/
Author: Никифоров А.Д. Бакиев Т.А.
Tags: общественные науки метрология техника измерений инженерия стандартизация учебное пособие издательство высшая школа
ISBN: 5-06-004078-X
Year: 2005
Text
А.А. НИКИФОРОВ Т.А. БАКИЕВ
МЕТРОАОГИЯ,
СТАНДАРТИЗАЦИЯ
И СЕРТИФИКАЦИЯ
Издание третье, исправленное
Допущено
Министерством образования
Российской Федерации
в качестве учебного пособия для студентов
учреждений среднего профессионального образования»
обучающихся по специальностям технического профиля
• /' /
<456335
Москва
«Высшая школа» 2005
УДК 389
ББК 30.10
Н62
Рецензенты:
директор Московского машиностроительного колледжа ЕА. Артеменко;
кафедра «Технология автоматизированного производства» Московского государственного
открытого университета (зав. кафедрой — д-р техн. наук, проф. Ю.Ф. Назаров)
Никифоров, А.Д.
Н62 Метрология, стандартизация и сертификация: Учеб.
пособие /А.Д. Никифоров, Т.А. Бакиев. — 3-е изд. испр. — М.:
Высш. шк., 2005. — 422 с: ил.
18ВЫ 5-06-004078-Х
Книга охватывает широкий круг вопросов, связанных с научно-техническими
основами, принципами и методами метрологии, стандартизации и сертификации в
машиностроении. Внимание акцентируется на актуальных проблемах, связанных с
переходом к рыночной экономике, повышением уровня конкурентоспособности продукции,
маркетинговой деятельностью.
Освещаются аспекты инженерных методов обеспечения качества в
машиностроении, менеджмента качества, кибернетические подходы по экологии на базе
стандартизации, создание основы для организации экосертификации.
В третье издание (2-е — 2003 г.) внесен ряд исправлений в связи с изменением
стандартов.
Для студентов средних специальных учебных заведений, обучающихся по
специальностям технического профиля. Может быть полезно студентам вузов, а также
широкому кругу современных деловых людей.
УДК 389
ББК 30.10
18ВИ 5-06-004078-Х О ФГУП «Издательство «Высшая школа», 2005
Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Высшая
школа», и его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия издательства
запрещается.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Переход России к рыночной экономике определил новые
условия для деятельности отечественных предприятий отраслей в
системе народного хозяйства не только на внутреннем рынке, но и на
внешнем. По любым направлениям и на любом уровне
международного сотрудничества стали возникать правила, требующие
соответствия их с международными и национальными нормами.
Стандартизация, сертификация и метрология стали вписываться в новые
условия работы и сделали возможной интеграцию России в
цивилизованное экономическое пространство. Особенно ярким примером
тому служат условия вступления нашего государства во Всемирную
торговую организацию (ВТО).
Законы РФ «О защите прав потребителей», «О техническом
регулировании» создали необходимую правовую базу для внесения
существенных новшеств в организацию важнейших для экономики
областей деятельности — метрологии, стандартизации и сертификации.
Знания дисциплины важны специалистам разных профилей, но
прежде всего ими должны овладеть работники производственной
сферы, которые по-новому, осознанно и цивилизованно, могут
использовать возможности и преимущества метрологии, стандартизации и
сертификации в качестве весомых составляющих конкурентоспособности
товара.
Стандартизация нашла применение в строительстве, в области
транспорта, связи и управления, в сельском хозяйстве,
машиностроении. Преимущественное применение стандартизации в
машиностроении вызвано особенностями развития этой отрасли
промышленности.
Стандартизация в машиностроении построена на методологических
положениях двух исторически развивающихся концепций
традиционной и информационных технологий в виде соответствующих
САЬ8-технологий.
Традиционная концепция основывается на традиционных методах
стандартизации с большим объемом бумажных документов. Объем
проектных работ, выполняемых с использованием систем
автоматизированного проектирования, незначителен, полученные результаты все
равно переводятся из цифрового вида в форму бумажных документов.
3
Одна из причин перевода — сложность интеграции результатов
проектирования, полученных разными методами. При этом преимущества
электронного представления информации об объекте стандартизации,
состоящие в возможности многократного использования информации,
сокращения затрат на ее повторный ввод, подготовку и обработку, не
используются в полной мере.
САЬ8-технологии (непрерывная информационная поддержка
жизненного цикла продукта) — это стратегия систематического
повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов
хозяйственной деятельности корпорации за счет внедрения
современных методов информационного взаимодействия участников
жизненного цикла продукта. Взаимодействие достигается путем стандартизации
представления информации в процессах от замысла до утилизации.
Концепция САЬЗ определяет набор правил, регламентов, стандартов, в
соответствии с которыми строится информационное взаимодействие
участников с соответствующей международным стандартам бумажной
электронной документацией. САЬ8-технологии активно применяются
при разработке и производстве сложной наукоемкой продукции,
создаваемой интегрированными виртуальными промышленными
предприятиями, что нашло отражение в книге.
САЬ8 позволяет эффективно, в едином ключе, решать проблемы
обеспечения качества выпускаемой продукции, поскольку электронное
описание процесса разработки, производства, монтажа и т. д.
полностью соответствует требованиям международных стандаров ИСО
серии 9000, реализация которых гарантирует выпуск
высококачественной продукции. Поэтому практическое применение САЬ8 становится
чрезвычайно актуальной задачей. По прогнозам специалистов, после
2001 г. невозможно будет продать на внешнем рынке промышленную
продукцию без соответствующей международным стандартам
безбумажной электронной документации. В России освоение САЬ8
становится проблемой национального масштаба. Внедрение САЬ8 принято
за сложный многогранный процесс, связанный с различными
аспектами деятельности организации, поэтому для его осуществления
приняты определенные предпосылки.
Нормативные документы САЬ8 содержат: структуру нормативных
документов, общие принципы электронного обмена и управления
данными, электронное описание процессов, объектов, среды. Утверждены
стандарты ИСО на данные о продукте — ИСО 10303 и
комплектующие изделия — ИСО 13584. Стандарт 10303 состоит из восьми
разделов, связанных между собой. Каждый раздел состоит из томов.
Стандарт ИСО 13584 включает семь разделов и два тома.
4
Постоянно разрабатывая и внедряя новые стандарты и
систематически пересматривая действующие, можно планомерно повышать
качество продукции. Такая управляющая роль стандартизации
предусматривается планами развития народного хозяйства: конкретные
задания по повышению технических характеристик, надежность и
долговечность важнейших видов машин, приборов и других изделий
предусматриваются в планах государственной стандартизации, а
затем реализуются в стандартах. Проводимая при этом унификация и
стандартизация оптимальных конструкций машин, приборов, их
узлов и деталей, обеспечение их полной взаимозаменяемости создают
условия для дальнейшей специализации и кооперирования в
промышленности, для выпуска высококачественных изделий и
экономичности их производства.
Другой причиной, требующей применения стандартизации в
машиностроении, являются широкие научные, технические и экономические
связи, развитие специализации и кооперирования по важнейшим видам
машин, оборудования и приборов, их узлам и деталям с промышленно
развитыми странами. Без проведения унификации и стандартизации
объектов невозможно обеспечить высокий эффект международной
кооперации промышленности.
Государственная система стандартизации (ГСС) непрерывно
совершенствуется и развивается. Так, в 1993 г. в целях установления
единых организационных методов проведения работ по стандартизации на
всех уровнях управления народным хозяйством в России разработана
и внедрена новая редакция ГСС Российской Федерации. В новой
редакции ГСС указания в большей степени приближают организацию
стандартизации в РФ к международным правилам и учитывают реалии
рыночной экономики.
Научные и методические основы стандартизации непрерывно
совершенствуются. К настоящему времени разработаны
научно-технические и методические основы стандартизации, методы выбора и
обоснования параметрических рядов изделий, принципы унификации и
агрегатирования машин, технологического оборудования, приборов,
системные методы оптимизации СОПОС и САЬ8. Использование
результатов разработок дает большой технический и экономический эффект.
Проведена унификация и стандартизация деталей и изделий
общемашиностроительного применения, общетехнических норм, в том
числе допусков и посадок, терминов и обозначений. В связи с переходом
на стандарты ИСО эта работа продолжается.
5
Разработаны комплексные системы стандартов по двум
концепциям— традиционной и информационной.
В нашей стране действуют системы управления качеством
продукции, основанные на стандартизации. Эти системы представляют собой
совокупность взаимосвязанных мероприятий, методов, нормативов и
средств управления, направленных на установление, обеспечение и
поддержание оптимального уровня качества продукции при ее
разработке, изготовлении и эксплуатации или потреблении.
Книга посвящена изучению методологического подхода
построения стандартизации, сертификации, метрологии в машиностроении как
вида деятельности, которую можно исследовать, а ее основами
овладеть в процессе обучения. Решения технических задач дисциплины
требуют использования разносторонних знаний. Назначение
книги — овладеть фундаментальными научно-методическими
достижениями, на которых строится быстро изменяющаяся практическая
деятельность в области дисциплины.
Для лучшего усвоения материала книги, приобретения и активного
овладения знаниями с целью применения их в решении прикладных
задач учащиеся должны иметь хорошую подготовку по ряду
предшествующих дисциплин.
Введение «Метрологии, стандартизации и сертификации» в число
изучаемых дисциплин для специальностей технического профиля
среднего профессионального образования доказывает необходимость
овладения такими знаниями современными специалистами.
Авторы
ГЛАВА 1
ОСНОВЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ
1.1. Сущность стандартизации
В целях установления единых организационных форм и методов
проведения работ по стандартизации на всех уровнях управления
народным хозяйством в России разработана и внедрена «Государственная
системе стандартизации Российской Федерации (ГССРФ)». Она
органически соединяет в единое целое все звенья народного хозяйства,
увязывает планы работ по стандартизации с перспективными планами
развития народного хозяйства, определяет важнейшие стороны практической
деятельности по стандартизации в масштабе всей страны, а также
ставит на качественно новую основу работу по стандартизации на
различных уровнях. Главная цель ГСС — с помощью стандартов,
устанавливающих показатели, нормы и требования, соответствующие передовому
уровню отечественной и зарубежной науки, техники и производства, а
также требованиям народного хозяйства, содействовать обеспечению
пропорционального развития всех отраслей промышленности.
В новой редакции ГСС (1993) изменения и дополнения к ней в
большей степени приближают организацию стандартизации в РФ к
международным правилам и учитывают реалии рыночной экономики.
Введена новая категория нормативного документа — технический
регламент, сформулировано правило по информации о
нормативных документах. Эти нововведения весьма важны в плане
присоединения России к Кодексу ГАТТ/ВТО по стандартизации. Кодекс
официально стал действовать с 1995 г. после преобразования генерального
соглашения по тарифам и торговле (ГАТТ) во Всемирную торговую
организацию (ВТО).
Полностью обновлены положения ГСС, касающиеся
государственного контроля и надзора за соблюдением обязательных требований
стандартов и правил сертификации. Внесены изменения в терминоло-
7
гию в соответствии с рекомендациями ИСО/МЭК. Так, вместо
употреблявшегося ранее у нас термина «утверждение» стандарта
официально установлен термин «принятие» стандарта. По-новому
сформулированы формы применения в России международных и
региональных стандартов.
Приближение правил отечественной стандартизации к
международным отражено и в трактовке требований государственного
стандарта (разделение их на обязательные для выполнения и рекомендуемые).
Исключены правила по установлению в стандартах требований к
изготовителям о предоставлении гарантии. Следуя международному
опыту, их соотносят с коммерческими, которые не подлежат
стандартизации, а оговариваются в договорных отношениях.
Приведенные примеры подчеркивают, что деятельность по
стандартизации весьма динамична, она всегда соответствует изменениям,
происходящим в различных сферах жизни общества и прежде всего в
экономической; она должна стремиться успевать и даже опережать их,
чтобы стандарты способствовали развитию отечественного производства.
Стандартизация — деятельность по установлению правил и
характеристик в целях их добровольного многократного использования,
направленная на достижение упорядоченности в сферах производства
и обращения продукции и повышения конкурентоспособности
продукции, работ и услуг.
Цели стандартизации: повышение уровня безопасности жизни и
здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц,
экологической безопасности, безопасности жизни или здоровья животных
и растений и содействия соблюдения требований технических
регламентов;
повышения уровня безопасности объектов с учетом риска
возникновения чрезвычайных ситуаций природного и технического характера;
обеспечение научно-технического прогресса;
повышение конкурентоспособности продукции, работ, услуг;
рациональное использование ресурсов;
техническая и информационная совместимость;
взаимозаменяемость продукции.
Принципы стандартизации: максимальный учет при разработке
стандартов законных интересов заинтересованных лиц;
применение международного стандарта как основы разработки
национального стандарта;
недопустимость создания препятствий производству и обращения
продукции;
недопустимость установления таких стандартов, которые
противоречат техническим регламентам.
8
Стандартизация связана с такими понятиями, как объект
стандартизации и область стандартизации. Объектом (предметом)
стандартизации обычно называют продукцию, производство, процесс или
услугу, для которых разрабатывают те или иные требования,
характеристики, параметры, правила и т.п. Стандартизация может касаться либо
объекта в целом, либо его отдельных составляющих (характеристик).
Областью (сферой) стандартизации называют совокупность
взаимосвязанных объектов стандартизации. Например, машиностроение
является областью стандартизации, а объектами стандартизации в
машиностроении могут быть качество, техническое состояние, производство,
отнесенные к объектам машиностроения. В дисциплине для
специальностей технического профиля областью стандартизации является
машиностроение, метрологическое обеспечение, экология.
Стандартизация осуществляется на разных уровнях. Уровень
стандартизации зависит от того, участники какого географического,
экономического, политического региона мира принимают стандарт. Если
участие в стандартизации открыто для соответствующих органов
любой страны, то это международная стандартизация.
Региональная стандартизация — деятельность, открытая только
для соответствующих органов государств одного географического,
политического или экономического региона мира. Региональная и
международная стандартизация осуществляется специалистами стран,
представленных в соответствующих региональных и международных
организациях.
Национальная стандартизация — стандартизация в одном
конкретном государстве. При этом национальная стандартизация также
может осуществляться на разных уровнях: на государственном,
отраслевом, в том или ином секторе экономики (например, на уровне
министерств), на уровне ассоциаций, производственных фирм, предприятий
(фабрик, заводов) и учреждений.
Стандартизацию, которая проводится в
административно-территориальной единице (провинции, крае и т.п.), принято называть
административно-территориальной стандартизацией.
Действующая система стандартизации смещает приоритеты к
оценке качества объектов стандартизации и методам их испытаний, что
также согласуется с мировым опытом стандартизации и необходимо
для обеспечения взаимопонимания между партнерами как в сфере
техники и технологии, так и в конечном итоге в торгово-экономических
связях.
Система стандартизации предоставляет возможность для широкого
участия в процессе создания стандарта всех заинтересованных сторон.
Это реализуется законным правом изготовителей продукции, потреби-
9
телей, разработчиков проектов, представителей общественных
организаций, отдельных специалистов участвовать в работе технических
комитетов, которых в России уже несколько сотен.
Фонд стандартов, служащий базой для информационного
обеспечения работ не только по стандартизации, но также и по сертификации,
метрологии и управлению качеством, приобрел и межгосударственное
значение для СНГ. Это содействует развитию стандартизации в
странах содружества и укреплению экономических связей между ними.
1.2. Нормативные документы по стандартизации
и виды стандартов
В процессе стандартизации вырабатываются нормы, правила,
требования, характеристики, касающиеся объекта стандартизации,
которые оформляются в виде нормативного документа.
Рассмотрим разновидности нормативных документов, которые
рекомендуются Руководством 2 ИСО/МЭК, а также приняты в
Государственной системе стандартизации (ГСС) РФ. Руководство 2 ИСО/МЭК
рекомендует: стандарты, документы технических условий, своды
правил, регламенты (технические регламенты), положения.
Стандарт —это нормативный документ, разработанный на основе
соглашения, утвержденного признанным органом, и направленный на
достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области
(Руководство 2 ИСО/МЭК, 1991). В стандарте устанавливаются для
всеобщего и многократного использования общие принципы, правила,
характеристики, касающиеся различных видов деятельности или их
результатов. Стандарт должен быть основан на обобщенных результатах
научных исследований, технических достижений и практического опыта,
тогда его использование принесет оптимальную выгоду для общества.
Стандарты бывают международные, региональные, национальные
и административно-территориальные. Они принимаются
соответственно международными, региональными, национальными,
территориальными органами по стандартизации. Все эти категории стандартов
предназначены для широкого круга потребителей. По существующим
нормам стандартизации стандарты периодически пересматриваются
для внесения изменений, чтобы их требования соответствовали
уровню научно-технического прогресса.
Документ технических условий (ТУ) устанавливает
технические требования к продукции, услуге, процессу. Обычно в
документе ТУ должны быть указаны методы или процедуры, которые
следует использовать для проверки соблюдения требований нормативного
документа в таких ситуациях, когда это необходимо.
10
Свод правил, как и предыдущий нормативный документ ТУ,
может быть самостоятельным стандартом либо самостоятельным
документом, а также частью стандарта. Свод правил обычно
разрабатывается для процессов проектирования, монтажа оборудования и
конструкций, технического обслуживания или эксплуатации объектов,
конструкций, изделий. Технические правила, содержащиеся в документе,
носят рекомендательный характер.
Все указанные выше нормативные документы являются
рекомендательными. В отличие от них обязательный характер носит регламент,
регламент —это документ, в котором содержатся обязательные
правовые нормы. Принимает регламент орган власти, а не орган по
стандартизации, как в случае других нормативных документов.
Разновидность регламентов — технический регламент —содержит
технические требования к объекту стандартизации. Они могут быть
представлены непосредственно в этом документе либо в другом нормативном
документе (стандарт, документ ТУ, свод правил). В отдельных случаях
в технический регламент полностью включается нормативный
документ. Технические регламенты обычно дополняются методическими
документами, указаниями по методам контроля или проверок
соответствия продукта (услуги, процессы) требованиям регламента.
Руководство 2 ИСО/МЭК, обобщая международный опыт
стандартизации, представляет следующие возможные виды стандартов:
основополагающий стандарт; терминологический стандарт; стандарт на
методы испытаний; стандарт на продукцию; стандарт на процесс, стандарт
на услугу; стандарт на совместимость; положения; методические
положения; описательное положение; стандарт с открытыми значениями.
Российская система стандартизации опирается на международный
опыт, приближена к международным правилам, нормам и практике
стандартизации, но имеет и собственный богатый опыт и свои
особенности. Нормативные документы по стандартизации в РФ,
установленные Законом РФ «О техническом регулировании», содержат:
национальные стандарты;
правила стандартизации, нормы и рекомендации в области
стандартизации;
применяемые в установленном порядке классификации,
общероссийские классификаторы технико-экономической и социальной
информации;
стандарты организаций.
Для удостоверения соответствия продукции, процессов
производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации,
работ, услуг применяют подтверждение соответствия.
И
До настоящего времени действуют еще и стандарты СССР, если
они не противоречат законодательству РФ.
Кроме стандартов, нормативными документами являются также
ПР — правила по стандартизации, Р — рекомендации по
стандартизации и ТУ — технические условия. Особое требование предъявляется к
нормативным документам на продукцию, которая согласно
российскому законодательству подлежит обязательной сертификации.
Руководство 2 ИСО/МЭК рекомендует два основных способа
применения нормативного документа:
непосредственное использование в соответствующей области
(производстве, испытаниях, сертификации и т.д.);
введение его в другой нормативный документ.
Применение международного стандарта может быть прямым или
косвенным.
Вопросы применения нормативных документов в России касаются:
использования национальных стандартов и других нормативных
документов отечественными организациями и объектами
хозяйственной деятельности;
применения международных, региональных нормативных
документов и стандартов других стран в РФ;
применения нормативных документов на экспортируемую или
импортируемую продукцию, а также использования отечественных
стандартов зарубежными странами.
Нормативные документы содержат следующий характер
требований: обязательные требования, подлежащие обязательному
выполнению в соответствии с законом или действующим регламентом;
альтернативные требования и положения. Инструкции обычно
излагаются в повелительном наклонении, рекомендации — в
сослагательном, требования содержат критерии, которые должны быть
соблюдены. Альтернативные требования представляются в форме
выборочных либо дополнительных норм. Положение — обобщающее
понятие, оно излагается в форме сообщения, инструкции,
рекомендации или требования.
13. Стандартизация в различных сферах
Стандартизация систем управления качеством. Мировой опыт
управления качеством сконцентрирован в пакете международных
стандартов ИСО 9000, принятых Международной организацией по
стандартизации (ИСО). В этой связи международные стандарты по управлению
(менеджменту) качества теперь называют «семейством» стандартов ИСО
серии 9000. На сегодняшний день стандарты ИСО серии 9000 и совме-
12
щенные с ними стандарты ИСО серии 14 000 признаны всеми странами
дара, приняты в качестве национальных и внедрены множеством фирм.
В России принятые стандарты идентичны международным (рис. 1.1).
Семейство основополагающих стандартов ИСО 9000 было
разработано для того, чтобы помочь организациям всех видов и размеров
внедрить и обеспечить функционирование эффективных систем
менеджмента качества:
ГОСТ Р ИСО 9000-2001 описывает основные положения систем
менеджмента качества и устанавливает терминологию для систем
менеджмента качества;
ГОСТ Р ИСО 9001-2001 определяет требования к системам
менеджмента качества для тех случаев, когда организации необходимо
Стандарты
рекомендаций но
аудиту систем
менеджмента
качества и охраны
окружающей
спеды
ИСО/ПМС серии
19000
Основополагающие
стандарты систем
менеджмента
качества ИСО серии
9000
ГОСТ Р ИСО
9000-2001.
Системы менеджмента
качества. Основные
положения и
словарь
ГОСТ Р ИСО
9001-2001:
Системы менеджмента
качества.
Требования
ГОСТ Р ИСО
9004-2001.
Системы менеджмента
качества.
Рекомендации по
улучшению деятельности
Со ем естимость
стандартов ИСО
серии 14000
ГОСТ Р ИСО
14001-98.
Системы управления
окружающей
средой. Требования и
руководство по
применению
ГОСТ Р ИСО
14004-98.
Системы управления
окружающей
средой. Общие
руководящие указания
по принципам,
системам и
средствам обеспечения
функционировав
Стандарты по элементам системы качества
ИСО 10006:1997 (Е) Руководство качеством при управлении
проектами
Руководящие указания по административному
управлению конфигурацией
Система подтверждения метрологической
пригодности измерительного оборудования
Управление процессом измерения ИСО
Руководящие принципы управления экономикой
качества
Руководящие указания по непрерывному
обучению и подготовке кадров
Протоколы контроля и испытаний
Руководство по применению статистических
методов в семействе стандартов ИСО 9000
ИСО 10007
ИСО 10012-1
ИСО/ПМС 10012-12
ИСО/ТО 10014
ИСО/РП10015
ИСО/РП10016
ИСО/РП 10017
Рис. 1.1. «Семейство» стандартов ИСО 9000
13
продемонстрировать свою способность предоставлять продукцию,
отвечающую требованиям потребителей и установленным к ней
обязательным требованиям, и направлен на повышение удовлетворенности
потребителей;
ГОСТ Р ИСО 9004-2001 содержит рекомендации,
рассматривающие как результативность, так и эффективность системы менеджмента
качества. Целью этого стандарта является улучшение деятельности
организации и удовлетворенность потребителей и других
заинтересованных сторон.
Стандарты ИСО серии 9000 и серии 14 000 согласованы для
улучшения совместимости их в интересах сообщества пользователей.
Практика конкурентоспособных зарубежных фирм показывает, что
качественный товар, соответствующий запросам покупателей, может
быть изготовлен лишь с учетом комплексного исследования рынка, и
этот опыт воплощен в стандарте «петля качества» — начинается с
маркетинга (рис 1.2) и заканчивается маркетингом.
Система обеспечения качества складывается из мер и действий,
которые распространяются на все стадии петли качества.
Организационная структура системы управления качеством включается в общий
процесс деятельности фирмы.
Стандартизация и метрологическое обеспечение народного
хозяйства. В современных условиях метрологическое обеспечение — это
комплекс научных и технических средств, правил и норм,
необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений в
соответствии с требованиями стандартов. Метрологическое обеспечение
наиболее эффективно решает стоящие перед ней задачи в тесной взаи-
Рис. 1.2. Модель «петли качества»:
1 — маркетинг (поиск и изучение рынка); 2 — проектирование и разработка технических
требований к продукции; 3 — материально-техническое снабжение; 4 — подготовка и разработка
производственных процессов; 5 — производство продукции; б — контроль и истытания; 7 —
упаковка и хранение; 8 — реализация и распределение; 9 — монтаж и эксплуатация; 10 — техническая
помощь в обслуживании; 11 — утилизация после использования
14
мосвязи с решением всех задач в рамках стандартизации. Эта
взаимосвязь, с одной стороны, обусловлена тем, что развитие общественного
производства невозможно без достоверных и сопоставимых данных о
характеристиках стандартизуемых объектов, а получение таких
характеристик, в свою очередь, не может быть достигнуто без обеспечения
единства и требуемой точности измерений. С другой стороны,
сколько-нибудь эффективное метрологическое обеспечение невозможно без
комплекса стандартизованных норм, правил и положений в этой
области. Стандартизация пронизывает все основные виды деятельности в
сфере метрологического обеспечения. Она создает основную
предпосылку для обеспечения единства и требуемой точности измерений.
Более того, общие правила и нормы метрологического обеспечения
устанавливаются стандартами Государственной системы обеспечения
единства измерений (ГСИ). Эта область стандартизации быстро
развивается. Утверждено и действует более 350 государственных
стандартов данной системы.
Метрологическое обеспечение наиболее тесно связано с такими
объектами стандартизации, как методы контроля и испытаний
продукции. Для этих объектов очень важно обеспечить комплексное решение
целого ряда метрологических задач. К ним следует отнести
установление номенклатуры измеряемых параметров и оптимальных норм
точности измерений, разработку и внедрение методик выполнения
измерений требуемой точности. При этом эффективным путем
упорядочения массовых, типовых методик выполнения измерений является их
стандартизация. В тех случаях, когда стандартизация методик
выполнения измерений невозможна или нецелесообразна, используют
другую форму регламентации — метрологическую аттестацию.
Стандартизация типовых технологических процессов
изготовления и контроля продукции требует необходимого метрологического
обслуживания применяемых средств измерений. Важно это при
обеспечении периодической поверки средств измерений, которую
выполняют на основе стандартизованных поверочных схем, методов и
средств поверки.
О наличии тесной связи между метрологическим обеспечением и
стандартизацией свидетельствует и такая область деятельности, как
государственный надзор и ведомственный контроль за соблюдением
требований стандартов, многие аспекты которой непосредственно связаны
с надзором за состоянием и применением средств измерений.
