтальной опорной поверхностью и касательными, проведенными к переднему или заднему колесам (или ветвям гусениц) через низшие точки передней и задней частей рамы или навесных рабочих органов машины, установленных в транспортное положение;

- поперечный радиус проходимости, т.е. радиус окружности, проходящей через низшую точку рамы или трансмиссии и касающейся внутренних поверхностей колес (или гусениц) машины;

- продольный радиус проходимости (для пневмоколесных машин), т.е. радиус окружности, проходящей через низшую точку шасси или рабочего органа в транспортном положении и касающейся передних и задних колес.

Горизонтальная геометрическая проходимость машины характеризуется минимальным радиусом и шириной полосы поворота. Эти показатели можно выделить в отдельную группу, определяющую маневренность машины, т.е. способность поворота или разворота машины на ограниченной площади. Причем определение минимального радиуса и ширины полосы производится для левого и правого поворотов. Если передние колеса пневмоколесных машин имеют возможность наклоняться, то минимальный радиус поворота определяется при наклоне и без наклона колес. Измерение радиуса поворота проводят по наружной стороне следа внешнего переднего колеса. Ширина полосы поворота пневмоколесных машин определяется как расстояние между наружными сторонами следов внешнего переднего и внутреннего заднего колес.

Показатель опорной проходимости характеризует среднее удельное давление машины на опорную поверхность.

Показатель тягово-сцепной проходимости характеризует плавность хода и определяется как отношение рабочей скорости машины в данном режиме работы к теоретической скорости при движении ее по той же опорной поверхности.

Показатель мобильности определяет подвижность машины, т.е. ее способность и готовность к быстрому преодолению.

Универсальность – эксплуатационное свойство, характеризующее возможность использования машины с различным сменным оборудованием.

Универсальность позволяет использовать машину всесезонно на различных основных и вспомогательных работах, тем самым увеличивая коэффициент ее использования в течение года, и определяется временем замены и количеством сменного рабочего оборудования.

Информативность– эксплуатационное свойство, характеризующее возможность получения водителем, машинистом, оператором информации о состоянии, режимах работы машины и предаварийных ситуациях непосредственно в кабине машины.

Определяется это свойство наличием в машине средств встроенной диагностики с выводом информации на бортовые приборы, а также бортовых компьютеров, способных фиксировать информацию, управлять машиной в рабочем режиме и выдавать информацию на дисплей.

Топливная эффективность – эксплуатационное свойство, характеризующее способность машины выполнять рабочий процесс с минимальным расходом топлива в единицу времени или на единицу вырабатываемой продукции. Показателями топливной эффективности дорожной машины являются часовой расход топлива и удельные расходы топлива на единицу эффективной мощности двигателя.

Оценка качества — это систематическая проверка того, на­сколько объект способен выполнить установленные требования.Они указаны в документах-стандартах, контрактах и пр. Невыполнение требования является несоответствием [5]. Для устранения причин несоответствия организация осуществляет корректирующие действия.

Основной формой проверки является контроль, включающий два элемента: получение информации о факти­ческом состоянии объекта (качественных и количественных характеристиках) и сопоставление получен­ной информации с установленными требованиями с целью оп­ределения соответствия.

Контроль качества продукции — контроль количественных и (или) качественных характеристик продукции [10].

В процедуру контроля качества могут входить операции из­мерения, анализа, испытания.

Измерения как самостоятельная процедура являются объек­том метрологии изложены в п.2.

Анализ продукции, в частности структуры и состава материалов и сырья, осуществляется аналитическими методами (химическим анализом, микробиологическим, микроскопическим и пр.).

Испытания — техническая операция, заключающаяся в оп­ределении одной или нескольких характеристик данной продук­ции, или услуги в соответствии с установленной процедурой [11].

Основным средством испытаний является испытательное оборудование.

При испытании могут применяться различные методы определений характеристик продукции и услуг.

По месту проведения испытания бывают лабораторными, полигонными, натурными.

Основное требование к качеству проведения испытания – точность и воспроизводимость результатов. Выполнение этих требований в существенной степени зависит от соблюдения правил метрологии. По отклонению результатов испытаний характеристик стандартного объекта судят о точности и воспроизводимости результатов, т.е. о качестве испытаний.

Согласно Закону РФ «О защите прав потребителей» и «О техническом регламенте» продукция (работа, услуга), на которую установлены требования, обеспечивающие безопасность жизни, здоровья потребителя и охрану окружающей среды и предотвращение причинения вреда имуществу потребителя, подлежит обязательному подтверждению соответствия указанным требованиям (обязательной сертификации, декларированию соответствия).

Таким образом, обязательными требованиями к качеству продукции являются безопасность, экологичность, совместимость и взаимозаменяемость.

При определении состава обязательных требований нужно иметь в виду два обстоятельства:

- в соответствии с законодательством и стандартами перечень обязательных требований может расширяться, например, за счет требований функциональной пригодности (показатели энергопотребления);

- для некоторых товаров требования надежности являются одновременно требованиями безопасности (безотказность транспортного средства).

Долголетний опыт борьбы за качество в нашей стране и за рубежом показал, что никакие эпизодические, разрозненные ме­роприятия не могут обеспечить устойчивое улучшение качества. Эта проблема может быть решена только на основе четкой сис­темы постоянно действующих мероприятий [38]. На протяжении не­скольких десятилетий создавались и совершенствовались сис­темы качества (СК). На современном этапе принята СК, уста­новленная в международных стандартах – ИСО серии 9000.

Современная система качества основывается на двух подходах: техническом (инженерном) и управленческом (административном).

Технический подход базируется на требованиях стандартов на продукцию (услуги) и предусматривает применение статистических методов, методов метрологии и других научных, ис­пользуемых для оценки стабильности производственных про­цессов и обеспечения достоверности результатов измерений, контроля и испытаний продукции (или услуг).

Управленческий подход базируется на требованиях стандартов ИСО серии 9000, принципах и методах менеджмента.