Учитывая большую роль метрологического обеспечения в
повышении научно-технического уровня стандартов, качества продукции,
эффективности использования продукции, Госстандарт утвердил и вклю-
15
чил в комплекс основополагающих стандартов Государственной
системы стандартизации регламентирующие основные положения
метрологического обеспечения во всех отраслях народного хозяйства России.
Рассмотрим эти положения.
Общее понятие. Под метрологическим обеспечением в
соответствии с ГОСТ 1.25—76 понимается установление и применение
научных и организационных основ, технических средств, правил и
норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности
измерений.
Во всех отраслях народного хозяйства метрологическое
обеспечение помогает решать множество задач производственного и
общественного характера, рассматривается как средство решения задач
улучшения качества продукции.
Без точной и объективной измерительной информации невозможно
обеспечить эффективность производства и высокое качество продукции.
К измерительной информации в современных условиях
предъявляются следующие требования: результаты измерений должны быть
выражены в узаконенных единицах, должна быть достаточно точно
известна погрешность выполняемых измерений, и эта погрешность не
должна превышать пределов допускаемых значений.
Научной основой метрологического обеспечения является метрология.
Организационной основой метрологического обеспечения являются
государственная и ведомственная службы.
Техническими основами метрологического обеспечения являются:
система государственных эталонов единиц физических величин;
система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение
рабочих средств измерений; система государственных испытаний и
метрологической аттестации средств измерений; система государственной
и ведомственной поверки средств измерений.
Основные задачи метрологического обеспечения.
Основные задачи метрологического обеспечения:
1. Определение основных направлений развития метрологии и
путей наиболее эффективного использования научных и технических
достижений в этой области, разработка научно-методических и
организационных основ метрологического обеспечения на всех уровнях
управления народным хозяйством.
2. Создание системы государственных эталонов единиц
физических величин. Государственные эталоны — основа всех измерений в
народном хозяйстве.
3. Планирование и проведение государственных испытаний
средств измерений, утверждение типов средств измерений,
допущенных к применению в России.
16
4. Государственная поверка средств измерений, надзор за
производством, состоянием, применением и ремонтом средств измерений и
соблюдением метрологических правил.
5. Развитие и совершенствование стандартизации в области
метрологического обеспечения. Стандартизация охватывает все основные
виды деятельности в сфере метрологического обеспечения во всех
отраслях народного хозяйства. Стандартизация создает нормативную
основу обеспечения единства и требуемой точности измерений.
6. Организация работ по международному сотрудничеству в
области метрологии.
Метрологическая экспертиза и метрологический
контроль конструкторской и технологической
документации — это анализ и оценка принятых технических решений по
выбору параметров, подлежащих измерению, установлению норм
точности и обеспечению методами и средствами измерений процессов
разработки, изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта
изделий. Она проводится с целью обеспечения эффективности измерений
при контроле изделий в процессе их разработки, изготовления,
эксплуатации и ремонта; осуществляется на различных стадиях
разработки документации.
Основными задачами метрологической экспертизы
конструкторской и технологической документации являются:
определение оптимальной номенклатуры измеряемых параметров;
оценка контролепригодности конструкций изделия;
установление соответствия показателей точности измерений
требованиям эффективности и достоверности контроля и
взаимозаменяемости;
установление соответствия показателей точности измерений
требованиям обеспечения оптимальных режимов технологических
процессов;
выявление возможности преимущественного применения
автоматизированных средств измерений, оценка обеспечения применяемыми
средствами измерений минимальных трудоемкости и себестоимости
контрольных операций при заданной точности;
определение целесообразности обработки на ЭВМ результатов
измерений.
Исходя из перечисленных задач, на основе анализа и оценки
уровня и оптимальности принятых технических решений, эксперт должен
знать предложения по исправлению недостатков. Оформление
результатов метрологической экспертизы проводится в соответствии с ГОСТ
2,104—68 и ГОСТ 3.114—81.
Не следует смешивать метрологическую экспертизу и
метрологический контроль. Метрологический контроль — это оценка принятых
технических решений метрологических задач методом сравнения с
конкретными требованиями к объекту экспертизы. Метрологический
контроль осуществляют работники метрологических служб и
специально подготовленные нормоконтролеры.
Средства измерения (СИ) — это средства, предназначенные
для измерений, вырабатывающие сигнал (показание), несущий
информацию о значении измеряемой величины, или воспроизводящие
величину заданного размера. Они представляют собой конструктивно
законченные изделия, предназначенные для измерений. СИ,
предназначенные для целей воспроизведения единиц физических величин и
передачи их размеров другим СИ, являются образцовыми. Все другие
СИ, используемые не для этих целей, являются рабочими. С их
помощью выполняют измерения при контроле качества продукции.
Наиболее важными техническими характеристиками СИ являются
их метрологические характеристики — такие, которые оказывают
влияние на результаты и погрешности измерений. Метрологические
характеристики нормируются для нормативных условий или для
рабочих условий применения СИ.
Для определения погрешностей СИ и установления пригодности к
применению проводят их поверку. Средствами поверки являются
сооружения, устройства, материалы и вещества, используемые для
поверки. В состав средств поверки входят образцовые и
вспомогательные средства.
Для экспертизы технической документации на СИ, определения
степени соответствия установленным нормам, современному
техническому уровню и целесообразности производства применяют
государственные испытания. ГОСТ 8.383—80 устанавливает два вида
государственных испытаний: приемочные и контрольные.
Внедрение измерительной техники является одним из важнейших
направлений совершенствования метрологического обеспечения.
Экономическая эффективность новых СИ определяется, в первую очередь,
улучшением качества получаемой измерительной информации, что
непосредственно влияет на качество изготовляемой продукции. В
результате улучшения метрологических и технических характеристик новых
СИ повышаются достоверность и полнота измерительной информации
об исследуемом физическом объекте. В каждом конкретном случае
внедрение СИ требует экономического обоснования целесообразности
осуществления дополнительных затрат.
18
Основной целью расчетов экономической эффективности
внедрения новых СИ является установление на ранней стадии принятия
решения экономической целесообразности дополнительных затрат
на разработку и внедрение новых СИ на основе экономического
критерия.
Стандартизация и экология. Стандартизация в области экологии
начинает играть заметную роль не только в деятельности
национальных и международных организаций по стандартизации. Все чаще
стандарты рассматриваются как необходимое средство регулирования
отношений в сфере охраны природы и использовании ресурсов.
Стандарты —это средство управления качеством окружающей
среды.
Мировое сообщество проводит громадную работу по защите
окружающей среды. Например, только в Европейских странах (ЕС)
принято более 90 директив в области экологии. Они касаются генеральной
политики ЕС по охране окружающей среды, качества воды, качества
воздуха, промышленных рисков и биотехнологии, отходов, шумов.
Директивы по генеральной политике ЕС направлены
на методы оценки стоимости контроля за загрязнением в
промышленности; оценку степени влияния некоторых государственных и
частных проектов на окружающую среду; создание Европейского
агентства по охране окружающей среды, сети контроля и
обеспечения информацией и др.
Директивы в отношении воды охватывают проблемы
защиты рек, морей и других водоемов; вопросы качества питьевой воды;
сброса в водоемы отходов некоторых опасных веществ; качества
пресной воды, нуждающейся в охране в целях поддержания жизни рыб и
разведения ракообразных и др.
Директивы по защите воздуха и промышленным
рискам устанавливают ограничения применения некоторых опасных
веществ и препаратов; перечень веществ, подпадающих под директиву
«О классификации, упаковке и маркировке опасных веществ»;
обязательные требования к экспорту и импорту опасных химикатов; нормы
по содержанию в воздухе некоторых конкретных веществ (асбеста,
двуокиси азота, свинца, двуокиси серы и др.).
Директивы, относящиеся к проблемам отходов,
определяют требования по очистке сточных вод в городских условиях; по
защите воздушной среды от загрязнений, выделяемых установками для
сжигания мусора; по надзору и контролю за перевозкой опасных
отходов; по удалению отработанного масла и другие нормы по конкретным
объектам. В то же время создана и общая стратегия ЕС по ликвидации
отходов.
2*
19
ъ Ф Директивы по ограничению шумов
а нормируют уровень шума, создаваемого
различным оборудованием, промышленными
установками, бытовыми приборами, а также самолетами,
автомобилями, мотоциклами.
В ЕС введена экомаркировка специальным
знаком (рис. 1.3) в целях достоверного
информирования потребителей об экологичности
приобретаемого продукта и стимулирования изготовителей к
соблюдению норм и требований по охране
окружающей среды. Экознак не распространяется на
пищевые продукты, напитки и лекарственные препара-
Рис. 1.3. Знак экомар- ты. Им маркируют товары, которые содержат ве-
кировки ЕС щества и препараты, отнесенные директивами к
опасным, но в допустимых пределах. Цвет знака
может быть зеленым, голубым, черным на белом фоне, белым на
черном фоне.
Для получения права использовать экознак изготовитель должен
представить продукт для оценки его экологичности, чем обычно
занимаются органы по сертификации, с которыми соискатель может
заключить контракт по каждому виду продукции отдельно. Экознак
активно используется в рекламе и способствует продвижению товара на
рынок, положительно влияя на конкурентные позиции продавца
(изготовителя).
Приведенная ниже далеко не полная информация только по
одному региону Земли иллюстрирует масштаб уже давно назревшей
проблемы, в решении которой не последняя роль отводится
стандартизации.
Один из важных аспектов экологической стандартизации —
утилизация отходов производства и потребления.
Специалисты подсчитали, что человечество за всю историю своего
существования сумело довести использование по назначению
исходного сырья в лучшем случае до 5%. Около 20% уходит на
промышленные выбросы (сбросы), более 70% на другие отходы.
В России более миллиона гектаров земли занято под 70 млрд. т
отходов, которые накопились к настоящему времени. Если учесть
ежегодное увеличение токсичных отходов примерно на 50 млн. т, а также
ожидаемый привоз на территорию РФ отходов из ЕС в счет погашения
кредитов, то картина получается достаточно мрачной.
Национальные стандарты по экологическим нормам в этой области
разрабатывают на базе действующих законов. В России проблемы ути-
20
лизации отходов производства и потребления отражены в следующих
законах:
об охране окружающей и природной среды;
об экологической экспертизе;
о санитарно-эпидемиологическом благополучии населения;
о недрах;
о плате на землю;
о предприятиях и предпринимательской деятельности;
о стандартизации;
о сертификации продукции и услуг;
о конверсии оборонной промышленности;
об обороне.
В табл. 1.1 приведены законы в области охраны окружающей
среды, действующие в зарубежных государствах.
В зарубежных странах созданы комплексы стандартов,
устанавливающих нормы и возможности переработки токсичных отходов по
определенной технологии.
В промышленно развитых странах существуют государственные
программы, основанные на директивах (законах прямого действия),
национальных стандартах, содержащих жесткие нормы по
классификации отходов (особенно категории опасных); стандартах по
обезвреживанию, уничтожению, захоронению и конкретным мерам переработки
отходов. Законодательные положения устанавливают и юридическую
ответственность производителя отходов за безопасность работы с
ними.
Таблица 1.1
Страна
США
США
США
США
США
США
Великобритания
Франция
Япония
Год принятия
1970
1972, с
дополнениями 1980 и 1984гг.
1980, с
дополнениями 1986 г.
1976, с
дополнениями 1980 и 1984гг.
1972, с поправками
и дополнениями 1975
и 1978 гг.
1976
1974
1976
1967
Наименование закона
О национальной политике в области охраны
окружающей среды
Об охране, использовании морской среды и о
морских заповедниках (закон о сбросах в океан)
О принятии всеобъемлющих мер по охране
окружающей среды, выплате компенсаций и
ответственности (закон о суперфонде)
О переработке и сохранении сырьевых
ресурсов
Об инсектицидах, фунгицидах и родентици-
дах
О контроле за токсичными веществами
О контроле за загрязнением
Об охране природы
Основной закон о борьбе с загрязнением
окружающей среды
21
Продолжение табл. 1.1
Страна
Швеция
Япония
Великобритания
ФРГ
Япония
Швеция
Канада
Франция
ФРГ
Греция
Греция
Нидерланды
Люксембург
Бельгия
Финляндия
Великобритания
Япония
ФРГ
ФРГ
Год принятия
1969,
пересмот-
ренв 1981 г.
1971,
ми 1976
1972
1972
1973
1973
1975
1977
1980
1952
1977
1962,
ми 1975
1968
1969
1969
1985
1948,
ниями
с поправка-
г.
с поправка-
г.
с дополне-
1949, 1951,
1962 и 1971гг.
1986
1986
Наименование закона
Об охране окружающей среды
Об удалении отходов
О хранении ядовитых отходов
Об уничтожении отходов
Об испытании и регулировании
производства химических веществ
О продуктах, опасных для здоровья человека
и окружающей среды
О веществах, загрязняющих окружающую
среду
О контроле за химическими продуктами
Об охране от опасных химических веществ
О контроле за использованием пестицидов
О контроле за сельскохозяйственными
химикатами
О пестицидах
Об использовании пестицидов
9 пестицидах
0 пестицидах
Об охране пищевых продуктов и
окружающей среды
О регулировании использования
сельскохозяйственных химикатов
Об обезвреживании отходов
О водном хозяйстве
Утилизация отходов производства — заключительная
составляющая петли качества в управлении качеством на предприятии. Однако
нормативные требования к ней разрабатываются и контролируются на
допроизводственной стадии жизненного цикла продукции.
В России работы по стандартизации отходов активизировались к
началу 90-х годов. Разработан проект закона о твердых отходах
производства и потребления. Стандартизацией занимается технический комитет
«Вторичные материальные ресурсы», который подготовил концепцию
управления отходами и проекты основополагающих государственных
стандартов на отходы производства и потребления. Наиболее
актуальным результатом можно считать гармонизацию подготовительных
проектов с Директивой ЕС, определяющей организацию системы
информации об опасных веществах. Кроме того, Госстандарт России принял
ГОСТ Р 50587—93 «Паспорт безопасности вещества (материала)»,
который стал основой Постановления Правительства РФ по паспортизации
22
техногенных отходов, что обяжет руководителей предприятий нести
ответственность за достоверность информации об отходах, в частности, об
их опасности, содержании ресурсных компонентов и т.д.
Создание нормативных документов по утилизации отходов, в том
числе и указанного паспорта, особенно необходимо для выявления
опасных отходов. Стандартизация в данной области также
обеспечит выполнение Россией условий ГАТТ/ВТО по торговле отходами
и продуктами их переработки.
Важную роль в экостандартизации играет ИСО. В 1993 г. в
оргструктуре организации был создан технический комитет
«Экологическое управление» (или «Управление качеством окружающей среды»)
ИСО ТК 207, в составе которого работают шесть подкомитетов и две
рабочие группы. Их деятельность охватывает такие аспекты, как:
создание системы экологического управления;
экологический аудит;
экологическая маркировка;
оценка характеристик экологичности и др.
Результат работы комитета — принятие международных
стандартов ИСО серии 14000, которые по структуре во многом совпадают с
ИСО серии 9000, что обеспечивает их совместимость.
Серия 14000 содержит как основополагающие, так и нормативные
стандарты. Основополагающий стандарт ИСО 14001 «Системы
управления в области охраны окружающей среды. Руководство по
применению» и стандарт ИСО 14004 «Системы управления в области охраны
окружающей среды. Общее руководство по принципам, системам и
сопутствующим технологиям» содержат рекомендации по организации
управления охраной окружающей среды — от самооценки до процедуры
регистрации и сертификации. Нормативные стандарты определяют
требования к системе управления мерами по охране окружающей среды.
Стандарты универсалы — их можно применять в сфере
производства и обслуживания как в государственном, так и в частном
секторах экономики, а способы управления охраной окружающей среды
жестко не регламентированы и могут варьироваться.
Система экологического управления предусматривает непрерывное
улучшение состояния окружающей среды, поэтому перед компанией,
занимающейся этой проблемой, постоянно стоят три главных вопроса,
ответы на которые она анализирует (рис. 1.4). Важную роль в оценке
экологии играет самооценка (рис. 1.5).
Внедрение системы экоуправления проходит в несколько этапов.
На первом этапе внедрения системы должна быть разработана
политика организации, которая оформляется в виде заявления (декларации)
о намерениях и принципах деятельности, касавшейся общих показателей
23
...}
(Требования]
\. рынков ^
Куда мы хотим
попасть?
— а—
Как нам туда
попасть?
:—1—
Где мы
находимся?
_
( Требования Л
\^ законов У
Где мы
находимся?
Рис. 1.4. Основные вопросы экологического
управления
состояния окружающей
среды. Принципы должны
предусматривать
«определенные рамки для действий
организации и постановку
определенных задач и
целей организации в области
охраны окружающей
среды» (ИСО 14001).
Заявление о политике
организации включает:
намерения и принципы;
коллективные
обязательства;
непрерывное
улучшение;
связи с заинтересованными сторонами;
мониторинг, документирование и сотрудничество.
Политика в экоуправлении, так же как и в управлении качеством
продукции, должна быть прозрачной. Заявление с формулировкой
принципов и целей политики обычно публикуется в открытой печати,
играя тем самым роль и рекламы, и средства обеспечения
конкурентных преимуществ организации.
4
СГ^ I Задание 11 С^
Входные данные
Д
Входные данные
Е=М Задание 2 с^
4
Что
произведено?
Как
произведено?
Аспекты
взаимодействиях
с окружающей
средой
Как это
используется ?
Каковы
последствия
для окружающей
среды?
Воздействие
на окружающую
среду
V
Рис. 1.5. Схема самооценки окружающей среды
24
Политика соотносится с вопросом «куда мы хотим поп
На вопрос «где мы находимся?» помогает ответить пр<
мооценки, для чего обычно составляется анкета-опросник,
чает такие вопросы, которые позволяют выяснить возмож!
низации в области экоуправления, необходимость введена
них процедур для устранения угрозы окружающей среде, в
с другими внутренними программами и системами и т.п.
Второй этап подготовки к внедрению системы экоуп
конечном итоге должен дать ответ на вопрос «как нам туда
Для этого прежде всего разрабатывается план мероприятий
вающих соответствие деятельности компании сформулиро
литике. Составлению плана предшествуют идентификаци
окружающей среды, оценка воздействия на окружающую с
новление требований к организации, определению целей и
На третьем этапе работы, когда организация подоии
функционирования системы экоуправления, необходима га]
имеющихся материальных и людских ресурсов с процедур
мы (со стандартом и правилами).
Четвертый этап в деятельности организации по з
нию — периодические оценки эффективности действующей
ее корректировка. Для этого необходим систематический к
показателей состояния окружающей среды.
Пятый этап — периодический анализ политики, целе
что может быть связано с теми или иными факторами макрс
литические изменения, социальные и экономические факт<
выходом компании на новый рынок, появлением новых к
нового продукта и т.п.
Стандарты ИСО серии 14000 широко внедрены в зарубе
нах и служат нормативной базой экосертификации; к их
присоединилась и Россия.
1.4. Международная стандартизация
Международная организация по стандартизатии (И
дународная организация по стандартизации (ИСО) была
1946 г. двадцатью пятью национальными организациями по
зации. При создании организации и выборе ее названия у1
чтобы аббревиатура наименования звучала одинаково на в
Для этого было решено использовать греческое слово 15оз
Вот почему на всех языках мира Международная организац
дартизации имеет краткое название (ИСО).
Сфера деятельности ИСО касается стандартизации во всех
областях, кроме электротехники и электроники, относящихся к компетенции
Международной электротехнической комиссии (МЭК). Некоторые
виды работ выполняются совместными усилиями этих организаций.
Кроме стандартизации ИСО занимается и проблемами сертификации.
ИСО определяет свои задачи следующим образом: содействие
развитию стандартизации и смежных видов деятельности в мире с целью
обеспечения международного обмена товарами и услугами, а также
развитие сотрудничества в интеллектуальной, научно-технической и
экономической областях. Основные объекты стандартизации и
количество стандартов характеризуют обширный диапазон интересов
организации. В последние годы ИСО уделяет много внимания
стандартизации систем обеспечения качества.
На сегодняшний день в состав ИСО входят 120 стран со своими
национальными организациями по стандартизации. В качестве
комитета— члена ИСО — Россию представляет Госстандарт. Всего в составе
ИСО более 80 комитетов — членов. В ИСО входят руководящие и
рабочие органы. Организационная структура ИСО представлена на рис. 1.6.
Генеральная
ассамблея
СТАКО
Совет
ИСО
ПЛАКО
КАСКО
ИНФКО
Исполнительное
бюро
Центральный
секретариат
Технические
комитеты
Подкомитеты
х
Рабочие группы
ДЕВКО
КОПОПКО
РЕМКО
Рис. 1.6. Организационная структура ИСО:
ИСО — международная организация по стандартизации; СТАКО — комитет по изучению
научных принципов по стандартизации; ПЛАКО — техническое бюро; КАСКО — комитет по оценке
соответствия; ИНФКО — комитет по научно-технической информации; ДЕВКО — комитет по
оказанию помощи развивающимся странам; КОПОЛКО — комитет по защите интересов
потребителей; РЕМКО — комитет по стандартным образцам
26
Непосредственную работу по созданию международных стандартов
ведут технические комитеты; подкомитеты, которые могут учреждать
ТК, и рабочие группы (РГ) по конкретным направлениям
деятельности. По данным на 1996 г., международная стандартизация в рамках
ИСО проводится 2832 рабочими органами. Официальные языки
ИСО — английский, французский, русский. На русский язык
переведено около 70% всего массива международных стандартов ИСО.
Стандарты ИСО — наиболее широко используемые во всем мире,
их более 10 тыс., причем ежегодно пересматриваются и принимаются
вновь 500—600 стандартов.
Весьма широки деловые контакты ИСО: с ней поддерживают связь
около 500 международных организаций, в том числе все
специализированные агентства ООН, работающие в смежных направлениях.
Наиболее тесное сотрудничество поддерживается между ИСО и
Европейским комитетом по стандартизации (СЕН).
Крупнейший партнер ИСО — Международная электротехническая
комиссия (МЭК). В целом эти три организации охватывают
международной организацией все области техники. Кроме того, они стабильно
взаимодействуют в области информационных технологий и
телекоммуникаций.
Международные стандарты ИСО не имеют статуса обязательных
для всех стран-участниц. Любая страна мира вправе применять или не
применять их. В Российской системе стандартизации нашли
применение около половины международных стандартов ИСО.
По своему содержанию стандарты ИСО отличаются тем, что лишь
около 20% из них включают требования к конкретной продукции.
Основная же масса нормативных документов касается требований
безопасности, взаимозаменяемости, технической совместимости, методов
испытаний продукции, а также других общих и методических вопросов.
В дальнейшем ИСО планирует расширить сферу предоставляемых
технических услуг, где все шире будут применяться стандарты ИСО
серии 9000, реализуется проект ИСО 9000—2000.
В перспективе будет возрастать значение сотрудничества ИСО,
МЭК, СЕН, которое дополняет деятельность этих организаций и
способствует осуществлению эффективных программ стандартизации в
области информационных технологий и телекоммуникаций.
Международная электротехническая комиссия
(МЭК). МЭК занимается стандартизацией в области электротехники,
электроники, радиосвязи, приборостроения, они не входят в сферу
деятельности ИСО.
27
Большинство стран — членов МЭК представлены в ней своими
национальными организациями по стандартизации (Россто представляет
Госстандарт РФ). Каждую страну в МЭК представляет национальный
комитет.
Основная цель организации — содействие международному
сотрудничеству по стандартизации и смежным с ней проблемам в области
электротехники и радиотехники путем разработки международных
стандартов и других документов.
Национальные комитеты всех стран образуют Совет — высший
руководящий орган МЭК. Основной координирующий орган МЭК —
Комитет действий. Он выявляет необходимость новых направлений
работ, разрабатывает методические документы, обеспечивающие
техническую работу, участвует в решении вопросов сотрудничества с
другими организациями, выполняет все задания Совета.
Структура технических органов МЭК, непосредственно
разрабатывающих международные стандарты, аналогична структуре ИСО: это
технические комитеты (ТК), подкомитеты (ПК) и рабочие группы (РГ).
В работе каждого ТК участвует 15—25 стран. Россия ведет шесть
секретариатов.
Международные стандарты МЭК можно разделить на два вида:
общетехнические, носящие межотраслевой характер, и технические
требования к конкретной продукции. Ежегодно в программу МЭК
включается более 500 новых тем по международной стандартизации. МЭК
принято более 2 тыс. международных стандартов. По содержанию они
отличаются от стандартов ИСО бблыпей конкретикой. Стандарты
МЭК более пригодны для прямого применения в странах-членах, чем
стандарты ИСО.
Придавая большое значение разработке международных стандартов
на безопасность, ИСО совместно с МЭК приняли Руководство
ИСО/МЭК 51 «Общие требования к изложению вопросов
безопасности при подготовке стандартов». Главной целью Руководства
является поиск защиты от различных видов опасностей.
Процедура разработки стандартов МЭК аналогична процедуре,
используемой в ИСО. В среднем над стандартом работают 3—4 года.
В составе МЭК несколько особый статус имеет Международный
специальный Комитет по радиопомехам (СИСПР), который занимается
стандартизацией методов измерения радиопомех, излучаемых
электронными и электротехническими приборами.
МЭК сотрудничает с ИСО, совместно разрабатывая Руководства
ИСО/МЭК и Директивы ИСО/МЭК по актуальным вопросам стандар-
28
тизации, сертификации, аккредитации испытательных лабораторий и
методическим аспектам. В России порядок участия, цели и задачи
определяются руководящими документами Госстандарта с учетом
соответствующих положений Законов «О стандартизации» и «О
сертификации продукции и услуг». Эти документы едины для работы в ИСО и
МЭК. В России внедрено более половины принятых МЭК
международных стандартов в области электроники и электротехники. Кроме
стандартизации МЭК занимается сертификацией изделий по своему
профилю деятельности.
Международные организации, участвующие в международной
стандартизации. Европейская экономическая комиссия ООН (ЕЭК
ООН) ставит главной задачей в области стандартизации разработку
направлений политики по стандартизации на правительственном уровне
и определении приоритетов в этой области. ЕЭК ООН
взаимодействует с ИСО, МЭК (в издательской работе) в решении проблем
национальной стандартизации во всех странах мира.
В региональной стандартизации заслуживает внимания
Европейский комитет по стандартизации (СЕН), Европейский комитет по
стандартизации в электротехнике (СЕНЭЛЕК), ЕС по стандартизации в
создании единого европейского рынка, Стандартизация в Содружестве
Независимых Государств (СНГ).
Стандартизация, сертификация и метрология в рамках СНГ
осуществляется в соответствии с «Соглашением о проведении согласованной
политики в области стандартизации, метрологии и сертификации»,
которое является неправительственным и действует с 1992 г. Создан
Межгосударственный совет стран-участниц СНГ(МГС), в котором
представлены все национальные организации по стандартизации этих
государств; МТС принимает межгосударственные стандарты. В 1995 г.
Совет ИСО признал МТС региональной организацией по
стандартизации в странах СНГ.
1.5. Организация работ по стандартизации в РФ
Правовые основы стандартизации и ее задачи. Правовые основы
стандартизации в России установлены федеральным законом от 27
декабря 2002 г. № 184 — ФЗ «О техническом регулировании».
Техническое регулирование — правовое регулирование
отношений в области установления, применения и исполнения обязательных
Требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, хра-
29
нения перевозки, реализации и утилизации, выполнения работ или
оказания услуг и правовое регулирование отношений в области оценки
соответствия.
Закон определяет меры государственной защиты интересов
потребителей и государства через требования, правила, нормы, вносимые в
государственные стандарты при их разработке, и государственный
контроль выполнения обязательных требований при их применении.
Толкование сущности стандартизации дано в ее определении.
Кроме данного закона, отношения в области стандартизации в
России регулируются издаваемыми в соответствии с ним актами
законодательства РФ, например федеральным законом «О внесении
изменений и дополнений в законодательные акты Российской
Федерации»; постановлениями Правительства РФ, приказами
Госстандарта РФ.
Закон «О техническом регулировании» регламентирует:
ответственность за нарушение положений Закона «О техническом
регулировании»:
организацию работ по стандартизации;
содержание и применение нормативных документов по
стандартизации;
информационное обеспечение работ по стандартизации;
организацию и правила проведения государственного контроля и
надзора за соблюдением обязательных требований государственных
стандартов;
финансирование работ по государственной стандартизации,
государственному контролю и надзору;
стимулирование применения государственных стандартов.
На основании правовых норм определены цели и принципы
стандартизации.
В соответствии с Законом «О техническом регулировании» в РФ
действует Государственная система стандартизации (ГСС).
Методологические вопросы ее организации и функционирования изложены в
комплексе государственных основополагающих стандартов
«Государственная система стандартизации Российской Федерации». Данный
комплекс включает документы:
ГОСТ Р 1.0—92 «Государственная система стандартизации
Российской Федерации. Основные положения»;
ГОСТ Р 1.2—92 «Государственная система стандартизации
Российской Федерации. Порядок разработки Государственных стандартов»;
ГОСТ Р 1.4—93 «Государственная система стандартизации Россий-
30
ской Федерации. Стандарты отраслей, стандарты предприятий,
научно-технических, инженерных обществ и других общественных
объединений. Общие положения»;
ГОСТ Р 1.5—92 «Государственная система стандартизации
Российской Федерации. Общие требования к построению, изложению,
оформлению и содержанию стандартов»;
ПР 50.1.001—93 «Правила согласования и утверждения
технических условий».
Принятая в Российской Федерации система стандартизации
обеспечивает и поддерживает единый технический язык,
унифицированные ряды важнейших технических характеристик продукции, систему
строительных норм и правил; типоразмерные ряды и типовые
конструкции изделий для общего машиностроения и строительства;
систему классификации технико-экономической информации, достоверные
справочные данные о свойствах материалов и веществ.
В условиях рыночных отношений стандартизация выполняет три
функции: экономическую, социальную и коммуникативную.
Органы и службы по стандартизации. Согласно Руководству 2
ИСО/МЭК деятельность по стандартизации осуществляют соответст-
вующие органы и организации. Под органом, занимающимся
стандартизацией, подразумевается орган, деятельность которого в
области стандартизации общепризнана на национальном, региональном
или международном уровне. Основные функции такого органа —
разработка и утверждение нормативных документов, доступных
широкому кругу потребителей. Однако он может выполнять немало других
функций, что особенно характерно для национального органа по
Стандартизации.
Национальным органом по стандартизации в России является
Государственный комитет Российской Федерации по стандартизации и
метрологии (Госстандарт России). Это федеральный орган
исполнительной власти, осуществляющий межотраслевую координацию, а также
функциональное регулирование в области стандартизации, метрологии
и сертификации.
Государственный комитет Российской Федерации по
стандартизации и метрологии — специально уполномоченный федеральный орган
Исполнительной власти в области сертификации. Председатель
Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и
Петрологии является главным государственным инспектором
Российской Федерации по надзору за государственными стандартами и
обеспечением единства измерений. В ведении Госстандарта находятся го-
31
сударственные инспекторы по надзору за государственными
стандартами и обеспечением единства измерений, а также центры
стандартизации, метрологии и сертификации, предприятия, учреждения,
учебные заведения и иные организации. Госстандарту предписаны
определенные функции.
Работы по государственной стандартизации планируются.
Постоянными рабочими органами по стандартизации являются
технические комитеты (ТК), специализирующиеся в зависимости от
объекта стандартизации. В рамках этой специализации в ТК проводится
также работа и по международной (региональной) стандартизации.
По линии международной стандартизации ТК занимаются
вопросами гармонизации отечественных стандартов с международными,
готовят обоснование позиции России для голосования по проектам
стандартов в международных организациях; участвуют в работе ТК
международных (региональных) организаций по стандартизации, способствуя
принятию государственных стандартов РФ в качестве международных,
участвуют в организации проведения в России заседаний
международных организаций по стандартизации.
Закон «О стандартизации» допускает участие в работе ТК
представителей организаций зарубежных стран. ТК рассматриваются и как
рабочие органы по стандартизации в рамках СНГ.
Научно-технической базой для создания ТК обычно служат
предприятия и организации, профиль деятельности которых соответствует
специализации технического комитета. Участие в деятельности
технических комитетов всех заинтересованных сторон добровольное.
Порядок разработки стандартов. Работа технического комитета
начинается со сбора заявок на разработку стандарта.
Заявителями могут быть государственные органы и организации,
общественные объединения, научно-технические общества, предприятия,
фирмы, предприниматели, которые направляют заявки в ТК согласно
закрепленным за ними объектам стандартизации. В заявке обязательно
должна быть обоснована необходимость разработки нормативного
документа. На основании заявок Госстандарт РФ формирует годовой
план государственной стандартизации России. Дальнейшая работа
проводится на основе договоров на разработку стандарта между
заявителем и соответствующим ТК и включает следующие эталоны:
составление технического задания (организацией-разработчиком или ТК),
разработку проекта стандарта, представление окончательного варианта
проекта в Госстандарт РФ для принятия, обновления стандарта,
пересмотр и отмену стандарта. Разработка государственного стандарта
состоит из технического задания, разработки проекта, принятия
стандарта Госстандартом РФ.
32
Процедура принятия включает обязательный анализ содержания
проекта на соответствие законодательству России, метрологическим
правилам и нормам, терминологическим стандартам, а также ГОСТ Р
1.5—91 «ГСС. Общие требования к построению, изложению,
оформлению и содержанию стандартов». Стандарт принимается соглашением,
после чего устанавливается дата его введения в действие. Срок
действия стандарта не определяется. Далее принятый стандарт подлежит
регистрации, информация о нем публикуется в ежемесячном
Информационном указателе. Все перечисленные выше функции выполняет
Госстандарт РФ в установленном им порядке.
Пересмотр государственного стандарта по существу является
разработкой нового взамен действующего. Необходимость пересмотра
возникает в том случае, если вносимые изменения связаны со
значительной корректировкой основных показателей качества продукции и
затрагивает ее совместимость, заменяемость.
Отмена стандарта может осуществляться как с заменой его
новым, так и без замены. Причиной служит прекращение выпуска
продукции (оказания услуг), которая производилась по данному
нормативному документу, либо принятие нового стандарта.
Принятие окончательных решений о внесении изменений,
пересмотре и отмене государственных стандартов, а также
соответствующая публикация в Информационном указателе стандартов находятся в
ведении Госстандарта РФ.
Государственный контроль и надзор за соблюдением
обязательных требований стандартов. Государственный контроль и надзор за
соблюдением обязательных требований государственных стандартов
осуществляются в России на основании Закона РФ «О стандартизации»
и составляют часть государственной системы стандартизации.
На современном этапе государственный контроль приобретает
социально-экономическую ориентацию, поскольку основные его усилия
направлены на проверку строгого соблюдения всеми хозяйственными
субъектами обязательных норм и правил, обеспечивающих интересы и права
потребителя, защиту здоровья и имущества людей и среды обитания.
К основным задачам госнадзора можно отнести: предупреждение и
пресечение нарушений обязательных требований государственных
стандартов, правил обязательной сертификации и Закона «О единстве
измерений» всеми субъектами хозяйственной деятельности;
предоставление информации органам исполнительной власти и общественным
организациям по результатам проверок. Проводят госнадзор
должностные лица Госстандарта и подведомственных ему центров
стандартизации и метрологии, получивших статус территориальных органов гос-
; надзора, — государственные инспекторы. Главный государственный
3 — 4523 33
инспектор России — Председатель Госстандарта РФ, а главные
государственные инспекторы республик в составе РФ и других объектов
Федерации — руководители центров стандартизации и метрологии, т.е.
территориальных органов госнадзора. Государственный контроль и
надзор за соблюдением обязательных требований государственных
стандартов осуществляют также и другие организации.
Проверкам в процессе госнадзора подвергаются продукция (на всех
стадиях ее жизненного цикла), в том числе подлежащая обязательной
сертификации и импортируемая; услуги населению, виды работ,
которые подлежат обязательной сертификации; техническая документация
на продукцию; деятельность испытательных центров, лабораторий и
органов по сертификации. Проверка осуществляется как лично
инспектором, так и создаваемыми под его руководством комиссиями.
Основная форма государственного контроля и надзора —
выборочная проверка. В процессе проверки проводятся испытания,
измерительный контроль, технический осмотр, идентификация, другие
мероприятия, обеспечивающие достоверность и объективность результатов.
Госстандарт РФ устанавливает приоритетные направления госнадзора,
которые прежде всего учитываются при его планировании.
Контролю подвергается образец (или проба), отбираемый в
соответствии с установленной в стандарте на данную продукцию
методикой. По результатам испытаний оформляется протокол испытаний, а
проведенные проверки заканчиваются составлением акта
проверки. Акт направляется руководству проверенной организации; в
Ростест-Москва для подготовки обобщенной информации; в
Госстандарт РФ (в случае необходимости определения штрафных санкций).
В 1998 г. с целью совершенствования работы госнадзора введена
система показателей его эффективности, которая включает
социальную, экономическую и технологическую составляющие.
Маркировка продукции знаком соответствия государственным
стандартам. В связи с тем, что не все требования стандартов
обязательны, а стандарты носят рекомендательный характер, возникла
проблема стимулирования предприятий производить продукцию в
соответствии с нормативными документами.
Если продукция подлежит обязательной сертификации, то
сертификат соответствия и знак соответствия служат для потребителя
гарантией ее безопасности. А как быть с качеством? Следуя практике
зарубежных стран, где для информации потребителя о качестве товара
используют знаки соответствия стандарту (не путать со
знаками соответствия, которыми продукцию маркируют после
сертификационных испытаний для подтверждения ее соответствия
нормам безопасности). Госстандарт РФ принял нормативный документ
34
«*>
*)
Рим С5^)
д)
/5
ГОСТ Р 1.9—95
«Порядок маркирования
продукции и услуг знаком
соответствия
государственными стандартами».
Маркировка знаком не
заменяет сертификацию,
если продукция
обязательно подлежит ей.
В соответствии с
этим документы
предприятия-изготовители как
отечественные, так и
любого другого
государства, могут добровольно по
своей инициативе
использовать знак
соответствия (рис. 1.7), если их
продукция производится
Ь полном соответствии с требованиями российского государственного
стандарта. При этом они обязаны соблюдать правила и процедуры
указанного выше нормативного документа. Чтобы иметь право
маркировать свою продукцию этим знаком, необходимо получить лицензию в
территориальном органе Госстандарта России.
Из практики стандартизации и сертификации в РФ за последние
годы можно сделать вывод, что знак соответствия применяется только
для сертификационной продукции по системе ГОСТ Р. Изготовитель
сможет более широко пользоваться этим знаком, когда в России будет
на законодательной основе введен такой способ доказательства
соответствия, как заявление-декларация изготовителя. Это предложено в
«Концепции совершенствования сертификации и перехода к
механизму оценки и подтверждения соответствия продукции и услуг».
е)
Рис. 1.7. Знаки соответствия стандартам:
а — России; б — Великобритании; в — Южной Кореи; г
Германии; д — Франции; е — Японии
1.6. Информационное обеспечение работ
по стандартизации
Ведущую роль по информационному обеспечению работы органов
по стандартизации всех стран мира играет Международная
организация по стандартизации (ИСО), в частности, Комитет по
информационным системам и услугам (ИНФКО). К компетенции ИНФКО относят:
координацию и гармонизацию деятельности ИСО и членов организа-
3< 35
ции в области информационных услуг, баз данных, маркетинга,
продажи стандартов и технических регламентов; консультирование
Генеральной Ассамблеи ИСО по разработке политики по гармонизации
стандартов и другим указанным выше вопросам; контроль и
руководство деятельностью Информационной сети ИСО (ИСОНЕТ). Кроме
этих основных задач, ИНФКО выполняет большое количество работ,
связанных с информационной деятельностью.
ИНФКО подотчетен Генеральной Ассамблее ИСО, которая
определяет направления его деятельности, цели и задачи, а Комитет
регулярно отчитывается перед ней о проделанной работе. Членами ИНФКО
могут быть любые комитеты — члены ИСО, если они проявляют
интерес к его работе. Членство разделяется на три категории:
действительный член (Р), наблюдатель (О), член-корреспондент. В состав ИНФКО
входят Управляющий совет и три группы: по информации, системам и
маркетингу. Информационная система ИСОНЕТ входит в состав
группы по информатике ИНФКО. Приоритетные цели ИСОНЕТ —
обеспечение обмена информацией о международных и национальных
стандартах; установление контактов с информационными системами
других международных организаций (ООН, ЮНЕСКО, МАГАТЭ и др.) и
создание единого информационного языка, тезауруса. В
информационном обеспечении большую роль играет Международный
классификатор по стандартизации (МКС).
В России информационное обеспечение организовано на базе
положений Закона «О стандартизации». Закон исходит из того, что
информация о разрабатываемых и принятых нормативных документах, в том
числе и международных, должна быть доступна заинтересованным
организациям и лицам в той части, которая не рассматривается как
государственная тайна.
Исключительное право на опубликование государственных
стандартов принадлежит государственным органам управления,
утвердившим эти нормативные документы, причем порядок опубликования
определяется Правительством РФ.
Госстандарту РФ предоставлено исключительное право
официального опубликования информации, касающейся продукции и услуг,
сертифицированных и маркированных знаком соответствия
государственным стандартам.
Все субъекты хозяйственной деятельности, которые принимают
нормативные документы, ведут информационные фонды и сами
представляют на договорной основе документы и сведения о них
заинтересованным юридическим и физическим лицам.
36
Госстандарт РФ не только организует публикацию официальной
информации о российских, международных, региональных, национальных
долмагтганых документах, правилах, нормах и рекомендациях по стандар-
доации, но и ведет Федеральный информационный фонд стандартов, об-
щероссийских классификаторов технико-экономической информации,
международных (региональных) стандартов, правил, норм и рекомендаций
до стандартизации национальных стандартов зарубежных стран (рис. 1.8).
ПОЛЬЗОВАТЕЛИ:
Аппарат Президента, Правительство России,
органы Государственной власти и управления, предприятия и организации
Мвждународ
организации
ПО СТаН-
меТрОЛОГИИ,
и
комитеты
ИСО.МЭК.
сен,
сенэпЕк
ВТО
т
центры ВТО
нщ центры]
— ертн-
СНГ
г
ГОССТАНДАРТ РОССИИ
Национальный
информационный
центр по
стандпрти-
\зации, серти-
в торговле
(НИЦ ВТО)
\АБнД-.
нотификации,
НД:
\КОММеНТВрИИ
ВНИИКИ-
еазовая
организация
по
стандартизации
СНГ
Научные,
технические
и
общественные
организации
Технические
регламенты
Стандартым
иж проекты
овртифика-
ц**
продукции и услуг
Нотифнка
цни.к
тарии
Технические
комитеты
по
в России
Федеральный фонд
стандартов
Госстандарт России
Главный
информационный
центр
Фонды
отвчест-
НИИ
Госстан-
и
иностранных
документов,
кластеры
Минне I ере га ш ведомства,
разрабатывающие
нормативы
МнфОГМШВЮШЛФО
центры стандартов
министерств
И1
Министерства и ведомства,
че разрабатывающие
нормативы
Фонды стандартов
территориальных органов,
министерств и ведомств
Федеральные^
органы
управления
Местные
органы
управления
т^
Государственный
центр
каталогизации
продукции
Банки
о продукции
Террито-
центры
каталогизации
Цвнтры
стандар-
метрологии
иовртифи-
(ЦСМ)
Предприятия и организации-источники информации
данных по нормативным документам
^вс. 1.8. Организационная струюура системы информационного обеспечения
стандартизации, метрологии и сертификации
37
Головной институт в области информационного
обеспечения— ВНИИКИ РФ (Всероссийский научно-исследовательский
институт классификации, терминологии и информации по стандартизации и
качеству), который ведет фонд отечественных, международных,
региональных и зарубежных стандартов, а также имеет автоматизированные
банки данных.
ВНИИКИ выполняет функцию национального информационного
центра ИСОНЕТ. Участие в ИСОНЕТ имеет для РФ весьма важное
значение, так как дает возможность безвозмездно получать
регулярную информацию о национальных стандартах зарубежных стран, а
также сами стандарты развитых стран, что является необходимой
информацией для ТК по стандартизации.
В целях совершенствования системы информационного
обеспечения Госстандартом РФ создан Информационный комитет по
стандартизации, метрологии и сертификации (ИНФКОС). Главная цель
ИНФКОС — научно-методическое и практическое руководство
работами по информационному обеспечению стандартизации,
сертификации и метрологии в стране на базе Федерального фонда стандартов и
автоматизированных банков данных.
С развитием информационных технологий приобрели актуальность
методы классификации и кодирования информации. В России создается
Единая система классификации и кодирования технико-экономической
и социальной информации (ЕСКК). Основные принципы, правила и
требования, регламентирующие создание системы, изложены в ПР
50-733—93 «Основные положения Единой системы классификации и
кодирования технико-экономической и социальной информации и
унифицированных систем документации Российской Федерации».
1.7. Совершенствование ГСС и перспективы
вступления России в ВТО
Принятая в 1998 г. Концепция национальной системы
стандартизации в России обобщает достижения многолетнего опыта
отечественной стандартизации и определяет задачи по актуализации целей и
методов стандартизации, выбору приоритетных направлений
стандартизации и международного сотрудничества в этой области, гармонизации
основной терминологии с основополагающими документами ИСО,
МЭК, ВТО. В Концепции подчеркивается необходимость
практической реализации принятых в международной практике экономической,
социальной и коммуникативной функций стандартизации, что является
38
одним из условий присоединения России и ВТО. Концепция
определяет основные исходные предпосылки развития и дальнейшего
совершенствования стандартизации в РФ:
необходимость государственного регулирования экономики в
условиях ее ориентации на рыночный характер;
обеспечение практических мер по вступлению России в ВТО как
способа интеграции отечественной экономики с мировой экономикой;
постепенное снижение зависимости потребительского рынка
товаров и услуг от импорта;
обеспечение опережающего характера научно-технической
интеграции с развитыми странами.
Основные положения Концепции распространяются на виды
деятельности по стандартизации, в том числе:
установление приоритетных направлений и объектов
стандартизации;
оптимизацию состава и структуру фонда стандартов;
внедрение современных информационных технологий в систему
информационного обеспечения стандартизации.
Предстоящее вступление России в ВТО вызвало необходимость
приблизить практику работ по стандартизации к требованиям этой
организации, что отразилось на актуализации задач стандартизации.
Успешная реализация этих задач требует комплексного характера
стандартизации по отношению как к жизненному циклу, так и к
сырью, комплектующим материалам и готовым изделиям. А это в
значительной степени связано с совершенствованием системы
информационного обеспечения работ в области стандартизации,
сертификации и метрологии.
В Концепции национальной системы стандартизации выделены
Главные направления, которые должны быть актуализированы и
гармонизированы с международными правилами:
выполнение условий присоединения России и ВТО;
сближения статуса отечественных и зарубежных стандартов;
формирование технического законодательства;
методология и организация работ по стандартизации;
международное сотрудничество в области стандартизации.
По выполнению условий присоединения России и ВТО Концепция
определяет две главные задачи стандартизации:
создание условий для гармонизации отечественных стандартов и
Других нормативных документов с международными стандартами;
обеспечение информационного взаимодействия со всеми
государствами—членами ВТО.
39
По сближению статуса отечественных и зарубежных стандартов
(т.е. по переходу от обязательных стандартов к их рекомендательному
характеру) Концепция предусматривает тактику поэтапного создания
надлежащих условий.
В части формирования технического законодательства Концепция
определяет направления развития на усиление прикладного характера
основных положений Законов РФ «О стандартизации», «Об
обеспечении единства измерений», «О сертификации продукции и услуг», «О
защите прав потребителей».
Практическое выполнение законодательных актов должны
обеспечивать технические регламенты и обязательные стандарты. Стандарт
приобретает статус обязательного, если законодательный акт
ссылается на данный стандарт либо текст законодательного акта
непосредственно содержит его требования.
Приоритетность направлений и объектов стандартизации для
России Концепция определяет, исходя из принятых на международном
уровне направлений. Так, в области безопасности и экологии
приоритетной должна быть стандартизация качества продукции,
технологических объектов, утилизация отходов технологического оборудования,
окружающей среды в мирное время.
В области методологии и организации работ по стандартизации в
Концепции отмечается, что общие принципы стандартизации, на
которых основана российская ГСС, гармонизованы с международными
правилами. Но практические методы разработки нормативных
документов нуждаются в дальнейшем совершенствовании и актуализации
путем электронизации процесса создания стандарта.
Относительно методологии стандартизации Концепция вносит
коррективы в состав фонда государственных стандартов и в планирование
работ по стандартизации с учетом международной практики.
В области международного сотрудничества главной задачей
Концепция считает активизацию участия России в работе руководящих и
технических органов международных и региональных организаций по
стандартизации. Приоритетными направлениями участия должны стать
обеспечение возможности принятия российских стандартов в качестве
международных и ведение секретариатов в технических комитетах и
рабочих группах.
Задачи по стандартизации оборонной продукции, определяемые
Концепцией, вытекают из закона РФ «О стандартизации»,
федеральных законов «О государственном оборонном заказе» и «О поставках
продукции для федеральных государственных нужд». Проблемы
данной области стандартизации связаны с реформированием
Вооруженных сил РФ и необходимостью сближения организационных и методо-
40
логических принципов стандартизации гражданской и оборонной
продукции, с другой. На этой основе определены приоритетные задачи
стандартизации оборонной продукции.
Определяя задачи по информационному обеспечению
стандартизации, основной базой которой является Федеральный фонд стандартов,
Концепция выделяет проблему эффективности его работы.
Перспективная и весьма актуальная задача информационного
обеспечения— создание государственной системы каталогизации продукции.
Банк данных этой системы формируется на основе каталожных листов
предприятий — изготовителей.
Классификация и кодирование технико-экономической и
социальной информации связаны с информационным обеспечением.
Концепция выделяет основные объекты классификации и кодирования,
способы гармонизации процесса с международными принципами и
направления дальнейшего развития этой деятельности в РФ. Основными
объектами классификации и кодирования должны быть: продукция,
основные фонды, предприятия и организация, занятия, специальности,
профессии, валюты, услуги, изделия, конструкторские документы,
другие объекты технико-экономической и социальной информации.
Гармонизация может быть достигнута прямым применением
международного классификатора либо косвенным.
В области государственного контроля и надзора за соблюдением
стандартов уже произошли и предвидятся в перспективе значительные
изменения. Концепция отмечает, что дальнейшее развитие
государственного контроля и надзора должно базироваться на совокупности
основополагающих принципов как отечественной, так и зарубежной
практики. По мере перехода России на полностью добровольный
статус стандартов государственный контроль и надзор должны
трансформироваться в надзор за соблюдением технических регламентов по всей
номенклатуре обязательных требований.
Концепция уделяет должное внимание подготовке и повышению
квалификации кадров, выделяя такие важнейшие перспективные
задачи, как: разработка квалификационных требований; внедрение в
учебный процесс активных форм обучения и современных
информационных технологий; профессиональный отбор способной молодежи и
более ранняя ориентация на потребности предприятия; привлечение к
учебному процессу видных специалистов организаций Госстандарта,
активное использование передового зарубежного опыта.
Разработка и публикация Концепции Национальной системы
стандартизации способствует усилению степени прозрачности ГСС, что
является одним из требований ГАТТ/ВТО. Кроме того, этот документ
Может рассматриваться как программа дальнейшего развития системы
41
стандартизации в России в целях интеграции национальной экономики
в мировое хозяйство, а не в целях решения задач в условиях
командно-административного характера экономики. В этой связи ускоряются
темпы гармонизации российских стандартов с международными: в
1997 г. гармонизированных нормативных документов было 16%, в
1998 г. —50%, к 2005 г. планируется до 75%.
Гармонизация стандартов—это приведение его
содержания в соответствие с другим стандартом для обеспечения
заменяемости продукции (услуг), взаимного понимания результатов испытаний и
информации, содержащейся в стандартах. В такой же степени
гармонизация может быть отнесена и к техническим регламентам.
Гармонизация стандартов имеет важнейшее значение для
расширения взаимовыгодного обмена товарами (услугами), заключения
соглашений по сертификации, развития и углубления промышленного
сотрудничества и совместного решения научно-технических проблем,
повышения и обеспечения качества продукции, оптимизации затрат
материальных и энергетических ресурсов, повышение эффективности
мер по безопасности труда и защите окружающей среды.
Гармонизация стандартов приводит нормативные документы,
действующие в ГСС, в соответствие с требованиями Соглашения по
техническим барьерам в торговле (в частности, Кодекса по стандартам),
что создает предпосылки полной гармонизации методов регулирования
внешнеэкономической деятельности с правилами ВТО.
В 1993 г. было принято решение о преобразовании ранее
действовавшей организации по тарифам и торговле (ГАТТ) в единую
Всемирную торговую организацию (ВТО). В ее компетенцию дополнительно
вошли и другие вопросы: защита прав интеллектуальной
собственности, инвестиционная деятельность, торговля услугами (банковскими,
страховыми, транспортными).
Основные требования Кодекса по стандартам касаются
стандартизации, оценки, соответствия, информации.
" Гармонизированные (эквивалентные) стандарты могут содержать
некоторые различия по форме, в пояснительных примечаниях, в
отдельных специальных указаниях и т.п. В связи с этим Руководство 2
ИСО/МЭК предложило термины — идентичные стандарты и
унифицированные стандарты. Идентичные стандарты — гармонизованные
стандарты, полностью идентичные по содержанию и по форме.
Унифицированные стандарты — это гармонизованные стандарты, которые по
содержанию идентичны, но отличаются по форме представления.
В зависимости от нормативного документа, по отношению к
которому гармонизуется стандарт, различаются уровни гармонизации:
международный, региональный, в рамках соглашения (двух и более).
42
Гармонизация отечественных стандартов с международными в
2000 г. составила более 50% ко всему фонду России. В настоящее
время акценты гармонизации все заметнее смещаются в сторону
национальных систем стандартизации, сертификации и метрологии.
Правила ГСС применения международных
стандартов в РФ допускают применение следующих международных и
региональных стандартов:
принятие аутентичного текста международного стандарта в
качестве государственного российского нормативного документа (ГОСТ Р)
без каких-либо дополнений и изменений («метод обложки»).
Обозначается такой стандарт так, как это принято для отечественного
стандарта;
принятие аутентичного текста международного стандарта, но с
дополнениями, отражающими особенности российских требований к
объекту стандартизации. При обозначении такого нормативного
документа к шифру отечественного стандарта добавляется номер
соответствующего международного.
Руководство 2 ИСО/МЭК рассматривает прямое и косвенное
применение международного стандарта.
Прямое применение — это применение международного стандарта
независимо от его принятия в любом другом нормативном документе.
Косвенное применение — это применение международного
стандарта независимо от его принятия в любом другом нормативном
документе, в котором этот стандарт был принят.
Таким образом, по терминологии указанные выше два
варианта— это косвенное применение международного стандарта в
национальной системе стандартизации РФ.
Наиболее актуальным направлением по использованию
международных стандартов в РФ считается машиностроение, где из 5000
действующих стандартов более 2000 — международные.
Задачи по применению международных стандартов в РФ и
гармонизации с ними российских нормативных документов включены в
Концепцию национальной системы стандартизации.
Контрольные вопросы
1. Какова цель разработки и внедрения Государственной системы стандартизации
Российской Федерации (ГСС)?
2. Проанализируйте степень гармонизации российской системы стандартизации.
влияют ли обнаруженные Вами отличительные особенности ГСС на возможность
вступления России в ВТО?
3. Какие нормативные документы по стандартизации действуют в России и какова
Степень обязательности их требований?
43
4. Какой состав нормативных документов по стандартизации в России
устанавливает Закон РФ «О стандартизации»?
5. Как заданы структура и функционирование фонда стандартов в стандартизации
систем управления качеством? В чем состоит мотивация «петли качества»?
6. Установите зависимость задач метрологического обеспечения и стандартизации.
Какие задачи решает метрологическая экспертиза и метрологический контроль
конструкторской и технологической документации?
7. Охарактеризуйте директивы ЕС в сфере стандартизации и экологии. Какая
существует символика экомаркировки?
8. Назовите системы экоуправления на базе национальной и международной
стандартизации. В какой последовательности внедряется система экоуправления?
9. В чем состоит гинезис и проблематика международной организации по
стандартизации ИСО? Какой статус применения имеют международные стандарты ИСО?
10. Поясните сферу деятельности международной электротехнической комиссии
(МЭК). В какой области Вам известно сотрудничество ИСО и МЭК?
11. Как организуются работы по стандартизации в России по Закону РФ «О
стандартизации»?
12. В чем назначение информационного обеспечения работ по стандартизации и
какой существует порядок его проведения?
13. Определите сходства и различия (в статусе, содержании и др.) международных
стандартов ИСО и МЭК. Почему необходимо применять эти стандарты в России?
ГЛАВА 2
ОБЪЕКТЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
2.1. Стандартизация промышленной продукции
Промышленная продукция —это материализованный
результат процесса трудовой деятельности, обладающий полезными
свойствами, предназначенный для использования потребителями в
целях удовлетворения их потребностей как общественного, так и
личного характера.
Вся промышленная продукция (для оценки уровня качества)
разделена на два класса: расходуемая при использовании и расходующая
свой ресурс (рис.2.1).
Частный случай промышленной продукции — изделие. Изделие
является единицей промышленной продукции, количество которой
может исчисляться в штуках или экземплярах. Изделие (как объект
машиностроения) является предметом изучения в кибернетической
постановке по компонентам данной дисциплины. Однако в некоторых
случаях количество определенных изделий характеризуется непрерыв-
| Первый класс
Продукция, расходуемая
при использовании
1
Ц Промышленная II
|| продукция ||
Второй класс
Продукция, расходующая
свой ресурс \
1
Группа 1
Сырье и
природное
топливо
Группа 2
Материалы
и продукты
1
Группа 3
Расходные
изделия
Группа 4
Перемонтируемые
изделия
Группа 5
Ремонтируемые
изделия
Рис. 2.1. Классификация промышленной продукции
45
ной величиной, применяемой для нештучной продукции и
исчисляемой с помощью единицы массы. Виды изделий, представляющие
объекты конструкторской документации, являются изделиями
машиностроения, т.е. детали, сборочные единицы, комплексы и комплекты.
Изделия машиностроения входят во второй класс промышленной
продукции и делятся на неремонтируемые (группа 4) и ремонтируемые
(группа 5). Примерами изделий в группах являются: в группе 4 —
болты, гайки, подшипники и т.п., в группе 5 — технологическое
оборудование различных отраслей промышленности, сельскохозяйственные и
транспортные машины, измерительные приборы, средства
автоматизации и систем управления.
Изделия машиностроения создают для того, чтобы обеспечить
возможность действия, направленного на удовлетворение материальных
потребностей. Действию изделий подвергаются масса, энергия,
информация и по их переработке выделяют классы изделий:
металлорежущие станки, вычислительные машины, шахты, домны,
технологическое оборудование (энергия, масса, информация);
теплообменники, аккумуляторы, электрические двигатели (энергия);
массообменные аппараты, выпарные аппараты, паровые котлы,
дробилки, насосы, компрессоры (энергия и масса);
контрольно-измерительные приборы, блоки автоматики,
радиоприемники, телевизоры (энергия и информация);
сосуды, резервуары для хранения газа и жидкости (масса).
Каждое изделие характеризуется совокупностью выходных
параметров, т.е. величинами, определяющими показатели качества
данного изделия. Показатели качества могут характеризовать самые
разнообразные свойства изделия в зависимости от его назначения и тех
требований, которые к нему предъявляются. Среди этих свойств
важное значение имеет взаимозаменяемость и сопутствующие ей
свойства: точность; надежность и стабильность. Обычно каждое изделие
характеризуется рядом выходных показателей качества, и их
предельные значения контролируются и регламентируются
нормативно-технической документацией (НТД). Значение каждого выходного
показателя качества изделия зависит от выходных показателей качества
составных частей по иерархии строгого порядка состава изделия, в
чем проявляется непрерывность обеспечения взаимозаменяемости от
изделия до детали.
В стандартизации изделий машиностроения выработана практика,
согласно которой в НТД включают технические условия, подлежащие
соблюдению при создании изделий. Под техническими условиями
понимают систему качественных показателей с установленными для них
количественными данными и допусками. Технические условия опреде-
46
Я1СТ задачу, которую предстоит разрешить как в процессе конструи-
оования, так и во время производства на машиностроительном заводе
и в эксплуатации изделия. В технических условиях указывают
назначение и требования к изделию, методы контроля, прогрессивные
способы производства, транспортировки, методы нанесения клейма. Стан-
парты на технические условия являются проводниками новой техники
и прогрессивной технологии производства.
2.2. Стандартизация технических условий
Технические условия (ТУ) разрабатывают предприятия и
другие субъекты хозяйственной деятельности в том случае, когда
стандарт создавать нецелесообразно. Объектом ТУ может быть продукция
разовой поставки, выпускаемой малыми партиями.
В соответствии с Законом «О стандартизации» ТУ отнесены к
техническим, а не нормативным документам. В то же время установлено,
что ТУ рассматриваются как нормативные документы, если на них
есть ссылка в контрактах или договорах на поставку продукции. Тогда
их согласование (принятие) осуществляется по РП 50.1.001—93.
' Особенность процедуры согласования ТУ состоит в том, что во
время приемки новой продукции, выпущенной в соответствии с их
требованиями, происходит их окончательное согласование с приемочной
комиссией. Но чтобы представить ТУ приемочной комиссии во время
приемки, требуется предварительно разослать проект технических
условий и дополняющую их документацию тем организациям,
представители которых будут участвовать в приемке продукции. ТУ считаются
окончательно согласованными, если подписан акт приемки опытной
партии (или опытного образца). Соответственно решается вопрос о
возможности производства промышленной продукции. В тех случаях,
когда предприятие принимает решение о производстве продукции без
приемочной комиссии, ТУ обязательно согласуются с заказчиком.
Не подлежат согласованию те требования и нормы ТУ, которые
относятся к обязательным. В таком случае в технических условиях
проводится ссылка на соответствующий государственный стандарт.
Правила согласования ТУ предоставляют их разработчику самому решать
вопрос о согласовании с заказчиком, если этот документ был создан в
инициативном порядке.
Принимает ТУ их разработчик (руководитель или заместитель
руководителя организации) без указания срока действия, за исключением
°тдельных случаев, когда заинтересованность в этом проявляет заказ-
чик (потребитель) продукции.
47
Стандарт общих технических условий как нормативный
документ включает следующие разделы: классификацию; основные
параметры (размеры); общие требования к параметрам качества
(характеристики надежности, назначения, эргономики, ресурсосбережения,
технологичности, точности), упаковке, маркировке; требования
безопасности; требования охраны окружающей среды; правила приемки
продукции; методы контроля, транспортирования и хранения; правила
эксплуатации, ремонта и утилизации.
Наличие в содержании стандарта тех или иных разделов зависит от
особенностей объекта стандартизации и характера предъявляемых к
нему требований.
Стандарт технических условий как нормативный
документ устанавливает всесторонние требования к конкретной продукции
(в том числе различных марок или моделей этой продукции),
касающиеся производства, потребления, поставки, эксплуатации, ремонта,
утилизации. Сущность этих требований не должна противоречить
стандарту общих технических условий. Но стандарт технических
условий содержит конкретизированные дополнительные требования,
относящиеся к объекту стандартизации (указание о товарном знаке, если
он зарегистрирован в установленном порядке; знаки соответствия,
если изделия сертифицированы; особые требования, касающиеся
безопасности и охраны окружающей среды). Стандарты технических
условий могут содержать требования к ассортименту предоставляемых
услуг (точность и своевременность исполнения, эстетичность,
комфортность, комплексность обслуживания).
В технические условия на изделия машиностроения вводят два
обязательных указания: номинальный размер и требования к точности
по величине допуска.
Номинальный размер вводится для проведения общей
идентификации, допуск ограничивает отклонение состояния изделия от показателя
качества. На практике контроль функциональных параметров в
основном связан с контролем отклонений, а поэтому значительная часть ТУ
отводится допускам, которые обеспечивают в производстве.
Назначение допусков сталкивается со следующими трудностями: 1
—противоречивость проблемы допуска; 2 — стимулирование уменьшения
величины допуска; 3 — стимулирование увеличения величины допуска;
4 — функционально-технологический синтез регламентации допусков;
5 — экономическая эффективность качества изделия.
1. Каждый допуск предполагает компромисс между
функциональными и технологическими требованиями.
Функциональные требования предполагают:
48
обеспечить техническое состояние по заданной работоспособности
в безотказный период;
обеспечить качество функционирования изделия по
потребительским свойствам (взаимозаменяемость, точность, надежность,
стабильность, технологичность);
защитить конструкцию от внешнего эксплуатационного
воздействия (среды обитания);
устранить риск во избежание несчастных случаев;
предусмотреть взаимозаменяемость при обслуживании и ремонте;
предусмотреть конкурентоспособность на внешнем и внутреннем
рынке.
Технологические требования предполагают:
управление технологической подготовкой производства (ТПП);
управление технологическим процессом;
автоматизацию традиционного жесткого и гибкого производства;
предусмотреть взаимозаменяемое производство;
создать фонд нормативно-технической документации (НТД) и
систему технического контроля (СТК).
Меньшие допуски повышают качество продукции и издержки
производства; большие допуски, наоборот, снижают качество, но
повышают экономичность. Постоянной проблемой остается сокращение
издержек при неизменном уровне качества либо улучшение качества при
неизменных затратах.
* 2. Данный фактор точности, вызванный повышением требований и
надежности изделия ресурсу, внешнему виду; сокращением затрат на
Подгонку и регулировку изделия в процессе сборки; соблюдением
взаимозаменяемости при эксплуатации; расширением использования
технологической оснастки, стимулирует уменьшение величины допуска.
3. Иногда производственная необходимость стимулирует
увеличение допуска. К ним относят: производственное планирование;
разработку и изготовление; отладку технологического оборудования;
перезаточку и установку инструмента; ремонт и замену оснастки,
инструмента; объем выпуска изделий.
4. Проводится функциональное нормирование от допуска
показателя качества до допуска геометрической точности детали. По
результатам нормирования вводят допуск на текущий размер, как синтез
отклонений размера и рельефа поверхности. Допуск на текущий размер
назначается на параметр жесткой детали, которая сохраняет размеры и
форму под действием собственной массы. Предусматривается
технологическое обеспечение допусков по эталону. Допуск на изделие
согласуется с точностью измерения, как его составной части.
4 — 4523 49
5. Назначение функциональной и технологической точности
синтезом допусков согласуется между собой и обусловливается
экономически величиной прибыли от продажи изделия.
Концепция Государственной системы стандартизации ГСС (1988) и
ее совершенствование в России намечает в перспективе более широко
использовать ТУ в решении вопросов обеспечения качества и
безопасности тех видов (групп) продукции, которые относятся к более
опасным, а также вновь разрабатываемой потенциально опасной
продукции в период, пока государственные стандарты на нее не разработаны.
При этом необходимо обязательное согласование ТУ с органами
государственного надзора, предоставление аутентичного экземпляра для
фонда стандартов, государственная регистрация ТУ на продукцию для
государственных нужд.
В Концепции предусматривается также применение ТУ в качестве
нормативного документа при добровольной сертификации продукции
и услуг.
2.3. Стандартизация и качество продукции
2.3.1. Объективная необходимость улучшения качества
продукции
Систематическому улучшению качества продукции придается
большое значение, так как улучшение качества продукции повышает
эффективность общественного производства, эффективность
использования промышленных изделий, расширяет возможности экспорта,
обеспечивает экономию всех видов ресурсов и рост жизненного
уровня народа.
Особенность проблемы качества продукции состоит в том, что с
развитием научно-технического и социального прогресса она не
упрощается, а становится все более сложной, все более острой.
Стремительное развитие научно-технического прогресса
обусловило новый этап в развитии техники — создание больших технических
систем и организацию выпуска продукции в больших количествах.
Изделия становятся все более сложными, в них увеличивается
количество деталей, составляющих элементов. Это накладывает отпечаток на
требования к качеству, и в первую очередь на свойства
функционирования (взаимозаменяемость, надежность, точность, стабильность).
Таким образом, современный характер техники, ее возрастающая
сложность и массовые масштабы производства объективно диктуют
необходимость повышения качества продукции.
50
Повышение качества при одновременном снижении общих
издержек является единственно правильным путем. Лишь в тех случаях,
когда затраты на повышение качества оказываются столь значительны-
ми, что мобилизация внутрипроизводственных резервов не
перекрывает их, следует планировать повышение себестоимости продукции.
Прибыль как объективная экономическая категория оценки
улучшения качества играет все большую роль в
производственно-хозяйственной деятельности предприятия. Значение прибыли определяется
тем, что в новых условиях хозяйствования с рыночной экономикой
она становится основным источником финансирования, развития и
совершенствования производства. Величина прибыли зависит от многих
факторов, но главным образом — от массы реализованной продукции,
^ебестоимости и уровня цен. Масса реализованной продукции зависит
от спроса на продукцию, связанного с ее качеством.
Государственной системе стандартизации (ГСС) в улучшении
качества продукции принадлежит важное место. Особая роль
стандартизации в повышении качества продукции на современном этапе
заключается в усилении органической связи стандартов с качеством, а также в
больших организационных возможностях стандартизации по
объединению усилий предприятий и организаций независимо от их
ведомственной принадлежности, по целенаправленному воздействию на качество
на всех стадиях жизненного цикла продукции и уровнях управления.
(Стандартизация своими методами и возможностями позволяет
практически осуществлять повышение качества продукции.
~ В теории и практике улучшения качества выделены две проблемы:
качество и менеджмент качеством.
1 Зарождение элементов управления качеством в
России. Основные требования к качеству содержатся в стандартах на
продукцию и в требованиях потребителей (заказчиков). Исходя из
этого, управление качеством должно обеспечивать уверенность в
выполнении указанных требований, что предусматривает проведение
контроля как процесса, так и результатов деятельности по качеству. Такое
емкое толкование понятия управления качеством позволяет
утверждать, что эта деятельность началась вместе с началом трудовой
деятельности людей на Земле.
Первые упоминания о стандартах на качество в России были
отмечены во времена правления Ивана Грозного, когда были введены
стандартные калибры-кружала для измерения пушечных ядер. Начало
более широкому внедрению стандартизации в производство было
положено Петром I, со времени правления которого и начинает отсчет
русская промышленная стандартизация.
4Ф 51
В первом собрании законов Российской Империи эпохи Петра 1
был помещен ряд указов, свидетельствующих о том, что в это время
в России внедрялись элементы стандартизации и
взаимозаменяемости. При постройке флота для Азовского похода в качестве образца
была использована галера, по которой были изготовлены остальные
галеры. Это дало возможность провести постройку флота быстро и
качественно. Особое внимание Петр I уделил стандартизации
оружейного снаряжения. Так, в указе № 2436 от 15 февраля 1712 г.
сказано: «А ружье драгунское, так и солдатское, такие и пистолеты,
когда будет повелено, делать одним калибером». Несомненный интерес
представляет Указ Петра I о качестве от И января 1723 г. Из текста
Указа ясны не только требования Государя к качеству продукции (в
данном случае — ружья
для армии), но и к
системе контроля
качества, государствен ного
надзора за ним и меры
наказания за выпуск
дефектной продукции
(рис. 2.2).
Стремясь к
расширению внешней
торговли, Петр I не только
ввел технические
условия, учитывающие
высокие требования
иностранных рынков к
качеству отечественн ых
товаров, но и
организовал в Петербурге и
Архангельске
правительственные бракеражные
комиссии, которым
вменялось в обязанность
следить за качеством
экспортируемого
Россией сырья (льна, пеньки,
древесины и т.д.).
Развитие
промышленности и транспорта
в России привело к
расширению работ по
Указ
о кдчеотвв
ятлрм II дня 172Э гчдд
Помммю X*»*** Тульской
флернки Кормилу Бсаогаазова
ВИТЬ КНуТЬ* И СОСЛАТЬ НА рЛВОТу
в мондстырн, понеже ом, подлец.
османам войску Государства
проддвлть негодные пищали и
Стлршнну ДльдсрмАлл Фролл
Фуки «нть кнутом м сослать ■
Адов, пусть не- ставит клеили кл
плоде ружья.
ПрИКАЗЛИО ОруЖСЯПОН КАНЦСЛЯрИН КЗ
Петеввургл пер«|4ть в Тулу и денно
м нощно влюстн испрАвнесть ружей.
Пусть дьяки и подьячие смотрят,
I КЛОАКА СТАВЯТ, ВуД€
осмотром и стрельво». А два ружья
каждый .месяц стрелять пока не
испортится.
Буде заминка в войске прикмочдться
при ерлженни ое недогляду дьяков и
подьячих КИТк •ШХ кнутьями
нещддие по оголешому месту.
Хозяину — 25 кнутов п пени по
та?-**-
ТЛрШИМу ААЬАерМААА — ВИТЬ ДО
весчуствяя.
Стлршеге дьяка отдать в уитер-
ЙЬЯКА — ОТДАТЬ В ПНСЛрН.
одьячего лишить воскресной члркн
срокам иа один год.
Новому Хозяину ружейной флернки
дьякам и подьячим нэки, ддсы не
Хуже хозяйской выли, суде хуже, пусть
Демидов ие оетакдется. покелевлю
Петр I
Рис. 2.2. Указ Петра I
стандартизации. В 1860 г. был установлен единый размер
железнодорожной колеи (1524 мм) и утверждены габаритные нормы
приближения строений и подвижного состава. В 1889 г. приняты первые
технические условия на проектирование и сооружение железных дорог, а в
1898 г. — единые технические требования к поставке основных
материалов и изделий для нужд железнодорожного транспорта. В 1899 г.
был выпущен единый сортамент профилей прокатной стали.
В 1900 г. был принят ряд правил и норм проектирования и
эксплуатации электротехнических устройств.
Внедрение российских национальных стандартов и единых
требований к качеству продукции в дореволюционной России затруднялось
из-за большого числа иностранных концессий, владельцы которых
применяли свои стандарты. Такое положение привело к
распространению в России трех систем мер (аршинной, дюймовой, метрической),
которые затрудняли производство продукции и контроль ее качества.
Одним из первых после революции был принят декрет «О
введении международной метрической системы мер и весов» (14 сентября
1918 г.), имевший важное значение для развития стандартизации. В
1925 г. создается Комитет по стандартизации, на который возлагается
руководство работами по стандартизации в стране и утверждение
стандартов, обязательных для всех отраслей народного хозяйства. В
1926 г. был утвержден первый общесоюзный стандарт ОСИ
«Пшеница. Селекционные сорта зерна. Номенклатура». В том же году
приняты стандарты на новый сортамент стального проката, что позволило
сократить число типоразмеров профилей в 6 раз, а также стандарты на
метрическую и дюймовую резьбу, на допуски и посадки, что
позволило наладить серийное массовое производство стандартных
общемашиностроительных деталей. Эти стандарты стали основой для овладения
методами передовых зарубежных фирм, таких, как Форд, Тейлор, по
контролю качества продукции на основе системы допусков и посадок.
2.3.2. Квалиметрическая оценка качества продукции
Научная область, объединяющая количественные методы оценки
качества, используемые для обоснования решений, принимаемых при
Управлении качеством продукции и стандартизации, называется ква-
л и м е т р и е й. Основные задачи квалиметрии — определить
номенклатуру необходимых показателей качества изделий и их оптимальных
значений, а также разработать методы количественной оценки
качества, создать методику учета изменения качества во времени.
В квалиметрической оценке качества продукции различают
понятия свойств и показателей качества. Качественную или количествен-
53
ную характеристику любых свойств или состояний продукции
называют признаком продукции. При изменении свойств изделий
изменяются показатели качества (рис. 2.3). Показатель качества, являясь
внешним выражением свойства в конкретных условиях, позволяет
судить о наличии самого свойства. Свойство продукции проявляется при
ее создании, эксплуатации и потреблении. Стандартизирована
номенклатура свойств и показателей качества.
В номенклатуре свойств выделяют свойства основной функции
изделий (качества функционирования изделий) и потребительские
свойства. К числу основных относят свойства отдельных изделий (точность,
надежность) и свойства совокупности изделий (взаимозаменяемость,
стабильность). Потребительские свойства проявляются в процессе
потребления при удовлетворении материальных и культурных
потребностей определенных групп продукций. Они определяют эффективность
использования изделий по назначению, их социальную значимость,
практическую полезность и эстетическое совершенство. Структура
потребительских свойств служит основой для формирования перечня
номенклатуры потребительских показателей качества, они
классифицируются по характеру удовлетворяемых потребностей: свойства
социального назначения; свойство социальной направленности; свойство,
характеризующее соответствие изделия оптимальному ассортименту; моральное
старение; функциональные свойства в полезности потребления;
эргономические свойства изделий; эстетические свойства изделий:
безопасность изделий в потреблении: экологические свойства.
В номенклатуре показателей качества продукции устанавливается
перечень наименований количественных характеристик свойств
продукции, входящих в состав
качества продукции и
обеспечивающих возможность оценки ее
уровня качества. Показатели
качества продукции в
зависимости от характера решаемых
задач по оценке уровня
качества продукции классифицируют
по различным признакам на
всех стадиях жизненного цикла
изделий. Для качества
функционирования изделий
первостепенное значение имеют
показатели групп назначения,
надежности, технологичности, уни-
Рис. 2.3. Связь понятий качества продукции фикации, экономические.
54
Признак продукции
1_
Качестввнный
признак
I
II
§1
I
Количественный признак
(параметр продукции)
?!
II
5 С
Показатель качества продукции
Свойства и показатели качества продукции регламентируются в
стандартах и технических условиях, используются при проведении
сертификации, экспертизе технической документации и опытных
образцов, в документах, определяющих договорно-правовые отношения
ро специализации и кооперированию производства.
2.3.3. Свойства качества функционирования изделий
Взаимозаменяемость. Взаимозаменяемость имеет огромное
народнохозяйственное значение и обеспечивается единством
научно-технических, экономических и организационных мероприятий. Она является
одной из важнейших предпосылок организации серийного и массового
производства, способствует широкому кооперированию производств,
основанных на изготовлении многочисленных комплектующих
элементов изделий машиностроения на различных специализированных
предприятиях. Взаимозаменяемость позволяет не только лучше
организовать производство изделий, но и сократить сроки и повысить
качество их ремонта в процессе эксплуатации. Обеспечение
взаимозаменяемости в заводском изготовлении дешевле, чем при монтаже вне
завода; в эксплуатации бывает дешевле заменить, чем ремонтировать.
л Взаимозаменяемость — одно из средств достижения
окончательного результата в повышении качества изделий. Она предполагает
цри большей стоимости изготовления деталей достичь наименьшей
стоимости сборки и монтажа, снижая общие затраты на производство
Изделий.
Взаимозаменяемость как свойство совокупности
изделий. Взаимозаменяемость — это свойство элемента (детали,
Сборочной единицы), обеспечивающее возможность его применения
вместо другого с одинаковыми параметрами без дополнительной
обработки с сохранением заданного качества изделия, в состав которого
оно входит. Взаимозаменяемость является основным свойством
совокупности изделий, определяющим качество продукции, и
характеризуется интенсивностью, наличием отношений между элементами
изделий с учетом общности и специфичности, внешним и внутренним
проявлениями.
Свойство взаимозаменяемости является интенсивным, и его
связывают с количественной оценкой свойства с помощью номинальных
величин N. предельных отклонений и допусков Т параметров элементов.
Допустимое распределение параметра Р формально может быть
записано: Р = N и Т. Изменение параметров является признаком
проявления свойства и позволяет судить о его наличии. Допуск выступает как
мера перехода изделия в другое качественное состояние.
55
Общность и специфичность проявляется в делении
взаимозаменяемости на полную и неполную, определяемые методом ее обеспечения.
Полная взаимозаменяемость достигается системой аддитивных
допусков с их арифметическим сложением, неполная — допущением
перекрывающихся допусков с применением компенсаторов,
теоретико-вероятностного расчета, группового подбора, пригонки.
Членение изделия на элементы по ступеням иерархической
структуры изделия обнаружило внутреннее и внешнее проявление свойства
и привело к делению взаимозаменяемости на внутреннюю и внешнюю.
Внешняя взаимозаменяемость относится к изделию, внутренняя — к
элементам изделия с учетом ступени расположения объекта
взаимозаменяемости. Иерархическая структура организует связи и отношения
взаимозаменяемых элементов в рамках всего изделия от допуска
технических требований до допуска исходного параметра первичного
элемента, что позволяет выбирать оптимальные сочетания между
допусками показателя качества и допусками входящих параметров.
Совместимость свойства взаимозаменяемости указывает на связь ее
с другими качественными свойствами — точностью, надежностью,
стабильностью.
Экспликация взаимозаменяемости. Экспликация
означает перевод интуитивных представлений о взаимозаменяемости в ранг
строгих математических понятий. Она получает удобную
интерпретацию на языке теории отношения путем рассмотрения отношений
порядка по вертикали и эквивалентности по горизонтали.
Условием отношения порядка является рефлексивность (х < х),
антисимметричность (из х < у и у < х вытекает х = х), транзитивность
(х < у и у < 2, то х < 2). По отношению порядка строятся
иерархические схемы показателей качества. Укрупнение по иерархической схеме
составляет методическую основу синтеза с постепенным переходом
единичных показателей (ПК/) соответствующих уровней в
комплексный показатель ПК*:
ПК, = /(ЕПК,).
Показатели качества формируются сверху вниз по ступеням
иерархии при условии, что снизу вверх поступает необходимая информация.
Общий показатель качества ПК* как функция составляющих г, имеет
вид ПК* = (р (ги ^2, •••, *п) (/' = 1, .., п). В свою очередь 21
функционально связан с определяющими параметрами х7 (/ = 1, ..., к). Поэтому
ПК* =/ (*], *2, —5 Хк) и отклонения качества ДПК, обусловленные
вариацией параметров Ах,, можно представить некоторым соотношением
АПК = ДДх,, Ах2, ..., Ах*) или в допусках ПК = Р(Тх], ..., Ть).
56
а) б)
>"-. Рис. 2.4. Графы композиции бинарных отношений взаимозаменяемости:
а — эквивалентность; б — толерантность
м На каждой ступени отношения порядка допусков существую-
йые меры количественных оценок в соответствии с функциональ
свойствами, и их допуски устанавливаются в разных шкалах из
ния. Например, если в подшипнике скольжения допуск целого ев
щ" взаимозаменяемости назначается в единицах измерения мо!
трения, то допуск на составляющие свойства взаимозаменяемости
и, втулки низшей ступени назначается в единицах длины (мкм).
^ Экспликация взаимозаменяемости распространяется на сво
совокупности элементов с условиями рефлексивности (х ~ х)9 си!
(личности (х ~ у, у ~ х), транзитивности (х ~ у, у ~~ г, х - 2), отнои
эквивалентности. Эквивалентность — частный случай толерантн
трк как для него обязательна транзитивность (рис. 2.4, а, б).
<,■ Точность в машиностроении. Свойством основной функции
адй (функционирование), достижение и обеспечение которой выз!
Наибольшие трудности и затраты в процессе производства, явл
Точность. Под точностью понимают свойство, характеризуемое
ф^ью соответствия реальных объектов их идеальным прототипай
личественным критерием точности служит погрешность А — для <
Ш отклонений геометрических параметров, а дефект — для оценк
Чрства основного материала и сварного шва по физическим пар;
Р&м (ГОСТ 15467—79). Погрешности или дефекты бывают дву:
ДОв — разрешенные (регламентируются допуском) и неразрешеш
Величину С, обратную погрешности Л, называют мерой точн
® = 1/А. Она указывает, что точность стремится к оо с приближе
Погрешности к нулю: С = 1/А; Нт О -> оо.
'• д=о
* Чем больше значение меры С, тем выше точность.
Рост выпуска изделий машиностроения сопровождается
повышением точности показателей качества.
Точность — понятие сложное и включает три ее разновидности:
конструкторскую, технологическую и эксплуатационную.
Конструкторскую точность рассматривают в период проектных
работ и определяют погрешности, заложенные в рабочем принципе, с
учетом влияния на функционирование и стоимость изделий. Основной
принцип конструирования не должен иметь погрешности.
Погрешности могут быть уменьшены путем улучшения данного рабочего
принципа или устранены выбором другого с допустимой погрешностью. На
повышение точности в проектной работе воздействуют путем
повышения специальных знаний, изучения литературы, консультаций с
экспертом и целесообразной коллективной работой, личной критической
оценкой.
Технологическую точность рассматривают в производстве изделий.
Применяют три вида воздействия на технологическую точность:
устранение, компенсацию и учет.
Самыми действенными мерами воздействия на технологическую
точность являются меры, которые сводятся к устранению причин
образования погрешностей. Это сопровождается большими издержками
на производстве.
Средствами компенсации воздействия на точность являются
ужесточение точности, введение конструкции с кратчайшей размерной
цепью, введение компенсаторов.
Учет погрешности рекомендован, когда устранение погрешностей
регламентируется затратами.
Эксплуатационная точность зависит от времени вследствие износа:
механического, коррозионного, эрозионного. Технологическую и
эксплуатационную точность находят из данных о конструкторской
точности, используя коэффициент точности как отношение погрешностей
между технологической и конструкторской точностью.
Коэффициент динамичен, так как он зависит от стоимостных
показателей, в большей или меньшей мере изменяющихся во времени.
Экспликация точности распространяется на свойство единичных
элементов с условиями рефлексивности (х ~ х), симметричности (х ~ у,
у - х), отношения толерантности. Отношение толерантности — есть
общий случай к отношению эквивалентности из-за отсутствия
транзитивности (см. рис. 2.4).
Надежность в машиностроении. Развитие техники по важнейшим
направлениям ограничивается требованиями надежности.
Современные технические средства состоят из множеств взаимодействующих
изделий и их составных частей. Отказ в работе хотя бы одного ответ-
58
ственного элемента сложной системы без резервирования может
привести к нарушению работы всей системы, к браку изделий, простою
оборудования, иногда к аварии, связанной с опасностью для
человеческой жизни. Повышение надежности изделий является одной из
важнейших народнохозяйственных задач, это огромный резерв повышения
эффективности использования продукции и производительности
общественного труда. При недостаточной надежности изделий машины
изготовляют в большем, чем нужно, количестве, что ведет к перерасходу
металла, излишкам производственных мощностей, завышению
расходов на ремонт и эксплуатацию. Надежность в проблеме качества имеет
свою собственную меру характеристики изделия. Надежность является
одним из аспектов качества, отражает свойства изделия сохранять
требуемые качественные показатели в течение всего периода
эксплуатации, представляет качество во времени.
Определение надежности. Надежность — это вероятность
того, что изделие будет выполнять свои функции в соответствии с
заданными требованиями в намеченный период времени при
определенных условиях. Период времени, в течение которого изделие
функционирует удовлетворительно, представляет основной интерес при
изменении надежности, поскольку это мера надежности изделия. При
проведении испытаний для определения срока службы обычно измеряется
время до отказа каждой единицы выборки, и на основе этого
выводится средний срок службы совокупности, из которой взята выборка. На
этом основании делаются попытки вывести вероятность отказа до
наступления среднего времени наработки до отказа.
В сущности, надежность связана с двумя главными областями
анализа. Первая представляет собой создание системы, надежность
которой выше, чем надежность отдельных деталей. Этот анализ имеет дело
с изучением физического поведения элементов, которые
функционально связаны различными способами.
Область анализа второго рода представляет собой оценку
надежности отдельных деталей, включенных в систему.
Параметры надежности. Когда детали или системы,
построенные из деталей, находятся в работе, могут наблюдаться три типа
отказов: ранний, случайный и отказ, связанный с износом. Первый тип
Отказов имеет меньшее значение при расчетах надежности. Если
определена и исправлена причина раннего отказа и принята правильная
политика в области ремонта, этот вид отказов не должен встречаться при
Дальнейшей работе оборудования. Таким образом, надежность
доработанного оборудования характеризуется вероятностью случайного
отказа и отказа, связанного с износом. Случайные отказы имеют
экспоненциальное распределение с постоянным отказом и частотой замены. От-
59
казы, связанные с износом, имеют нормальное распределение (или
логарифмическое нормальное распределение) с резким увеличением
нормы отказов в период износа и стабильной нормой замены после
периода стабильной работы.
Частота случайного отказа и отказа, связанного с износом, вместе
определяют надежность оборудования. Для расчетов надежности или
определения оптимальных графиков предупредительного ремонта
должны быть известны отдельно распределения случайных отказов и
отказов, связанных с износом.
Важное значение имеют такие параметры совокупности, как
среднее время наработки до отказа А,, средний срок до износа 8 и среднее
квадратичное а$ отказов в связи с износом. Параметр X используется
для вычисления вероятности того, что в периоды между
предшествовавшим и капитальным ремонтами не будет случайных отказов.
Ясно, что все три параметра (А,, 8 и а§) совокупности деталей
изменяются в зависимости от предельных нагрузок, при которых работают
детали. Такие законы управления надежностью при измерении
нагрузок неизвестны. Когда требуется высокоточное измерение надежности,
необходимо провести лабораторное испытание деталей при нагрузках,
идентичных тем, при которых они будут работать.
Срок службы изделий. При определении вероятности
продолжительности безотказной работы обычно используется
экспоненциальная функция распределения наработки до отказа. Эта функция
задается формулой
/(х) = -е"'\
где х — время; X— среднее время наработки до отказа. Поскольку
X > О и х > О, функция убывает при /(дс) = - для х = 0.
Вероятность отказа в интервале (0, 0 выражается с помощью
интеграла
\Х-е-х,хдх = \-е"\
Вероятность отсутствия отказа до времени /, называемая также
функцией надежности /?(/), равна
/?(/) = 1 -[]-е-',х] = е-,/х.
60
Испытание надежности оборудования в случае экспоненциального
распределения относительно простое, так как при этом необходимо
лишь определить величину X с помощью испытания.
Частота отказов 0(/, ДО определяется как вероятность отказа в
интервале от / до (/ + АО, деленная на вероятность безотказной работы
до периода времени I и умноженная на 1/А/, т.е.
1 ГЛ/ 1 -х/х , 1
Д/Л(/)
Степень риска ДО или мгновенная частота отказов определяется
как предел частоты отказов, когда А/ приближается к нулю, т.е.
При экспоненциальном распределении частота отказов является
постоянной величиной и равна обратной величине среднего времени
наработки до отказа.
При определении надежности характер распределения находится с
помощью эксперимента, а затем выборочные данные испытаний
используются для подтверждения правильности предполагаемого
распределения данных, характеризующих срок службы.
Принятие решения. Если при испытаниях срока службы
наблюдается экспоненциальное распределение, то необходимо
определить, больше или меньше величина А,, характеризующая среднее время
наработки до отказа совокупности по сравнению с заданной величиной
Ао» т.е. Но'. X > Хо, Н\\ X Ао.
Это испытание гипотезы основывается на наблюдаемых значениях
величины отказов выборки, полученной на основе данных испытания.
/ Проверка гипотезы в случае отказа, связанного с износом,
включает нормальное распределение, при этом обращается внимание на то,
что вероятность среднего срока службы, связанного с износом 5,
может быть больше или меньше заданной величины 5о, т.е. Но: 8 = 5о,
Ни 6 = 5|>80.
Эта проверка гипотезы основывается на /-распределении и
осуществляется обычным способом.
При испытаниях надежности необходимо определить параметры
совокупности. Так, в случае экспоненциального распределения п
изделий подвергается испытанию определенный отказ г. Максимально
"близкая оценка среднего времени наработки до отказа равна
61
х = ^ ,
г
где наблюдаемые значения *, „ располагаются в порядке отказа.
Оценка доверительного интервала (1-а) среднего времени наработки до
отказа имеет вид
2г1 2гХ
Процедуры принятия решения при экспоненциальном
распределении включают относительно простые вычисления.
Надежность и качество. Роль обеспечения качества в
управлении надежностью продукции зависит от вида продукции и
организации производства. Надежность является свойством качества,
действующим во времени, так как другие свойства качества
характеризуют его в специфической временнбй ситуации во время
производства и в функционировании. В такой связи управление надежностью
естественно становится составным звеном системы управления
качеством. Изделие не будет иметь надежность большую, чем заложена
конструктором, отклонения могут быть только по чистой
случайности. Конструктор несет главную ответственность за надежность
изделия, отсюда следует, что обеспечение надежности является частью
конструирования.
Необходимым условием повышения надежности является
информативность, получаемая от потребителя, и профессионализм
персонала, занятого обеспечением надежности на всех стадиях жизненного
цикла.
Надежность обусловливает точность и взаимозаменяемость.
Эффективность использования промышленной продукции. Под
эффектом принято понимать результат определенного действия, а под
эффективностью— свойство создавать эффект, результативность (рис. 2.5).
Эффектом называются желательные с позиции данной цели
результаты от создания (проектирование, производство) до применения
(эксплуатация) объектов машиностроения. Эффектом может быть
удовлетворение любых потребностей населения и народного
хозяйства, достижение определенных технических характеристик машин,
достижение любых экономических, социальных и других целей. Эффект
бывает полезным и вредным. Под полезным эффектом понимается
выполняемая изделием работа или отдача за определенный период
времени, которая может выражаться в натуральных или стоимостных
величинах.
62
1 Эффективность использования продукции 1
Качество
продукции
Функциона-
пьная
^пособност^
Качество
экеппуатации
продукции
Работоспособное ть
~~
1
Эксплуа тационная
(потребительская)
ситуация
Отказ
Рис. 2.5. Зависимость эффективности использования
продукции от факторов
Полные затраты на
создание и эксплуатацию
(потребление) изделий
можно рассматривать как
отрицательный
экономический эффект.
Достижение полезных
результатов при
использовании изделий в
конкретной эксплуатационной
ситуации с учетом
эксплуатационных затрат называют эффективностью использования
изделий. Меру как показатель эффективности классифицируют в
двух направлениях: по принципу определения эффекта и по принципу
вида отношения между эффектом Э и затратами С
Ц= Э/Су
где эффекты Э и затраты С могут быть выражены в технических, де-
. нежных или условных единицах.
В ряде случаев приходится учитывать наличие двух видов
эффектов: полезных (повышение коэффициента полезного действия) и
побочных или вредных (образование температурных деформаций, шума,
коррозии).
Если фиксированы затраты С, то Ц = Э -> тах.
Если фиксируются эффекты Э (например, в случае, когда
фиксированы показатели качества, которые удовлетворяются), то Ц = С —> тт.
Общей функциональной характеристикой эффективности
использования изделий является техническое состояние, определяемое двумя
ключевыми понятиями — работоспособность и отказ.
Работоспособность—это состояние изделия, при котором
бно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения
заданиях параметров в пределах, установленных нормативно-технической
Документацией (НТД).
Техническая документация на всех уровнях стандартизации
предусматривает уровень внешних воздействий, методы технического
обслуживания и ремонта, нормы и допустимые отклонения от
установленных параметров. Таким образом, работоспособность изделия
связана не только со «способностью работать», т.е. выполнять необходимые
Функции, но и с тем, чтобы при этом выходные параметры (показатели
качества) изделия находились в допустимых пределах
функционального порога. Разность между допустимыми пределами позволяет
установить допуск, по которому обеспечивается взаимозаменяемость.
63
Отказ —это событие, заключающееся в нарушении
работоспособности изделия. Отказ возникает через некоторый период времени,
который является случайной величиной.
Эксплуатационная ситуация включает: цели и режим
использования изделий (у изделий многофункционального назначения
бывает несколько вариантов использования); условия внешней среды
(температура, влажность, запыленность, агрессивная среда, вибрации);
число единиц используемых изделий.
Эксплуатационная ситуация либо уменьшает, либо восстанавливает
работоспособность машины, продлевая доотказное состояние. Она
характеризуется условиями, в которых эксплуатируется изделие,
поддержанием технического состояния и режимами работы.
Рассеивание нагрузок, скоростей, температур, влажности,
запыленности и других показателей среды, в которых работает машина,
является основной причиной случайного характера процесса изменения
выходных параметров изделия.
Окружающая среда оказывает существенное влияние на работу тех
машин, которые функционируют вне заводских помещений и имеют
непосредственный контакт с атмосферой или иной средой. Особенно
широк диапазон внешних условий для транспортных машин,
функционирующих в различных климатических зонах.
Изделия, эксплуатация которых происходит в стационарных
заводских условиях, тем не менее часто воспринимают разнообразные
нагрузки, имеют непостоянные циклы работы, испытывают воздействия
от соседних машин и агрегатов. Поэтому выявление спектра
эксплуатационных нагрузок, действующих на изделие и его элементы, и их
вероятностные характеристики являются необходимым условием для
анализа и прогнозирования технического состояния, поддержания
взаимозаменяемости при эксплуатации.
В задачу определения спектра эксплуатационных нагрузок входит
также оценка условий, в которых протекает работа изделия и
которые оказывают существенное влияние на интенсивность процессов
старения.
Факторы эксплуатационной ситуации должны устанавливаться и
учитываться в проектировании конструкции.
Объединение работоспособности с отказом приводит к
рассмотрению двух видов состояний: бинарное состояние — исправное и
неисправное (отказ); исправное доотказное состояние рассматривается как
область обеспечения качества механизмом управляющих воздействий
из числа компонентов дисциплины (метод оптимизации параметров,
технические измерения и контроль, стандартизация).
64
В целом характер взаимодействия работоспособности и отказа
отражает закон единства борьбы и противоположностей. В процессе экс-
.цдуатации эта «борьба противоположностей» постоянно сопутствует
Процессу функционирования изделия. Работоспособность переходит в
доушение (отказ), а нарушение — в работоспособность. Эти взаимо-
дротивоположные возможности реализуются не одновременно.
Трудности полного математического описания эффективности
использования изделия заставили пользоваться обычными, более
привычными представлениями и оценкой в зависимости от
факторов — качества изделия по стадиям жизненного цикла и
эксплуатационной ситуации (среды обитания).
Обеспечение взаимозаменяемости. Разработана алгоритмическая
лодель формирования взаимозаменяемости при проектировании
(рис. 2.6). Формирование носило типовой характер с итерационной
последовательностью: синтез — анализ — принятие решения. На послед-
рем строилась его
формализация как
системы
целенаправленного обеспечения
качества изделий в ма-
лшностроении с
заимствованием принципа
щнверсии, схем
передали размера с помощью
ррдаочки эталонов,
основных норм
взаимозаменяемости на базе
^стандартизации.
Ь Проводится
количественная оценка па-
|раметров изделия и
Обоснование исходных
Данных в виде
показателей качества ПК и
^ограничений при
соблюдении техническо-
№ уровня изделия
(модули 1, 2).
В массиве ПК
организуются связи и
отношения через ранжи- рис 2.б. Алгоритмическая модель модульного формиро-
рование В виде разного вания взаимозаменяемости при конструировании
5 — 4523 65
1 Модуль 1 I
Модуль 2 1
^1 Мппнпь 3 \-л
1
1 Модуль 4 1
Г<^ГЧч>^ Тк°
'\Модуль 5^ --■■■-
1 I Модуль 7 1
г
[ Модуль 8 1
1 )
1
} \
| Модуль 6 | |
ш 1 Меупупь 0 1 — . ^
Д-1
| Модуль Ю\
'
г
г
МОДУЛЬ 11
рода иерархии отношения порядка в соответствии с функциональной
структурой и блочно-модульным принципом построения изделия. На
разных ступенях иерархии ПК, начиная с технических требований и
кончая требованиями к точности детали, существуют разные меры
количественной оценки ПК и их величины, допускаемые отклонения
устанавливаются в разных шкалах измерений. Иерархическая схема ПК
уточняется отношением порядка со свойствами рефлексивности,
транзитивности и антисимметричности. Выявляется массив альтернатив из
функциональных параметров, определяющий ресурс повышения ПК.
Переходом от взаимозаменяемости однотипных изделий к много-
типным решается задача обеспечения заменяемости в блочно-модуль-
ном построении (модуль 3). Происходит заменяемость одного из
элементов комплекса изделия с одними параметрами на элемент с
другими параметрами без изменения эффективности функционирования
комплекса. Замена происходит по величине параметра, что особенно
важно при реализации методов стандартизации — агрегатирования,
унификации. Разработана процедура построения математических
моделей оптимизации параметров деталей машин.
Удовлетворение требованиям к точности построением
математических моделей функционирования и оптимизации осуществляется
постановкой модуля 4. В построении математической модели
функционирования исходят из функционального анализа точности изделий,
при котором предварительно определяют параметры и допуски по
заданным отклонениям показателей качества с учетом физического
принципа работы изделия. При этом отклонение показателя качества
АПК является функцией трех параметрических групп: АПК = ДУ; ^;
А), где V—оптимальное значение совокупного отклонения
оптимальных значений функциональных параметров деталей и изделия в целом;
(2 — параметрическая группа функциональных свойств изделия
(энергетическое, механическое, метрическое) и свойств материала детали;
А — параметрическая группа геометрических параметров детали.
Разработана процедура построения математических моделей
функционирования для моделирования функциональных структур
комплексов.
В настоящее время разрабатывают методические подходы к
построению и изучению математических моделей оптимизации
параметров взаимозаменяемых элементов по функциональным свойствам.
Унификация работ по оптимизации предусматривает использование
базовых математических моделей, агрегатирование математических
моделей из унифицированных блоков, что сокращает трудоемкость и
повышает надежность оптимизации в обеспечении
взаимозаменяемости (модули 5, 6).
66
Распространение решений задач точности одиночных изделий на
их совокупность подводит к решению проблемы взаимозаменяемости
методами полной и неполной взаимозаменяемости. В неполной
взаимозаменяемости (модули 7, 8) вводится вероятностная мера оценки
точности системы с выбором допустимого риска р0 отказа
взаимозаменяемости ил и, наоборот, надежности у0 = (1 -Ро) обеспечения
взаимозаменяемости из соотношений
тахр(х*,а)<р0,
ттр(х*,а)>у0,
аеСп
*€<7Х, а еСа, хх еСх,
где Ро — риск от несоответствия функциональному допуску; дг* —
гарантирующая система обеспечения взаимозаменяемости; Сх —
множество систем обеспечения взаимозаменяемости; а — параметр
неопределенности в конструкторско-технологических решениях, не
удовлетворяющий требованиям по качеству при наличии технологических и
метрологических погрешностей; Са — полное множество значений
параметров неопределенности на множестве Ох.
Вероятностная мера определяется конструкторско-технологически-
ми решениями при разработке самого изделия, а также конкретными
условиями сборочного производства и параметрами комплектующих.
Значения параметров допустимого риска ро или надежности уо
устанавливаются из условия экономически выгодного распределения
объемов работ между процессами изготовления деталей и сборкой изделия.
Сопоставление содержания модулей 6 и 7 показывает, что
взаимозаменяемость экономически противопоставляется пригонке и является
Новой концепцией повышения эффективности использования
продукции. Взаимозаменяемость в одном случае на реализацию требует
дополнительных затрат, в другом — приводит к их сокращению.
Например, к дополнительным затратам относят: дополнительное вложение
усилий разработчиков; создание новых технологических формаций в
виде гибких автоматизированных технологических систем, создание
точных технологического оборудования, контрольно-измерительных
"Приборов и рабочего инструмента; более дорогой технический кон-
Тюль; сложную систему стандартизации.
Сокращение затрат достигается: сокращением времени на сборку;
Упрощением ремонта заменой вышедших из строя частей; переходом к
проектированию серийной конструкции взамен индивидуальной с
применением блочно-модульного принципа на базе унификации,
агрегатирования и взаимозаменяемости; улучшением рыночной обстановки.
5* 67
В режиме автоматизированного проектирования при формировании
взаимозаменяемости решается вопрос автоматизированного поиска
предпочтительных допусков и посадок с использованием
компьютеров. Это устраняет рутинные операции при ручном использовании
стандартов на основе норм взаимозаменяемости и резервирует время
проектировщику для выполнения творческого труда (модуль 9).
Алгоритмическая модель обеспечивает взаимозаменяемость при
выборе допусков и посадок соединений в модулях 6 и 7, для менее
ответственных конструкций допускает применение экспертных методов,
основанных на использовании обобщенного опыта и интуиции
специалистов (прецедентов, подобия, экономической остаточности).
Обеспечение взаимозаменяемости завершается решением проблем
технических измерений, контроля и стандартизации разработкой НТД (модули
10 и 11).
2.4. Стандартизация моделирования функциональных
структур объектов машиностроения
2.4.1. Научно-методический подход стандартизации
в моделировании функциональных структур
Нормативный охват подходов к стандартизации функциональных
структур обширный, сводится к моделированию их по
функциональным свойствам, образованию комплекса изделия, исследованию
параметров и точности этого комплекса с ориентацией на производство и
эксплуатацию.
Различают следующие функциональные свойства:
механические, определяемые соответствием нагружения и
напряжения для достижения стабильности функционирования изделия;
метрические (геометрические), определяемые совокупностью
соотношений между размерами с учетом существующих между ними
связей;
кинематические, определяемые степенью приближения движения
или траектории движения одного из элементов изделия к
предписанному закону движения или траектории;
динамические, определяемые добавочной работой (или силой),
возникающие от неточности параметров и приводящие к ухудшению
функционирования изделия;
энергетические (массообменные).
Функциональные структуры состоят из комплексов с двумя
составами комплекса: материальным и информационным (абстрактным).
68
Состав материальных комплексов. Изделия состоят из
большого числа входящих в них функциональных элементов, которые
в условиях кооперации и специализации современного производства
изготовляются на различных предприятиях. Под функциональными
элементами изделий подразумеваются узлы (сборочные единицы),
детали. Вся совокупность функциональных элементов и наличие связи
между ними образует материальный комплекс изделий (КИ). В
зависимости от конкретных целей в КИ выделяют только те элементы и
связи, которые определяют его функционирование. Глубина членения
материального комплекса зависит от цели исследования. Анализ состава
КИ является необходимой предпосылкой его математического
моделирования.
Таблица 2.1
Элемент
0
I
II
Е — шарикоподшипник
У\ — втулка колеса
К2 — ось колеса
Е0—шарики
Е\ — наружное колесо
Е2—внутреннее колесо
Ег—сепаратор
Е\~\ — рабочая поверхность
Е\=г — бортики
Е|=3 — сопрягающее кольцо
Функция элемента
Г— снижение момента вращения втулки
колеса У\ вокруг оси У2
Е0 = Е
Е\ — обеспечение качения втулки Уу по
шарикам Е0
Е2 _ обеспечение качения шариков Ео по оси
колеса У2
Еъ— обеспечение равноудаленного друг от
друга расположения шариков Е{)
Е\=\ = Е\
Е^2 — предотвращение отклонения шариков
Е0 с рабочей поверхности Е{^
Ею — обеспечение соединения
Пример. Пояснить анализом состава функциональную структуру
шарикоподшипника. Анализ состава структуры шарикоподшипника дан в табл. 2.1. Функциональная
структура с наличием элементов и связи между ними, отражающими совокупность
функциональных свойств, поясняется рис. 2.7. Функциональная структура
моделируется графиком с двух уровней иерархией конструктивных элементов.
Состав информационных комплексов. Информационные
комплексы изделий обладают различными функциональными
свойствами и состоят из элементов. В состав информационных комплексов
изделий входят два вида элементов: пассивные, накапливающие и
рассеивающие энергию, и активные в виде источников энергии. К
элементам обоих видов относят:
в электрических цепях — пассивные элементы (сопротивление,
емкость, индуктивность), активные элементы (источники тока и напряжения);
69
Рис. 2.7. Функциональная структура шарикоподшипника
в механических комплексах — пассивные элементы
(сопротивление, масса, упругость элементов комплексов с поступательным и
вращательным движениями), активные элементы (источники силы и
скорости).
В составе информационных комплексов изделий разного
функционального назначения обнаружена аналогия между его элементами. Идя
по пути обобщения в использовании аналогии, принимают
методологию электрических цепей. Отсюда возникли электромеханические,
электрогидравлические и другие аналогии. Особенно обращает на себя
внимание аналогия анализа информационных комплексов с
механическими и электрическими свойствами (табл. 2.2).
Пример. Определить полное сопротивление (импеданс) механической системы на
основе электромеханической аналогии. Вся система рассматривается как гипотетическая
пружина с силой Р, у которой один конец зафиксирован. Сила изменяется
синусоидально (рис. 2.8, а). В механической системе заданы:
масса жесткого тела т = \У1%, упруго изменяющегося линейно с силовым
градиентом к\
полное перемещение массы т - <\з = &* + <1уш;
сопротивление пружины Хк и массы тела Хт при частоте / изменения силы Р-Хт =
= 2п/т;Хк = к/2п/т.
Используя принцип электромеханической аналогии, находим
импеданс механической системы (рис.2.8, б)
г= (У*. )-(-/*»)■ хтхк
)Хт-}Хк Хк-Хт '
где ) = лГа.
Пример. Рассмотрим два жестких тела с массами т\ и т2, разделенных между
собой пружиной с силовым градиентом к2. К телу с массой т\ приложена другая пружина
с градиентом к\ (рис. 2.8, в). Из-за инерции массы т\ только часть силы Р, приложенной
к пружине к\, будет передана на массу /я2. Обозначим ее Р2. Результирующей,
действующей на массу ть будет сила Р - р2, хотя силой, передаваемой через пружину, будет Р.
Общее смещение & точки приложения силы Р равно сумме смещения массы т\, у кото-
70
Таблица 2.2
Электрический
комплекс
Заряд д(Г)
Ток Ц1)
61
Градиент
6^/6^
61 ~1бд
Индуктивность и
. ..
4 ^1
Сопротивление Я
/ Я
« е »
Я=^
Емкость С
(1(7 7/С
—*" II 1
Ко/
с1е
!Г
г* Н
нденсат(
=С6е
ор
1
Перемещение 8
Скорость V
6(
Ускорение а(
4*,
№
а'зт =^5"
с1Г
(15
Масса т
чз
6у
61
Ш= -
Т V
*"ц#
Трение Р
V
с «, (1^
Упругость к
Й5
Пружина
6Г=к6з
6Г
61
= к\/
09 <*8т
—*-
т
1 4зт
—ы т
а)
б)
чШ^ЪЫ
в)
б5% <*8т1
I
и.
*«1
'
и
-±/"Х"*
"*■* \/ (
= **/
осч.
»0 ,
1?
Р*1Р1*т2
г
'
—УЮОСЧ^
0 0 0 1 п
1*« *т2
= **2
г;
Рис. 2.8. К примерам моделирования механических и электрических систем
рой будут смешения сЦ„ и деформация пружины к\ - дзк. Математически эти смещения
можно записать в виде (рис. 2.8, г)
& = <к + <±у ; (к, = <к + ск„ .
А, V т\ *2 '"2
Снова отнесем сопротивление пружины Хк] и Л*2 и сопротивление массы тела Хт и
Лгт к частному изменению приложенной силы.
Форма моделирования функциональных структур. В
моделировании структур комплексов изделий одной из форм записи
комплекса является граф. Граф характеризуется наличием двух
частей — отношением преобразования и отношением связей.
Использование графа позволяет решать задачу разбиения комплексов изделий на
конструктивно законченные части, что упрощает управление
материальными и информационными комплексами изделий. Структурно
комплекс изделия при разбивании на части должен содержать
максимальное количество объектов в каждой части разбивания, максимальное
число выходов объекта, минимум типов частей разбивания, минимум
связей между частями разбивания, равномерное распределение
соединительных связей между частями.
72
Граф состоит из множества X вершин и набора V пар вершин и
обозначается С (Х> Ц). Пара вершин, соединенных линиями,
называется дугой или ребром графа. Ребро называется ориентированным, если
на нем имеется стрелка, указывающая, из какой вершины оно исходит
и в какую вершину входит. Если такой стрелки на ребре нет, то оно
называется неориентированным.
Существуют три вида графа: ориентированные, неориентированные
и смешанные (рис. 2.9, а, б, в\ каждый из которых имеет несколько
способов задания — рисунком, матрицей. Наглядным способом
задания графа является рисунок, на котором вершины обозначаются
точками, а ребра, соединяющие эти точки, — линиями.
По характеру решаемых задач моделирования структур различают:
граф многоуровневой иерархической функциональной структуры
изделий; модификации графа — структурная схема, цепь. Между двумя
формами записи — графом и структурной схемой, имеется аналогия,
где блоки соответствуют вершинам графа.
Последовательность ребер графа, в которой два соседних ребра
имеют общую вершину, называют маршрутом. Если начало и конец
маршрута находятся в одной вершине, то такой маршрут называется
циклическим. Если в каждом маршруте каждое ребро встречается
только по одному разу, то такой маршрут называется цепью. Цепи по
функциональным свойствам различают: размерные, динамические,
кинематические, электрические и электронные. Если цепь замкнута,
т.е. начинается и оканчивается в одной и той же вершине, то она
называется циклом. Примером цикла служит электрическая цепь,
отсюда возникли электромеханические, электрогидравлические и другие
аналогии. Если каждую вершину можно соединить с любой другой
вершиной некоторой цепью, то граф называется связным. Связной
граф, не содержащий циклов и не имеющий кратных ребер,
называется деревом.
а) б) *4 в)
Рис. 2.9. Виды графа:
а — ориентированный, б — неориентированный, в — смешанный
73
2.4.2. Моделирование размерных цепей
Размерные цепи отражают объективные размерные связи ^
конструкции машины, в технологических процессах изготовления <*е
деталей и сборки, при измерении.
Эти связи возникают из принципа инверсии и основываютс„ ^а
существовании преемственности между тремя последовательны^
процессами: изготовления, контроля, эксплуатации.
Свойства и закономерности размерных цепей отражаются Сцс<гемой
понятий и аналитическими зависимостями, позволяющими
Модулировать их и обеспечивать экономически оптимальную точность п0
стадиям жизненного цикла.
Основные положения, термины и определения. Раз^е^ной
цепью называется совокупность размеров, непосредственно
участвующих в решении поставленной задачи и образующих за\,кг1утый
контур.
Замкнутость размерного контура—необходимое условие для
диализа и синтеза размерной цепи. Размерные цепи для детали и сбор*>чной
единицы показаны на рис. 2.10, с, б. Один из размеров, обра^ ^ощих
размерную цепь, называется звеном размерной цепи. Оно обозначается
прописной буквой русского или строчной буквой греческого алфа^ита с
индексом. На схеме размерных цепей звенья условно обозначаемся:
линейные размеры — двусторонней стрелкой (рис. 2.10, а-1у
параллельность — односторонней стрелкой с направление^ ^стрия
к базе (рис. 2.10, а-2);
перпендикулярность — односторонней стрелкой с напра^^яием
острия к базе (рис. 2.10 а~3).
Графическое изображение размерной цепи называют схец0{#
размерной цепи.
Звено размерных цепей бывает замыкающим и составляюц.и#*.
Замыкающее звено — звено размерной цепи, являющееся исходцы^ при
постановке задачи или получающееся последним в результате ^е
решения. Составляющее звено—звено размерной цепи, функццоь^ально
связанное с замыкающим звеном. По характеру воздействия ца
замыкающее звено составляющие звенья векторные и делятся на уве?личи-
вающее и уменьшающее звенья. Увеличивающее звено —
составляющее звено размерной цепи, с увеличением которюго замыкаюц^е звено
увеличивается. Уменьшающее звено — составляющее звено ра^м«^Рн°й
цепи, с увеличением которого замыкающее звено уменьшаемая-
Составляющее звено размерной цепи, изменением значения которогх?
достигается требуемая точность замыкающего звена, является комгтенси*
рующим звеном.
74
^ т4т
а)
4—
АН
А1,А2,АЗгА±
А^5
А1=101 А^ЬО
I Ш+*—
АН
А4=140
А*=5
1
б)
Рис. 2.10. Размерные цепи:
а — обозначение звенев размерных цепей, б — виды размерных цепей
Звено, одновременно принадлежащее нескольким размерным
цепям, становится общим в связанных цепях.
Размерные цепи делятся по видам:
объектам расчета — подетальная — для определения точности
взаимного расположения осей и поверхностей одной детали,
сборочная — для нескольких деталей в сборочной единице и положения
отверстий;
решения основной задачи — основная, производная;
сфера приложения — конструкторская, технологическая,
измерительная;
размерных величин зьеньев — линейная, угловая;
расположения звеньев — плоская, пространственная, параллельно
связанная.
Линейная размерная цепь—размерная цепь, звеньями
которой являются линейные размеры (рис. 2.10, 6-1, 2).
Угловая размерная цепь—размерная цепь, звеньями
которой являются угловые размеры (рис. 2.10, б-З).
75
Параллельно связанные размерные цепи —размерные
цепи, имеющие одно или несколько общих звеньев.
Плоская размерная цепь—размерная цепь, звенья которой
расположены в одной или нескольких параллельных плоскостях.
Пространственная размерная цепь—размерная цепь,
звенья которой расположены в непараллельных плоскостях.
Плоские и пространственные размерные цепи рассчитывают теми
же методами, что и линейные. Необходимо лишь привести их к виду
линейных размерных цепей. Это достигается путем проектирования
размеров плоской цепи на одно направление, обычно совпадающее с
направлением замыкающего размера, а пространственной цепи — на
две или три взаимно перпендикулярные оси.
В размерном анализе и синтезе конструкций машин выбирают
методы достижения точности замыкающего звена, обусловленные
способами решения размерных цепей. Методы и способы автономны и к
ним относятся следующие.
Метод полной взаимозаменяемости—метод, при
котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи
достигается во всех случаях ее реализации путем включения составляющих
звеньев без выбора, подбора или изменения их значений. Чтобы
обеспечить полную взаимозаменяемость, размерные цепи рассчитывают
способом на максимум-минимум, учитывающим только предельные
отклонения звеньев размерной цепи и самые неблагоприятные их
сочетания при помощи системы аддитивных допусков. При таких
допусках влияние их на издержки производства значительное.
Обеспечение заданных отклонений при этом приводит к резкому
повышению стоимости, а поэтому расчеты экономически оптимальной
точности необходимы.
Метод неполной взаимозаменяемости применяется,
когда требуемая точность замыкающего звена размерной цепи
достигается с некоторым риском путем включения в нее составляющих звеньев
без участия других методов. В этом случае допускаются
перекрывающиеся допуски, и сборка может проходить с помощью методов
групповой взаимозаменяемости, регулирования, пригонки, опираясь на
теоретико-вероятностный метод расчета. Теоретико-вероятностный метод
ограничивает выпуск бракованной продукции до небольшого
допустимого предела с применением системы перекрывающихся допусков на
основе случайного отбора деталей.
При методе групповой взаимозаменяемости требуемая
точность замыкающего звена размерной цепи достигается путем
включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих к
соответственным группам, на которые они предварительно рассортирова-
76
ны. Выбор метода представляет экономическую проблему и
предполагает дополнительные издержки производства. Сортировка деталей
увеличивает затраты на новую измерительную технику и привлекает
дорогостоящие контрольные автоматы. Увеличиваются затраты труда
контролеров. Растут складские расходы в связи с дополнительными
затратами по хранению отсортированных деталей.
В методе регулирования требуемая точность замыкающего
звена размерной цепи достигается изменением значения
компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора. Роль компенсатора
обычно выполняет специальное звено в виде прокладки,
регулируемого упора, клина и т.д. При этом по всем остальным размерам цепи
детали обрабатывают по расширенным допускам, экономически
приемлемым для данных производственных условий. К недостаткам метода
следует отнести увеличение числа деталей в машине, что усложняет
конструкцию, сборку и эксплуатацию.
В методе пригонки требуемая точность замыкающего звена
размерной цепи достигается изменением значения компенсирующего
звена путем удаления с компенсатора определенного слоя материала
по оставленному припуску. Применяют способы совместной
обработки деталей и при большом объеме выполняемых работ, при высокой
точности его автоматизируют.
К задачам расчета размерных цепей относят следующее.
Задача синтеза (прямая) — та, при которой заданы параметры
замыкающего звена (номинальное значение, допустимые отклонения и
допуски) и требуется определить параметры составляющих звеньев.
Задача анализа (обратная) — задача, в которой известны
параметры составляющих звеньев и требуется определить параметры
замыкающего звена.
С учетом факторов, влияющих на изменение звеньев размерной
цепи во времени, решаются две задачи — статическая и динамическая.
Сущность расчета размерной цепи заключается в установлении
допусков, предельных отклонений, координат их середин, номинальных
размеров всех звеньев.
Разработаны алгоритмы расчета размерных цепей в решении задач
анализа и синтеза. Предпосылкой расчета служит системная
постановка, детерминированный и кибернетический подход, оперирование с
непрерывными, дискретными и случайными величинами.
Системная постановка выражена в построении функциональных
структур упорядоченной совокупности параметров, предельных
отклонений и допусков в виде комплексов (последовательный, параллель-
77
ный, смешанный), решаемых правилами цепей по соответствующим
функциональным свойствам (метрическому, кинематическому,
динамическому, энергетическому).
В решении задачи анализа (обратной) детерминированным
подходом предусматривается математическое сложение допусков для данной
совокупности составляющих звеньев и получается единственное
значение допуска замыкающего звена. Сложение допусков в зависимости от
аддитивной и стохастической постановок может быть простым
арифметическим и квадратичным.
В решении задачи синтеза (прямой) кибернетическим подходом
оптимизируются требования к точности размерных цепей способами
равной экономически достижимой точности (одного квалитета
точности) и экономически оптимальной точности. Синтез
предусматривается простой и структурный, в структурном соблюдают принцип
кратчайшей цепи.
Принцип соблюдается при конструировании изделия оптимизацией
размеров звеньев размерных цепей на основе
функционально-технологического синтеза. Он обеспечивает повышение точности
замыкающего звена размерной цепи при сокращении количества составляющих
звеньев.
Метод полной взаимозаменяемости. Размерные цепи
рассчитываются в решении задач анализа и синтеза (обратной и прямой) с
аддитивными допусками непрерывных и дискретных величин при
детерминированном и кибернетическом подходе. Определяется номинальный
размер замыкающего звена, допуски и предельные отклонения всех
звеньев размерной цепи.
Решение задачи анализа. В линейной размерной цепи
размер Лд является замыкающим звеном, складывающимся из двух
векторных величин составляющих звеньев — увеличивающего размера А\
и уменьшающего размера А2.
В общем случае расчета номинальный размер А& замыкающего
звена при п увеличивающих и р уменьшающих звеньев с учетом
векторное™ величин определяется по формуле
(2.1)
7=1 /=Ы
Написав полный дифференциал функции по зависимости Лд = ЛА\\
А2,..., Апл\ получим
<МА сЫ2 0Ат_х
78
и, заменив в этом выражении
дифференциалы малыми конечными приращениями,
а затем, перейдя к допускам, получим
ТАА^ТАГ
(22)
ЕвЩ
ЕсЩ
ЩА)
^Н
ГА
Допуски звеньев размерной цепи
являются скалярными величинами, а поэтому номинальный
допуск замыкающего звена ТАА равен размер 01
арифметической сумме допусков состав- Рис. 2.11. Схема определения
ЛЯЮЩИХ звеньев ТА, координаты середины поля
^ •' допуска
В выводе уравнении для определения
предельных отклонений замыкающего
звена введена важная предпосылка о координате середины поля допуска
Яс(4)(рис. 2.11).
Координата середины поля допуска замыкающего звена
записывается
Тогда предельные отклонения замыкающего звена А& будут
/=1
/=ж-1
ЯДЛ) = ХЯДЛД.-|Х(ЛД
(2.3)
(2.4)
(2.5)
/=1
Пояснением применения метода полной взаимозаменяемости в
решении задачи анализа линейной размерной цепи служит пример.
Пример. Определить номинальное, предельные значения и допуск замыкающего
размера Лд (см. рис. 2.10, 6-2), если поле допуска увеличивающих размеров деталей
#10. уменьшающих — Н9.
Номинальную величину Лд находим по формуле (2.1)
Лд = (101 + 50)-(5 + 140 + 5)= 1 мм.
Отклонения составляющих размеров находим по табл. 7 и 8 ГОСТ 25347—82:
А\ = 100+0'4; А2 = 50*°,0 ; Аъ = Аь = 5.0,оз; А, = 140А,0 .
Допуск замыкающего размера вычисляем по формуле (2.2)
ТАА = 140 + 100 + 30 + 100 + 30 = 400 мкм.
79
Координату середины поля допуска замыкающего размера определяем из
формулы (2.3)
ЕС(А&) = ЕАЛх) + ЕСШ-[ЕС(А3) + ЕС(А4) + ЕС(А5)] =
= (70 + 50)-[-15 + (-50) + (-15)] = 200 мкм.
Тогда верхнее и нижнее предельные отклонения замыкающего звена будут
Е<(А&) = ЕМ&) + ТАЛ = 200 + 400/2 = 400 мкм;
ЕШ = Ес(Аь) + ТАЛ = 200-400/2 = 0.
Тогда
Аь = Г40 мм.
Расчет предельных размеров замыкающего звена
Аьтах = (101,14 + 50,10)-(4,97 + 139,9 + 4,97) = 1,4 мм;
А Г* = (101,0 + 50,0)-(5,0 + 140,0 + 5,0) = 1,0 мм
указывает на правильность решения задачи.
Решение задачи синтеза. Решение такой задачи является
основным, поскольку расчет всех допусков составляющих звеньев
проводится по допуску и отклонениям замыкающего звена и имеет
конечной целью обеспечить выполнение машиной ее служебного
назначения. В повышении технического уровня решение задачи обязательно^
параметрами замыкающего звена являются показатели качества
изделий машиностроения. В методической постановке решения число
неизвестных допусков в этой задаче равно числу составляющих звеньев
цепи при наличии лишь одного уравнения (2.2). Возникающее
«проклятие размерностей» этой сложной задачи успешно преодолевается
двумя способами.
1. Способ одного квалитета точности. Способ сводится к
одному неизвестному назначением для всех размеров цепи одного
квалитета точности по стандарту допусков и посадок ГЦС ИСО. По этому
квалитету должно обеспечиваться условие (2.2). Способ наиболее
целесообразно применять к размерным цепям, когда ее размеры
значительно отличаются один от другого.
Квалитет точности характеризуется относительным
коэффициентом точности. Приведем значения относительных коэффициентов
точности а в зависимости от квалитетов точности
Квалитет точности 5 6 7 8 9 10 11
а 7 10 16 25 40 64 100
Квалитет точности 12 13 14 15 16 17
а 160 250 400 640 1000 1600
80
Обозначим расчетный относительный коэффициент точности ат.
Чтобы его найти, подставим в формулу единицу допуска
7:=оп(0,45з/л~).
Для упрощения расчетов и с учетом последующей корректировки в
выражении для единицы допуска можно пренебречь вторым членом
(0,001 /)), не оказывающим заметного влияния на результат расчета.
Коэффициент ат при решении задачи подсчитывается по формуле
та, , ч
ат - ^ ^ (метод полной взаимозаменяемости),
5>,45}/О + 0,00Ш)
ат = ТА^Кь I \Т (0,451]Ъ + 0,00Ш)2К] (теоретико-вероятностный
метод).
Из-за неизбежной разницы между расчетным значением ат и а
выбранные из найденного квалитета точности допуски на размеры
размерной цепи необходимо корректировать с тем, чтобы
удовлетворялось уравнение (2.2). Исходя из этих уравнений, при корректировке
допуски на некоторые размеры приходится либо увеличивать, либо
уменьшать, учитывая при этом технологические возможности.
Пример. Определить допуски составляющих звеньев размерной цепи решением
задачи синтеза (см. рис. 2.10, 6-2). Заданы номинальные значения всех звеньев размерной
цепи и предельные отклонения замыкающего звена А& = Г0,75.
Коэффициент точности рассчитываем по формуле
750
2,17+1,56+2-0,73+2,52
Коэффициент ат округляем до большего значения для допусков составляющих
звеньев по квалитету 11. Тогда
Лк = ЮГ022 мм; А2 = 50+<)|6 мм; Л3 = Аь = 5^075 мм; А4 = 140^>16 мм.
Проверка по формуле (2.2) показывает сходимость расчетного и заданного значения
Допуска замыкающего звена.
Теоретико-вероятностный метод расчета размерных цепей. При
Изготовлении деталей происходит рассеивание их размеров,
вызываемое вариациями технологических факторов, а затем наблюдается
случайный характер сочетания составляющих размеров деталей при их
сборке. Пользуясь вероятностными оценками, легко обнаружили, что,
Допустив малый или даже пренебрежимо малый риск (вероятность) на-
6-4523 81
рушения взаимозаменяемости при сборке, получают расширение
допусков составляющих звеньев в несколько раз и удешевление
изготовления деталей в еще большее число раз. Можно расширить в
несколько раз допуски составляющих звеньев и соответственно снизить
производственные затраты за счет непринятия в расчет маловероятных
комбинаций числовых значений тех же звеньев.
Если в расчете размерных цепей экономические подсчеты
указывают на необходимость применения системы перекрывающихся
допусков на основе случайного сочетания деталей, то допуски должны
определяться статистически для того, чтобы регулировать долю дефектных
деталей при незначительном и приемлемом уровне. В сущности,
статистическое определение допусков будет указывать величину, на
которую можно увеличить допуск, основываясь на приемлемой степени
риска получения незначительной доли дефектных деталей.
Вычисление статистических допусков звеньев размерной цепи
основано на использовании выводов теорем теории вероятности. В
соответствии с выводами теорем решают четыре вида суммирования:
суммирование независимых скалярных случайных величин;
суммирование независимых векторных случайных величин;
суммирование коррелятивно зависимых величин;
суммирование функциональнозависимых величин, связанных
линейной зависимостью.
Первый ряд суммирования излагается ниже, последние три вида
используются в точностных расчетах методик нормирования.
Суммирование независимых скалярных случайных
величин. При суммировании независимых скалярных случайных
величин используются выводы нескольких теорем.
Если х\, *2, ..., х/5 ..., Хк являются независимыми случайными
величинами с соответствующими средними
М\9 М2, ..., Л/,, ..., Мк
и дисперсиями
^.2 2 ^.2 _2
ау, а2, ..., а;, ..., ак
и если аь а2, •», #/, ■••, я* являются постоянными величинами, а. у
представляет собой линейную комбинацию *,, т.е.
у = ахх\ ± ... ± арс] ± ... ± аде*,
то у является случайной величиной, имеющей следующие свойства:
1) Му = ахМ\ + а2М2 ± ... ± акМк,
82
2) с] = а2а2 + а22а2 + ... + а2а2,
если каждая случайная величина х\, Х2, ..., х* подчиняется
нормальному закону распределения, то >> тоже имеет нормальный закон
распределения.
Если величина X; не подчиняется нормальному закону
распределения и если дисперсии ст2 примерно однородны, то, согласно теореме о
пределах из математической статистики, по мере увеличения
количества составляющих звеньев к распределение у быстро приближается к
нормальному. Если необходимо учесть неравное распределение
допусков при комбинации приведенных ниже условий: распределение х не
является нормальным; величина к имеет наибольшие значения;
дисперсии распределения х не являются однородными, то должно быть
применено свойство теоремы комбинации независимых случайных
переменных. В соответствии с выводами свойства теоремы для
определения допуска замыкающего размера при произвольном законе
распределения вводят коэффициент относительного рассеяния к. Коэффициент
к характеризует отличие распределения допусков звеньев размерной
цепи от распределения по закону Гаусса. Каждый закон распределения
имеет свое значение к, например для закона нормального
распределения к = 1, для закона равной вероятности к = 1,73, для закона
треугольника (Симпсона) к = 1,22.
Размах распределения у измеряет рассеивание линейной
комбинации X/. Наиболее часто допуск, определяющий качественные
характеристики комплекса размерной цепи, представляет собой линейную
комбинацию допусков соответствующих качественных характеристик
деталей. Таким образом, при использовании допусков каждый размах
распределения х соответствует допуску для качественной
характеристики детали, входящей в размерную цепь. Размах распределения у
соответствует допуску для качественной характеристики замыкающего
звена всего комплекса размерной цепи.
Размах отклонений размеров соответствующих звеньев,
выраженный значениями Ль Кг, ..., Кь представляет собой соответствующие
допуски, определяющие качественные характеристики. Значение Ку
является допуском, определяющим качественную характеристику
замыкающего звена комплекса размерной цепи. Средние величины Мь
Л/2 ..., Мк соответствуют номинальным значениям звеньев размерной
Цепи, ъ Му — номинальному значению замыкающего размера. Среднее
квадратическое отклонение оу используется в качестве измерителя Ку;
так, для закона нормального распределения бсу = Ку. Подобным образом
в], а2, ..., а* будут соответственно оценками Ль К2, ..., Кк. Число допус-
6- 83
ков размерной цепи обозначается /я, отсюда возникает т
распределение отклонений деталей.
Из сказанного выведено уравнение для определения допуска
размера замыкающего звена
Для допуска размера замыкающего звена при произвольном законе
распределения вводят коэффициент относительного рассеяния и
предыдущее уравнение примет вид
Применив к полученным уравнениям аналогичные процедуры их
преобразования в решении задачи синтеза, как это сделано в методе
полной взаимозаменяемости, легко получают уравнения для расчета
допусков составляющих звеньев размерной цепи по заданному
допуску замыкающего размера.
Пояснением применения теоретико-вероятностного метода в
расчете размерных цепей могут служить примеры, рассмотренные ниже.
Пример. На примере расчета четырехзвенной размерной цепи решением задачи
синтеза методами полной взаимозаменяемости и теоретико-вероятностным сравнить
допуски составляющих звеньев ТА) при равенстве ТА& = 4ТА] (см. рис. 2.10).
Расчет методов максимума—минимума при аддитивных допусках дает ТАА = 47М,,
откуда ТА, = ГЛд/4.
Расчет теоретико-вероятностных методов со случайными переменными
перекрывающих допусков дает
ТА^^ЦТА,? =2ТА,,
откуда
ТА, = 7Мд/2.
Из сравнения по обоим расчетам видно, что применение теоретико-вероятностного
расчета позволяет при том же допуске замыкающего звена ТАА расширить в два раза
допуск составляющих звеньев с риском 0,27%. В общем машиностроении пренебрегают
величиной такого риска и с ним создают машины.
Моделирование точности угловой размерной цепи фланцевых
соединений. При сборке составные части изделия часто соединяются
между собой с помощью круглых фланцевых соединений. Отверстия
располагаются по окружности, причем взаимное их расположение
координируется одновременно угловыми размерами, проставленными на
84
чертеже цепочкой или лесенкой в радиальном направлении и
межосевом расстоянии. Собираемость фланцевых соединений зависит от
допуска на межосевое расстояние /, пофешностей угловой Дф и радиуса
Дг окружности центров крепежных деталей, которые между собой
находятся в функциональной зависимости (см. рис. 2.10, б-З).
Для одной пары отверстий при угловой координации лесенкой
проведем расчет независимого допуска на межосевое расстояние, т.е.
без учета посадки болтов с отверстием, в вероятностной постановке.
Эта задача может быть также решена для всех пар отверстий с
координацией по цепочке на основе правила умножения вероятностей, при
условии полной независимости погрешностей.
Случайная величина Д/ для одного фланца имеет вид
М = 2а + Ь\ + Ь2,
где а = Дг зш (я/л), Ъ\ = Дф|Г соз (л/л), Ь2 = Дф2 г соз (п/п).
Последние три случайные величины имеют нормальное
распределение с математическим ожиданием 0 (нуль) и среднеквадратическими
отклонениями
2аг зш (п/п), 2аф соз (к/л), 2аф соз (п/п).
Следовательно, сумма этих величин Д/ также нормально
распределена с математическим ожиданием 0 и среднеквадратическим
отклонением С/1
а, =Л/4<т^зт2~+2а^2соз2- .
V п п
При этом Р([А(] < За{) = 0,9973.
2.4.3. Моделирование электронных цепей
Моделирование электронных цепей состоит в определении
функции цепи и отклонения функции цепи. Функция цепи зависит от
параметров цепи в билинейной и биквадратной форме, на биквадратный
случай распространяют метод корневого годофафа. В определении
отклонения функции цепи используются методы максимума и
минимума, теоретико-вероятностный, Монте-Карло, методика смешанного
расчета.
Функция цепи. Функция цепи весьма просто зависит от
параметров цепи — комплексной частоты Р, и элементов цепи х.
Зависимость функции цепи (полный импеданс) от пассивных элемен-
85
тов — сопротивление К, индуктивность Ь9 емкость С — приводится к
соотношению
у = Е(р,х) =
А(р)+ В(р)
С{р) + хй(р)'
Данное соотношение описывает конформное отображение,
трансформирующее окружности в окружности. Математические свойства
конформного отображения известны и широко используются для
построения диаграммы импедансов. В соотношении для определения
зависимостей корней уравнений Р, от х используют метод корневого
годографа. Сказанное об использовании метода корневого годографа
поясним примером.
Пример. Функции цепи (импеданс) последовательного резонансного контура,
приведенного на рис. 2.12, а, имеют вид
г = я + Рь+±=1 + ^с + ^с.
рС рС
При наличии комплексно-сопряженных нулей положение полюсов и нулей показано
на рис. 2.12, б. При изменении элементов Л1С-цепей полюс остается в начале коорди-
Я С
а)
О
)
о
/со
2
а
б)
Рис. 2.12. Корневой годограф:
последовательный контур; б — полюсно-нулевое представление; в — корневой годограф
86
нат, а нули должны смещаться. Рассмотрим корневые годографы числителя. Исследуем
зависимость корней уравнения от /?:
1 + рКС + рг1С = 0.
Преобразуем его к следующему виду: 1 + р2ЬС + КрС = 0.
Сравнение данного уравнения с общим уравнением приводит к следующей записи:
А{р) = 1 + р2ЬС, п = 2;
В(р) =рС,т=\;
х = Д.
Используя правила построения корневого годографа, находим, что его ветви
начинаются из точек, соответствующих корням уравнения (рис. 2.12, в), и кончаются в точке,
соответствующей корню уравнения рС = 0, рв - 0, I + р2ЬС - 0, рА = ±у ЫЬС.
Начальный угол от корня рА - ±}14ТС (угол выхода ветви годографа из корня
рА\) равен
6, = агЕ (Рл-Рв)-ж%(раГрА1) + 180° ± Л360° =
= аге рл -агв(рл -рАг) + 180° ± А360° = 90°-90° + 180° ± Л360° = 180°.
Аналогично для корня рл = -у / >/1С, 6 = 180°.
Так как п-т = 1, то существует единственная асимптота.
Точку соединения ветвей годографа <?с можно определить из уравнения
2рЬС С _0
1 + р21С рС
После перестановки имеем д = ±\/Лс.
Так как ветви корневого годографа расположены в левой части плоскости ру то
получаем следующий окончательный результат:
ос =-1/>/1с.
Метод максимума — минимума. При функциональном
анализе методом максимума — минимума отклонение функции цепи
определяют для наихудшего случая
где Ту — допуск функции цепи; Т1 — допуск параметра элемента цепи,
5, = 6у1дх\. Этот метод используют для разработки детерминированных
моделей и когда число элементов цепи мало (не больше 5). Для
равных допусков на все элементы Г, = Т^п 15; |.
Теоретико-вероятностный метод. В этом случае частные
отклонения рассматриваются как случайные переменные и
допускается определенная вероятность риска (отбраковки). Цепь
отбраковывается, если
87
1^=1$,^, > г,.
I/=| I
Для определения вероятности Р(\Ау\ > Ту) отказов введем
случайную переменную % и исследуем основные свойства и законы сложения
этой переменной. Предположим существование функции плотности
вероятности ^ и обозначим эту функцию через Рх. Вероятность события
^ < х определяется как
X
Р&<х)=1Ф)6х.
-х
При расчете допусков особую важность имеют равномерное
распределение и гауссовское (нормальное) распределение с
математическим ожиданием тп и дисперсией О
X X
т- Гхср(х>1х, Л=а2 = \{х -т)2ц^х)Ах.
-X -X
Если отдельные переменные коррелированы, то дисперсия
результирующего распределения задается с введением коэффициента
корреляции.
Методика смешанного расчета. В случае смешанного
расчета элементы цепи разбиваются на три группы: а) элементы, не
влияющие на работу цепи; б) элементы, изменяющиеся детермини-
рованно; в) элементы, изменяющиеся стохастически. Отсюда
следует порядок смешанного расчета: во-первых, выбираются допуски
функции цепи для групп б) и в) и затем выполняются вычисления
по методам максимума — минимума и теоретико-вероятностному.
Метод Монте-Карло. Для вычисления отклонения функции
цепи можно также применять методы статического моделирования,
использующие вычислительную машину. В этом случае определяются
псевдослучайные значения элементов цепи, и с помощью
вычислительной машины выполняется анализ цепи. Статистические свойства
функции цепи оцениваются путем многократного построения этого
процесса. В противоположность методам, описанным выше, этот
метод допускает произвольное распределение значений элементов цепи;
кроме того, на свойства отдельных элементов цепи могут быть
наложены дополнительные ограничения. Метод Монте-Карло может быть
легко запрограммирован, но это потребует длительного времени.
88
2.5. Стандартизация технологических объектов
2.5.1. Формирование нормативной базы технологических
объектов в новых экономических условиях
Современная тенденция выпуска конкурентоспособной продукции
при наличии конкурентной среды в новых условиях рыночной
экономики, выраженная в развитии автоматизации при технологических
системах (ТС), снижении времени на конструкторские разработки,
изготовление, продажу и обслугу, определила новую стратегию создания
изделий машиностроения (конструирование — производство) на базе
стандартизации. Процесс создания изделий стал охватывать
параллельное проектирование конструкции и технологии, проходить по
замкнутой схеме с выходом и входом на требования рынка (рис. 2.13). Звено
производственная подготовка (ПП) замыкает цикл создания изделия и
занимает промежуточное положение между проектированиями
конструкции и технологии. В проектировании конструкции и технологии из
комплекса цикла создания изделия выделяют комбинацию
«конструкция — ПП — технология» и представляют двумя структурными
комплексами с последовательным и параллельным соединениями (рис.
2.14). Последовательная структура комбинации (рис. 2.14, а)
традиционная, более привычная и проще, но уступает параллельной для
автоматизированного производства. К преимуществам параллельной
структуры (рис. 2.14, б) относятся: сокращения цикла создания изделия за
счет совмещения проектных работ при интеграции конструирования и
разработки технологического процесса, лучшего совместного
воздействия на ранние стадии создания изделия, большей доступности и
надежности прогнозирования,
развития рынка.
Производственная подготовка
(ПП) реализуется в
последовательности структурной схемы (рис.
2.15) с разделением на
конструкторскую подготовку производства
(КПП) и технологическую
подготовку производства (ТПП).
Технологическая подготовка
производства (ТПП) —
совокупность взаимосвязанных процессов,
обеспечивающих технологическую
готовность предприятий к выпус-
1
1
I
8
ГТ~I
I 3 I
I - I
4 I
4 I
♦ ,
5 I
гИ
I I,
5
Рис. 2.13. Цикл непрерывного создания
изделия машиностроения:
/ — запрос; 2 — технико-экономическое
обоснование; 3 — конструкторские разработки; 4 —
конструкторская документация; 5 —
технологическая подготовка производства; б —
календарное планирование и технологическая
документация; 7 — производство; 8 — управление
качеством, сертификация
89
а) ' б) *
Рис. 2.14. Комплексы создания изделия машиностроения:
а — последовательный; 6 — параллельный; САО — система автоматизированного
конструирования; САМ — система автоматизированного проектирования технологии; ПП — производственная
подготовка
ку изделий заданного уровня качества при установленных сроках,
объеме выпуска и затратах. Основными функциями ТПП являются:
обеспечение технологичности конструкции изделия;
разработка технологических процессов;
проектирование и изготовление средств технологического оснащения;
управление процессом ТПП изделия.
ТПП с учетом комплексности технологических процессов
проводится по разным цехам: заготовительному, термическому,
механообработки, контроля и испытаний.
Под технологической системой (ТС) понимают совокупность
функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения,
предметов производства и исполнителей, предназначенных для
выполнения в регламентируемых условиях производства заданных
технологических процессов или операций в соответствии с требованиями
нормативно-технической документации.
Рассматривают четыре вида уровня ТС:
технологической операции;
технологического процесса;
производственного подразделения (цеха, участка и др.);
предприятия.
Задача повышения эффективности и качества производства требует
комплексного подхода к
изучению технологических
процессов и выбора кибернетических
(управляющих) воздействий.
Невозможно эффективно
управлять технологическим
процессом и даже отдельной
операцией, зная, например,
только точность,
обеспечиваемую станочным оборудована
с
САО
ПП
КПП
п
ТПП
КПП
ТПП
У
1
1
САМ 1
Рис. 2.15. Структурная схема производственной
подготовки
90
Рис. 2.16. Граф построения
автоматизированной
технологической системы (ТС):
/ — объекты производства;
2— технологические
процессы; 3 — средства
технологического оснащения; 4 —
организация производства; 5 —
человеческий фактор
ем, так как качество обработанных деталей
зависит не только от точности станка, но и от
многих других сопутствующих
технологических факторов.
Технологический процесс обеспечивает
собственная технологическая система, которая
структурно представляет собой часть
технологической системы производственного
процесса. Технологическая система, как и любая
другая система, имеет свою структуру и обладает
определенными свойствами. Основным
свойством ТС является обеспечение выпуска
продукции с заданными показателями качества и
ритма при сохранении требуемых условий
производства. Отношение эквивалентности
представляет экспликацию (экспликация
означает перевод интуитивных представлений о
ТС в ранг строгих математических понятий) автоматизированных ТС
со свойствами рефлексивности, симметричности, транзитивности
(рис.2.16).
Термины и определения, методы оценки работоспособности и
экономической эффективности технологических систем стандартизованы
фондом стандартов.
Под влиянием наметившейся новой стратегии создания изделий в ТС
работы по стандартизации в формировании нормативной базы приобрели
качественно новый характер. Его отличительной чертой являются:
программный метод комплексной стандартизации;
интеграционный подход стандартизации по блокам цикла создания;
формирование сквозного механизма стандартизации;
приоритетность маркетинговых исследований в стандартизации;
сертификация этапов стандартизации в условиях интеграции
комплексной стандартизации;
осуществление эффективных программ стандартизации в области
информационных технологий и автоматизации.
Поэтапная разработка нормативной базы заслуживает рассмотрения.
2.5.2. Стандартизация и маркетинговые исследования
Маркетинговые исследования — необходимая составляющая
обеспечения качества продукции, а стандартизация — один из
инструментов управления качеством. Поэтому рассматривать вопрос о
стандартизации в отрыве от управления качеством и маркетинга не следует.
91
Практика зарубежных фирм показывает, что нередко даже
продукция самого высокого технического уровня и качества оказывается
неконкурентоспособной. Качественные нововведения, предлагаемые для
внедрения в производство наукоемкой продукции, могут либо не
соответствовать структуре рынка, либо не пользоваться спросом из-за
слишком высокой цены. Нарушается основополагающий принцип
конкурентоспособности продукции «высокое качество — низкая цена».
Многие западные фирмы считают, что идея новой конструкции
должна возникнуть не в конструкторском бюро или научном учреждении, а
в отделе маркетинга. Качественной будет не та продукция, которая
превосходит по техническому уровню мировые образцы, а та, которая
в наибольшей степени удовлетворяет потребителя и соответствует его
возможностям.
Роль рыночного фактора в формировании подхода к качеству
иногда дает более ощутимый эффект, в случае использования так
называемого «агрессивного маркетинга» — активной экспортной деятельности.
Западный бизнес отмечает, что при сбыте наукоемкой продукции
многие фирмы испытывают значительные затруднения по допущенной
ошибке в выпуске новой продукции, состоящей в организации ее
производства без тщательного изучения рынка, и расчета на сбыт
стандартизованной продукции.
Маркетинг — это сложное явление, которое на сегодняшний день
не имеет однозначной трактовки. Это и рыночная концепция
управления производством и сбытом продукции, это теория и практика
организации и управления производственно-сбытовой деятельностью, это и
метод конкурентной борьбы при обострении проблемы сбыта товаров,
это и инструмент повышения прибыли нередко в ущерб интересам
покупателей.
В основе комплексного изучения рынка лежит системный анализ,
который дает возможность выявить основные факторы и их
взаимосвязь, а на этом основании определить степень их влияния на объект
исследования.
Объектом исследования являются: продукция, потребитель,
емкость рынка, спрос, условия конкуренции, методы сбыта, сегментация
рынка. Изучение продукции прежде всего нужно, чтобы убедиться,
пользуется ли спросом на данном рынке подобная продукция. Очень
важно определить емкость рынка (объем реализуемых на нем товаров
за год), чтобы знать, какое количество товара можно на этом рынке
продать, а значит, установить оптимальный объем его выпуска на
основании прогноза емкости.
92
Если изучение этих факторов говорит о целесообразности работы
на данном рынке, то следующим шагом будет установление
показателей качества товара, что имеет уже непосредственное отношение к
управлению качеством и стандартизации.
Принципиальная особенность управления качеством продукции с
позиций маркетинга состоит в том, что формирование качества
должно базироваться с учетом его влияния на первую покупку и на
необходимость обеспечения постоянного внимания потребителя к изделиям
данной фирмы. А зная технологию потребителя, который прежде всего
покупает «глазами», производитель обращает внимание на
эстетические факторы качества-стайлинг (цвет, упаковка, дизайн). Не менее
важны эргономические показатели качества и наличие инструкций по
эксплуатации, написанных в достаточно доступной форме. Поэтому
стандартизация должна проводиться по всему жизненному циклу, а не
только в создании.
В дальнейшем изучается продукция с позиции анализа его
конкурентоспособности; экономического обоснования ценовой политики,
разработки методов стимулирования сбыта и рекламы; изучают и
факторы спроса, которые не зависят от вида продукции
(демографический, социальный, психологический).
Невозможно создать конкурентоспособную продукцию, не зная
условий конкуренции на рынке и своих конкурентов. Для современных
рынков характерна неценовая конкуренция и конкуренция качества.
Жесткая стандартизация в этих условиях затрудняет гибкое
реагирование на изменение спроса, оперативное воздействие на потенциальных
покупателей.
Если соотносить стандартизацию с жизненным циклом продукции,
то ее влияние на сбыт будет очевидным (рис. 2.17).
Сбыт
Фаза
внедрения
на рынок
Фаза
роста
продаж
Фаза
зрелости
Фаза
спада
Время
Рис. 2.17. Кривая жизненного цикла товара:
Фаза жизненного цикла: внедрение; рост продаж; зрелость; спад и уход с рынка
Степень стандартизации нового товара: стандартизация отсутствует; низкая, начальная. Появление
базовой модели; высокая. Стандартизация базовой модели; работы по стандартизации не ведутся
93
Стандартизация в маркетинге может относиться не только к
продукции, но и к самой маркетинговой деятельности — методам
исследований и операционному маркетингу. Цель стандартизации методов
маркетинговых исследований — унификация процедур и оптимизация
методов изучения рынка.
2.5.3. Информационные технологии и автоматизация
в стандартизации
В области информационных технологий новым направлением
стандартизации является САЬ8-технология. Концепция САЬ8 возникла в
военно-промышленном комплексе США, затем проникла в
гражданскую промышленность и значительно расширилась географически.
Идея САЬ8 базируется на двухуровневой интеграции:
процессов (интеграция в рамках согласованного процесса
проектирования, разработки, производства, эксплуатации, обслуживания и
утилизации);
данных (автоматизация и компьютеризация обмена коммерческими
и административными данными между партнерами).
Значимость уровней со временем менялась, и к началу 90-х годов
САЬ8 стала называться «Поддержкой непрерывных поставок и
жизненного цикла изделия». Это значит, что усиливалось внимание к
методологии параллельного проектирования и интегрированной
логической поддержки. Позднее САЬ8 превратилось в «Бизнес в высоком
темпе». Этот последний вариант и служит основой для разработки
стандартов разных уровней в области информационных технологий
для коммерции.
САЬ8-технологии обусловили возникновение нового
понятия — «виртуальное предприятие». По существу, это не оформленное
организационно объединение разных компаний, связанных
разработкой или реализацией одного проекта. Для них нужны единые правила
действий, единый язык, единые нормы. А это решается только путем
стандартизации.
Дальнейшим развитием систем конструкторской и технологической
документации является создание Системы автоматизированного
проектирования (САПР).
Преимущества САПР перед существующими традиционными
методами и средствами проектирования очевидны: с помощью
действующей на базе ЭВМ САПР инженер может творчески проанализировать
множество вариантов и найти оптимальный.
94
К настоящему времени Госстандарт разработал и утвердил целевой
комплекс государственных стандартов САПР. В соответствии со
стандартами этого комплекса создаются математические модели,
алгоритмы и банки данных. Проектные бюро, внедряющие САПР,
насыщаются дисплеями и другими средствами диалогового взаимодействия
проектировщиков с вычислительной техникой.
2.5.4. Единая система технологической подготовки
производства (ЕСТПП)
Единая система технологической подготовки производства
(ЕСТПП) — установленная государственными стандартами система
организации и управления процессом технологической подготовки
производства, предусматривающая широкое применение прогрессивных
типовых технологических процессов; стандартной технологической оснастки
и оборудования, средств механизации и автоматизации
производственных процессов, инженерно-технических и управленческих работ.
Функционирование ЕСТПП в соответствии с ее назначением
обеспечивается комплексным применением стандартов ЕСТПП, и к их
числу относят:
1) единую систему конструкторской документации (ЕСКД);
2) единую систему технологической документации (ЕСТД);
3) единую систему классификации и кодирования
технико-экономической информации;
4) государственную систему обеспечения единства измерения;
5) состав классификационных групп стандартов ЕСТПП
(приведены в табл. 2.3).
Таблица 2.3
Шифр группы
0
1
2
3
4
5
Наименование группы стандартов
Общие положения
Правила организации и управления процессом ТПП
Правила обеспечения технологичности конструкции изделий
Правила разработки и применения технологических процессов и
средств технологического оснащения
Правила применения технических средств механизации и
автоматизации инженерно-технических работ
Прочие стандарты
ЕСТПП основана на системно-структурном анализе цикла,
широком применении типовых и групповых технологических процессов,
стандартной оснастке и модульном оборудовании, экономико-матема-
95
тических методах и вычислительной технике при ее организации и
управлении. Она ставит принципиально новые задачи перед
конструкторскими и технологическими службами, которые призваны решать в
основном вопросы перспективного развития конструкции и
технологии изготовления изделий. Является связующим звеном между
конструированием и производством, определяя качество, экономичность и
конкурентоспособность продукции.
Общей задачей ЕСТПП является обеспечение готовности
производства к выпуску новых изделий высокого качества. Прогрессивная
подготовка производства охватывает быстрое и высококачественное
проектирование новых изделий, изготовление и испытание опытных
образцов изделий, поставку новых изделий на серийное производство.
Основной целью системы является обеспечение необходимых
условий для достижения полной готовности производства любого типа
(единичного, серийного, массового) к выпуску изделий заданного
качества в минимальные сроки и при минимальных трудовых и
материальных затратах.
Единой системой технологической подготовки решение задачи
проектирования технологического процесса по превращению заготовки
в деталь с заданными техническими требованиями, сборки,
эффективно реализуется во всех сферах:
в конструкторской подготовке производства (КПП):
в технологической подготовке производства (ТПП);
в ремонте и даже в техническом обслуживании изделия в целом.
В конструкторской подготовке производства (КПП) анализируются
рабочие чертежи конструкции изделия и проводится отработка на
технологичность. Компонуются исходные данные в виде геометрических
форм и размеров, требований к точности, обрабатываемости
материала, программы выпуска для дальнейшего проектирования
технологических процессов и выбора оборудования.
В технологической подготовке производства (ТПП) составляется
технологический маршрут, выбираются режимы обработки и
приводятся в соответствие с ними, уточняются требования к технологичности
конструкции. Завершается разработкой технологического процесса и
оформлением технологической документации с технико-экономической
оценкой и ее кодированием (станки с программным управлением).
Одним из основных организационно-технических принципов
ЕСТПП является обеспечение высокого уровня технологичности
изделий путем широкого внедрения в практику конструирования методов
унификации и агрегатирования, преемственности конструкций,
использования рациональных конструктивных решений, материалов и
методов изготовления.
96
ЕСТПП по своему определению и назначению является
надстройкой над реально существующими формами организации ТПП такими,
как безмашинной, механизированной, автоматизированной (АСТПП),
как одной из возможных форм. ЕСТПП должна обеспечивать создание
на предприятиях любой из перечисленных форм организации ТПП,
оптимальной для данного конкретного случая.
Автоматизированные системы технологической
подготовки производства. Организационную основу АСТПП
составляет системное применение средств автоматизации
инженерно-технических работ. Это обеспечивает оптимальное взаимодействие
людей, машинных программ и технических средств автоматизации при
выполнении функций технологической подготовки производства.
АСТПП призвана моделировать функции ТПП, связанные с
обеспечением технологичности конструкции изделия, проектированием
технологических процессов, проектированием и изготовлением средств
технологического оснащения, управлением технологической
подготовкой производства.
АСТПП обычно состоит из подсистем. При этом
предусматривается или их объединение в различных вариантах, или автономное
использование каждой подсистемы. Таким образом, основным
структурным элементом АСТПП является подсистема.
По функциональному назначению различают два типа подсистем:
общего и специального назначения.
В зависимости от характера решаемых задач устанавливают
следующий основной состав подсистем общего назначения:
информационный поиск;
кодирование, контроль и преобразование информации;
формирование исходных данных для автоматизированных систем
управления различных уровней;
оформление технической документации.
В зависимости от реализуемой функции ТПП устанавливают
следующий основной состав подсистем специального назначения:
обеспечение технологичности конструкции изделий (в части
количественной оценки технологичности и совершенствования
технологической системы);
проектирование технологических процессов по видам обработки;
конструирование средств технологического оснащения (по видам);
управление ТПП;
изготовление средств технологического оснащения.
Подсистемы специального назначения реализуются, с одной
стороны, на основе систем автоматизации проектирования (САПР)
конструкции и изготовления, а с другой — на основе АСУ, решающих зада-
7-4523 97
чи управления ходом ТПП, управления процессами проектирования,
включая технологические процессы изготовления оснастки.
Систему автоматизированного проектирования технологических
процессов (САПР-ТП) стали применять все шире в связи с
увеличивающимся ростом объема машиностроения, усложнением конструкции
изделий и технологических процессов, сжатыми сроками
технологической подготовки производства.
Параллельно с САПР-ТП также широко применяют систему
автоматизированного проектирования изделий
машиностроения— САПР-К, который создается по классификаторам ЕСКД и
Общесоюзному классификатору промышленной и сельскохозяйственной
продукции (ОКП).
Нормативные подходы решения задач ТПП.
Существует три нормативных подхода решения задач ТПП:
традиционное ручное, основанное на экспертном методе
проектирования;
смешанное компьютерное проектирование;
автоматизированное компьютерное проектирование.
Традиционный подход включает изучение рабочих чертежей
конструкции, технологического маршрута и инструкций, созданных
экспертным методом. Он вырабатывается на аккумулировании: знаний
по процессам и технологическому оборудованию, обрабатываемости
материалов, инструмента и накопившегося практического опыта для
обработки с наименьшими потерями. Опытный проектировщик может
создать совершенную подготовку в полном соответствии с
экономическими требованиями, эффективную и безальтернативную, достаточно
гибкую с низкими финансовыми вложениями.
Применение подхода ограничивается частой перестройкой
подготовки производства и сложностью выполняемых работ, с увеличением
числа обрабатываемых деталей, применяемого инструмента и
приспособлений. Тогда становится неизбежным применение компьютерного
проектирования.
Смешанное компьютерное проектирование расширяет
возможности традиционного подхода (а), основывается на принципах
групповой технологии, классификации и кодировании деталей. В этом
подходе узаконенный план обработки (технологический маршрут)
хранится в файле компьютера для каждой детали, закодированной
номером. Процесс обработки выбирается из числа действующих на
предприятии, или используется гипотетический процесс, разработанный
для обработки группы деталей с условным представлением
доминирующей (комплексной) деталью. Структурная схема компьютерного
проектирования показана на рис. 2.18.
98
Рис. 2.18. Структурная
схема смешанного
компьютерного проектирования ТПП:
/ — файл семейства деталей;
2— файл стандартного порядка;
3 — файл оперативного плана;
4 — фонд программ; $ — поиск
семейства деталей; 6 — сборник
входных данных; 7 —
стандартный порядок
редактирования; 8 — оперативный план
редактирования; 9 — процессор
рабочих элементов; 10 —
классификационный код деталей;
// — технологический маршрут;
12 — технологический процесс;
13 — маршрут хранения
В смешанном компьютерном проектировании, как во всяком
компьютерном проектировании, резко сокращается время на
проектирование, проектировщик освобождается от рутинных ручных работ,
больше уделяет внимания качеству труда. К недостатку процедуры
относится ее смешанный характер, проявляемый во взаимодействии
автоматизации с личным участием проектировщиков разных
профессиональных качеств.
Созданы и реализуются коммерческие варианты систем
компьютерного проектирования, рабочие планы которых хранятся в каталогах
и библиотеке информационного обеспечения.
Автоматизированное компьютерное
проектирование подхода реализуется с программно-алгоритмическим
обеспечением, включающим логические решения, формулы,
алгоритмические модели, геометрическую базу данных единичного
технологического процесса для превращения заготовки в готовую деталь. В
отличие от предыдущего подхода рассматривается не групповая
технология с множеством решений, а единичная технология на каждую
деталь; само автоматизированное проектирование свободно от его
недостатков.
Разработка автоматизированного компьютерного
проектирования — пример решения безлюдной технологии гибких
автоматизированных технологических систем в свете требований
научно-технического прогресса. Полный потенциал решения будет раскрыт, если
будут созданы и действовать процессы управления качеством
проектирования. Рассматриваются три процесса управления качеством
проектирования в механообработке:
?♦ 99
процесс
компьютерного проектирования;
процесс оптимизации
параметров механической
обработки;
процесс адаптивного
подхода.
Процесс
компьютерного
проектирования предусматривает
компьютерное
проектирование и устранение
множества ручных рутинных
работ. На рис. 2.19
показана структурная схема
последовательности
выполняемых работ в составе
АСТПП. За введенными
тремя блоками закреплены
определенные функции.
Блок 1 содержит
список номенклатуры
промышленной продукции,
подлежащей изготовлению, сроки поставки и объем выпуска. Они
составляются с учетом запроса потребителя и прогноза на будущее. В
блок включен производственный план выпуска продукции, который
определяет запрос на материалы.
Блок 2 представляет процедуру обычно компьютеризованную, для
определения поступления узлов и деталей на сборку. Он может быть
использован в изменении порядка размещения в соответствии с
изменением производственных приоритетов и требуемых условий.
Блок 3 определяет производственную мощность на сумму продукта,
который может быть изготовлен в заданный промежуток времени. Он
имеет дело с планированием материала и деталей, необходимых для
производства продукции, мощность планирования касается
планирования производственных ресурсов (труд, технологическое оборудование) и
согласовывается с блоком 1.
Система оптимизации параметров процессов
обработки предусматривает использование двух методов — эвристического и
количественного. В эвристическом методе окончательные решения
вырабатываются путем поиска решения задач и вывода доказательств и
100
Рис. 2.19. Структурная схема автоматизированного
компьютерного проектирования ТПП (АС ТПП):
/ — производственное решение; 2 — производственное
календарное планирование; 3 — материальное
планирование; 4 — закупка; 5 — внешний поставщик; 6 —
управление производственными ресурсами; 7 — заготовки; 8 —
производственные операции; 9 — конечная продукция;
10 — цеховой участок управления; II — планирование
мощностей; 12 — техническая и технологичесая база
данных; 13 — техническое конструирование
основаны на учете опыта решения сходных оптимизационных задач в
прошлом, накопления, учете ошибок, а также интуиции. Исходной
информацией при этом служит опыт передовых предприятий, результаты
научно-исследовательских работ, опыт производства, результаты
отдельных расчетов и другие материалы.
Количественный метод оптимизации является более объективным и
получает широкое распространение на базе СОПОС. В нем
оптимальными называют такие значения технологических параметров, при
которых достигается наилучшее качество обработки и экономичность.
Определение оптимальных параметров имеет смысл в том случае,
когда установлен критерий оптимальности и указаны ограничения.
Метод поясним оптимизацией технологических параметров механической
обработки резанием на станках с числовым программным управлением
(ЧПУ).
К технологическим параметрам механической обработки
резанием относят скорость резания, подачу и глубину резания. Глубина
резания обычно предопределяется геометрией заготовки и
технологическим маршрутом. Поэтому проблема состоит в совместной
оптимизации скорости и подачи с обратной связью по скорости с
учетом технологического процесса, металлорежущих станков,
режущего инструмента, заготовки и
других не упомянутых
технологических факторов.
Возникающая задача
оптимизации
многопараметрическая, с множеством
переменных параметров, решается
на базе математического
моделирования постановкой
вычислительного и натурного
экспериментов на ЭВМ.
Математическая модель
оптимизации скорости
подачи имеет состав уравнений,
состоящий из: функции цели,
Уравнения связи и
налагаемых ограничений. В функции
Цели за критерий
оптимальности принимается
технологическая себестоимость
одной детали, переменными яв-
101
10
|0
|0
—а,
"* 5 Г*1 7
А А А
0
База данных
Рис. 2.20. Структурная схема системы
адаптивного подхода:
/ — файл материала; 2 — файл инструмента; 3 —
файл металлорежущих станков; 4 — входные данные,
5 — данные механообработки; 6 — математические
модели резания (подачи, скорости), 7 — управляющий
контроль; 8 — преобразователь; 9 — станок с ЧПУ
ляются слагаемые технической нормы времени, затраты на накладные
расходы и инструмент, показатели технологической операции,
стойкость резца. Главным урав-
"7 нением связи является
стойкость резца
^
Л7-3
г^7~3д'л
10
"Г
а)
;| И
Разрушение
—>
Зона
начального
износа
Зона
установившегося
износа
Зона
катастрофического
износа
б)
Рис. 2.21. Структурная схема оптимизации
механической обработки с адаптивным управлением:
а — структурная схема; б — к определению
постоянных параметров резания в структурной
схеме (а):
I — вход И/: 2 — данные производственной выборки
при К= У11Ш1; 3 — вход: /?, К а2, #()> Я,, /(>; 4 — расчет
Кит- Т1нт. 5 -— ПОИСК Л,., Ь ПрИ И= КП)Ш, 7"тш = Т\ 6 —
расчет матрицы V: 7 — расчеты оценки *,;, А,* 5 —
стойкость инструмента Т в производственных условиях;
(У — с Г и ^Н1||1 оценка /г' и с' при Р^; /0 — анализ
изменения У„ш
-#
где Ь — фактор обработки,
Ь = —, / — длина обрабаты-
ваемой детали, 5—подача;
А — постоянная для
заданных условий обработки;
п — показатель
относительной стойкости (п < 1).
Уравнение связи —
частный случай уравнения Тэй-
лора
УТ" = С
Ограничения налагаются
в виде неравенств
(односторонние или двусторонние)
на частоту вращения,
подачу, силу резания, мощность,
шероховатость поверхности,
точность размера.
Дальнейшая алгоритмизация
уравнений состава приводит к
разработке модели, а ее
формализация — к рабочим
программам на ЭВМ.
Математические модели могут
уточняться дополнительным
проведением
экспериментальной оптимизации.
Процесс
адаптивного подхода дается в
кибернетической постановке
с витком скоростной
обратной связи, направлено на
102
поддержание таких переменных, как сила резания, температура в зоне
резания, крутящего момента с поддержанием работоспособности
станка с ЧПУ в динамике. Системы адаптивного управления основываются
на хранении математических моделей износа инструмента. Простой
пример такой системы показан на рис. 2.20.
Математическая модель износа во времени со(0 принимается за
модель управления и в одном из случаев механической обработки
резанием может иметь вид
а>(/) = В0 + В}( + ЕУ
где Во и В\ —текущие значения износа во времени / в зонах
приработки и критической, систематические величины; Е — нормально
распределенная случайная величина с математическим ожиданием, равным
нулю, и со среднеквадратическим отклонением а2.
В общем случае с лучшей аппроксимацией математическую
модель износа записывают в виде
со(0 = В0 + В\1 + В2 I2 + Е.
Оптимизация значений Ут]Т1, и и С в уравнении проводится по
функции цепи со структурной схемой (рис. 2.20):
с = суо + т (со>, + с,) + с0и
где Со — затраты на механическую обработку; С, — стоимость
инструмента; /о — основное технологическое время; (с — время на замену
инструмента; /в — вспомогательное время.
Параметры, входящие в структурную схему (см. рис. 2.20),
табулированы.
В структурной схеме (рис. 2.20, а) расчетные значения имеют вид
С
'Л*к
с
ГП .11
[Г*-1И
п >
и = /, + с,/с0;
т =
V" /
и>
г_">*-*о
103
К'=Г + 272:
Ум+а: уп+кг
Уи + кк1, Уп+кЧ]
Ь =
х$л
[у1]1 .[РЬ + 27со] ;
2 =
1 >,
1 /,
1 /.
со =
со,
со,
со„
где I — время, мин; со — площадь износа, мм (рис. 2.20, б).
Контрольные вопросы
1. Какая классификация принята в стандартизации промышленной продукции?
2. На чем основана стандартизация технических условий?
3. Как стандартизация осуществляет повышение качества продукции?
4. В чем состоит квалиметрическая оценка качества продукции?
5. На чем основана стандартизация функциональных структур объектов
машиностроения?
6. Назовите методы моделирования размерных цепей по видам взаимозаменяемости.
7. В чем сущность моделирования электрических цепей?
8. В чем сущность моделирования электронных цепей?
9. Как формируется нормативная база технологических объектов в новых
экономических условиях рыночной экономики?
10. Определите перспективные направления информационной технологии и
автоматизации в стандартизации.
11. В чем состоит назначение Единой системы технологической подготовки
производства?
12. Поясните систематизацию объектов стандартизации в машиностроении.
ГЛАВА 3
СИСТЕМА СТАНДАРТИЗАЦИИ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
3.1. Государственная система стандартизации (ГСС)
и научно-технический прогресс
Стандартизация и научно-технический прогресс взаимосвязаны:
в стандартах концентрированно выражается уровень развития науки
и техники и в то же время от уровня требования стандартов в
значительной степени зависит дальнейшее развитие научно-технического
прогресса.
Стандартизация распространена во всех промышленно развитых
странах. Особенно широко ее возможности используются в России,
где стандарты могут иметь силу закона и становятся обязательными
для всех предприятий и организаций.
Главной задачей стандартизации является создание прогрессивной
системы нормативной документации, и ее применение при разработке,
производстве и эксплуатации продукции, удовлетворяющей
потребности народного хозяйства, населения, обороны страны и экспорта.
Требования, устанавливаемые в государственных стандартах, направлены
на выпуск самой современной высококачественной продукции,
соответствующей мировому уровню по всем потребительским показателям:
надежности и точности, материало- и энергоемкости, трудоемкости,
требованиям эргономики и технической эстетики. Необходимое
условие решения задачи стандартизации — решительный переход к
созданию принципиально новых нормативных документов —
государственных стандартов с перспективными требованиями и
дифференцированными сроками введения их в действие.
Сущность роли стандартизации в управлении качеством продукции
на современном этапе заключается в планомерном и полном использо-
105
вании возможностей стандартизации в решении этой большой
народнохозяйственной проблемы. Стандартизация здесь играет роль
взаимосвязанного целостного комплекса активных регуляторов,
воздействующих на функции управляющих органов. Взаимосвязанный целостный
комплекс таких регуляторов образует систему стандартизации в
управлении качеством.
В целях усиления роли стандартизации в ускорении технического
прогресса, повышения качества продукции и экономической
эффективности производства была разработана и с 1970 г. введена в действие
(с последующей корректировкой) Государственная система
стандартизации (ГСС). Она представляет собой комплекс взаимоувязанных
правил и положений, определяющих цели и задачи стандартизации,
структуру органов и служб стандартизации, их права и обязанности,
организацию и методику проведения работ по стандартизации во всех
отраслях экономики, порядок разработки, оформления, согласования,
утверждения, издания, внедрения стандартов, а также контроля за их
внедрением и соблюдением.
Конечным результатом стандартизации являются внедрение и
выпуск продукции в строгом соответствии с требованиями стандартов.
В целях укрепления технологической и производственной дисциплины
соблюдают меры правового и экономического воздействия на
предприятия и организации, нарушающие требования стандартов и
технических условий при изготовлении и реализации продукции, а также
метрологических правил. Государственный надзор за стандартами
и средствами измерения охватывает все стадии жизненного цикла
продукции— от проектирования до хранения и эксплуатации.
Важным направлением в работе по повышению технического
уровня и качества продукции, обеспечению ее конкурентоспособности на
внешнем рынке является сертификация — система действий,
подтверждающих соответствие фактических характеристик продукции
требованиям стандартов или иных документов, которые приняты в той или
иной стране, в международных организациях.
Испытания продукции в целях ее сертификации проводят
испытательные организации из числа головных организаций по
государственным испытаниям. Введена сертификация таких важных видов
промышленной продукции, как легковые и грузовые автомобили,
тракторы, сельскохозяйственные машины, бытовые электроприборы и др.
Наряду с аттестацией, сертификацией и другими регуляторами
механизма управления техническим уровнем и качеством продукции
создается система государственных испытаний с целью предотвращения
106
попадания к потребителю технически несовершенных, конструктивно
и технологически неотработанных изделий, а также систематического
контроля за стабильностью качества выпускаемой продукции.
Особая роль стандартизации в обеспечении качества изделий
машиностроения на современном этапе заключается в усилении
органической связи стандартов с качеством по объединению усилий
предприятий и организаций, независимо от их ведомственной принадлежности,
по целенаправленному воздействию на качество на всех стадиях
жизненного цикла изделий и уровнях управления. В этих условиях в
методологии стандартизации как процесса управления особое значение
приобретают:
системный анализ в решении проблем стандартизации;
оптимизация требования стандартов (глава 4);
разработка рядов предпочтительных чисел и параметрических, и их
оптимизация;
унификация и агрегатирование;
комплексная и опережающая стандартизация;
стандартизация основных норм взаимозаменяемости (глава 5);
комплексные системы общетехнических стандартов.
Стандартизация своими методами и возможностями позволяет
практически осуществлять обеспечение качества изделий.
3.2. Системный анализ в решении проблем
стандартизации
Системный анализ можно рассматривать как некоторый процесс, в
результате которого путем последовательного приближения решаются
задачи управления.
Системный анализ применяется для исследования систем,
представляющих собой взаимоувязанное множество объектов
стандартизации (в отличие от конгломерата объектов) и требующих
предварительного определения целей, задач и направлений действия.
Основными принципами системного анализа являются:
направленность на выявление целей системы;
определение и исследование всех существенных взаимосвязей как
внутри системы, так и между системной и внешней средой, а также
выбор частных решений с учетом их влияния на систему в целом;
поиск вариантов решения и выбор наилучшего из них;
нахождение оптимальных решений на основе сравнения эффекта
и затрат;
107
изучение динамического характера процессов, протекающих в
системах, их функционирования и развития;
учет случайно действующих факторов.
Системный анализ имеет следующий перечень типовых
стандартных элементов: цели, пути достижения поставленных целей,
определение требуемых ресурсов и их распределение, модель и критерий.
Системный анализ проводится в несколько этапов:
постановка задачи, включающая определение конечных целей
и круга вопросов, требующих решения; анализ условий, в которых
функционирует система, а также определение ограничений,
накладываемых на условия функционирования системы; определение,
анализ и обобщение данных, необходимых для решения проблемы,
изучения структуры анализируемой системы (проблемы),
установление связей, разработка различных программ, обеспечивающих
решение задачи;
построение модели, идентификация системы, выбор критериев для
предсказания последствий выбора решений, сравнение различных
вариантов решений с точки зрения этих последствий;
разработка рекомендаций по созданию проекта стандарта;
подтверждение (экспериментальная проверка) принятых решений;
окончательный выбор оптимального решения задачи на основе
экспериментальной проверки принятого решения;
реализация принятого решения (утверждение стандарта).
33. Ряды предпочтительных чисел
и параметрические
Ряды предпочтительных чисел. Стандартизуемые
показатели промышленных объектов обычно имеют числовое выражение
и образуют в определенных диапазонах последовательность чисел. В
результате стандартизации всю совокупность показателей
представляют в виде математических рядов, что способствует сокращению
номенклатуры типоразмеров, выбору рациональных режимов работы
машин, экономии ресурсов.
Анализ взаимосвязей параметров изделий машиностроения показал
целесообразность использования прогрессий в качестве рядов
предпочтительных чисел. На практике и в проектно-конструкторских расчетах
оказались приемлемыми геометрические прогрессии вида а, ад, ад2,
..., ад"~\ где д — знаменатель прогрессии, и арифметические
прогрессии а, а + й?, а + 2<^, ..., а + (п-\)с1, где с!—разность прогрессии.
108
Наиболее удобными являются геометрические прогрессии, включа-
щие число 1 и имеющие знаменатель ф„ = л/10. В соответствии с
рекомендациями ИСО установлены следующие четыре основных
десятичных ряда предпочтительных чисел со знаменателями ф:
л7ш= 1,5849 «1,6 —для ряда Л 5;
'лУГо = 1,2689 »1,25 — для ряда К 10;
2лУГ0=1,1220«1,12 —для ряда К 20;
4лУЙ) =1,0593 «1,06 — для ряда Д40.
Предпочтительные числа стандартизованы (ГОСТ 6636—69). На
базе рядов предпочтительных чисел построены ряды нормальных
линейных размеров (диаметров, длин, высот) и с некоторым округлением
(ГОСТ 8032—56).
В отдельных обоснованных случаях допускается применение ряда
К 80 с ф = *Щ0 »1,03 и производных рядов, полученных из основных К
5 — Л 40 или дополнительного К 80 отбором каждого второго,
третьего или какого-либо другого члена ряда.
Ряды предпочтительных чисел нужно применять не только при
стандартизации, но и при выборе номинальных значений параметров
в процессе проектирования. Только при такой единой закономерности
построения параметров изделий можно согласовать между собой
параметры связанных с ними комплектующих изделий, полуфабрикатов и
материалов.
Параметрические ряды. Для рационального сокращения
номенклатуры изделий необходима разработка стандартов на их
параметрические ряды. Стандарты данного вида направлены на сокращение до
целесообразного минимума конкретных типов, видов и моделей
изделий. Как правило, эти стандарты являются перспективными и их
требования направлены на внедрение в производство прогрессивных,
технически более совершенных и производительных машин,
оборудования, приборов и других видов продукции.
Параметрические ряды строятся по основным параметрам. При их
выборе следует руководствоваться следующими принципами:
номенклатура основных параметров должна быть минимальной,
чтобы не ограничивать процесс совершенствования конструкций
и технологии изготовления изделий;
параметры, включаемые в номенклатуру основных, должны быть
109
стабильными, т. е. оставаться неизменными при конструктивных
модификациях и техническом усовершенствовании;
основные параметры не должны зависеть от таких часто
изменяемых факторов, как технология изготовления, применяемые материалы,
методики расчета и т.п.
При построении и выборе рядов на конкретный параметр
существуют два основных метода: технического и экономического
обоснования.
При методе технически обоснованных рядов задача сводится к
тому, чтобы построить ряд на параметр изделий, который может быть
функционально зависим от другого параметра, параметрический ряд
на который задан (известен). Этот же метод должен использоваться
в случаях, когда параметр анализируемого изделия связан по
функциональному или эксплуатационному назначению с параметрами другого
изделия, ряд на который задан.
3.4. Унификация и агрегатирование
Унификация. Для рационального сокращения номенклатуры
изготавливаемых изделий проводят их унификацию и разрабатывают
стандарты на параметрические ряды изделий, что повышает
серийность, способствует специализации производства и улучшению
качества.
Унификация1—это научно-технический метод отбора и
регламентации оптимальной и сокращенной номенклатуры объектов
одинакового функционального назначения. В металлообрабатывающей
промышленности, например, унификация проводится путем анализа
конструкций изделий, их применяемости и приведения близких по конструкции
и размерам изделий, их составных частей и деталей к единой
оптимальной типовой конструкции по установленным признакам в
заданной области применения.
Унифицированные изделия, их составные части и детали должны
обладать полной взаимозаменяемостью по показателям качества (или
совместимостью) и по присоединительным размерам. Таким образом,
при унификации устанавливается минимальное, но достаточное число
видов, типов и типоразмеров, обладающих высокими показателями
качества.
1 Слово ((унификация» происходит от латинских слов ипю — единство и
(асе!ч? — делать и обозначает приведение чего-нибудь к единой форме или системе.
110
Унификация — наиболее распространенная и эффективная форма
стандартизации. Унификацию можно осуществлять до
стандартизации, если ее результаты не оформляются стандартом. Но
стандартизация изделий, их составных частей и деталей обязательно
предполагает их унификацию. Если разрабатывается стандарт, который будет
применяться в нескольких отраслях промышленности, то допускается
большее число типоразмеров. Дальнейшее их сокращение может
быть достигнуто путем составления отраслевых или внутризаводских
ограничительных перечней типоразмеров изделий, их составных
частей и деталей.
. • Унификации подлежат также другие виды продукции, в том числе
марки материалов и их размеры, инструмент, технологическая
оснастка, а также методы испытания и контроля, документация, процессы,
#ормы, требования, обозначения и т. д.
Унификации могут предшествовать систематизация и
классификация объектов. Систематизация предметов, явлений или понятий
преследует цель расположить их в определенном порядке и
последовательности, образующей четкую систему, удобную для использования.
При этом учитывается взаимосвязь объектов систематизации.
Наиболее простой формой систематизации является алфавитная система
расположения объектов. Такая система используется, например, в
энциклопедических и политехнических справочниках, в библиографиях
!-|Г т.п. Применяют также порядковую нумерацию систематизируемых
/боъектов или расположение их в хронологической последовательно-
|1Йги. Например, государственные стандарты регистрируются по
порядив номеров, после которого в каждом стандарте указывают год его
утверждения (например, ГОСТ 16039—70). Для систематизации
параметре и размеров машин, их частей и деталей рекомендуются ряды пред-
Почтительных чисел.
^ Разновидностью систематизации является классификация. Она
*феследует цель расположить предметы, явления или понятия по классам,
Подклассам и разрядам в зависимости от их общих признаков, т. е. соз-
Дйть системы соподчиненных объектов. Чаще всего классификацию
проводят по десятичной системе. На ее основе создан общесоюзный
классификатор продукции. Универсальная десятичная классификация (УДК)
принята в качестве международной системы рубрикации индексами
технической и гуманитарной литературы. Например, УДК 62 — техника;
УДК 621—общее машиностроение и электротехника; УДК 622 —
горное дело; УДК 621.3:622 — электротехника в горном деле и т.п.
Симплификация — форма стандартизации, заключающаяся
в Уменьшении количества типов или других разновидностей изделий
111
до числа, достаточного для удовлетворения существующих в данное
время потребностей. При симплификации оставляют только те
составные части и детали, которые считают необходимыми. В объекты
симплификации не вносят каких-либо технических усовершенствований.
Типизация конструкций изделий — разработка
и установление типовых конструкций, содержащих общие для ряда
изделий, их составных частей и деталей конструктивные параметры.
При типизации не только анализируются уже существующие типы
и типоразмеры изделий, их составные части и детали, но и
разрабатываются новые, перспективные, учитывающие достижения науки
и техники и развитие промышленности. Часто результатом такой
работы является установление соответствующих рядов изделий, их
составных частей и деталей.
Типизация технологических процессов — разработка
технологического процесса для производства однотипных деталей или
сборки однотипных составных частей или изделий той или иной
классификационной группы. Типизации технологических процессов
должна предшествовать работа по классификации деталей, составных
частей и изделий и установление типовых представителей, обладающих
наибольшим числом признаков, характерных для деталей, составных
частей и изделий данной классификационной группы. Типизация
технологических процессов получила широкое распространение особенно
при внедрении Единой системы технологической подготовки
производства (ЕСТПП).
Различают следующие виды унификации.
Внутриразмерная унификация — это унификация всех
модификаций определенного изделия с базовой моделью или между
собой внутри одного типоразмера.
Межразмерная унификация — это унификация базовых
моделей или их модификаций (между разными размерами
параметрического ряда изделий, но внутри одного типа).
Указанные два вида унификации относят к внутритиповой
унификации, так как охватывают машины, составные части и детали одного
типа.
Межтиповая унификация — это унификация изделий,
относящихся к различным параметрическим рядам и различным типам.
Например, в один межтиповой ряд могут быть унифицированы
продольно-фрезерные, продольно-строгальные, продольно-шлифовальные
станки на основе стандартной ширины обрабатываемых заготовок,
установленных по ряду 10 (800, 1000, 1250 и 1600 мм). Это позволяет
112
Применять для всех указанных станков 45% унифицированных узлов
(^стойки, станины, поперечины и др.).
Унификация может быть заводской (в рамках завода), отраслевой
(пдя ряда заводов отрасли), охватывать номенклатуру изделий, их со-
довные части и детали, которые находят применение в различных
отраслях экономики (межотраслевая унификация).
-Агрегатирование. Как показывает опыт промышленности, кон-
^фукции большинства машин, оборудования, приборов и других изде-
0й могут быть расчленены на несколько автономных агрегатов (узлов).
$Р Расчленение машин производят на основе структурного анализа их
|фкя,авных частей, позволяющего выделить автономные функциональ-
узлы (агрегаты) с учетом применения их в ряде других машин. За-
агрегаты унифицируют, стандартизуют, и они могут составлять
лруктивно-унифицированные (типоразмерные) ряды. Агрегаты из-
[ивают независимо один от другого, и они обладают полной вза-
юменяемостью по всем эксплуатационным показателям и присое-
[нительным размерам. Унифицированные агрегаты должны иметь оп-
[альную конструкцию высокого качества и состоять, по возможно-
[, из наименьшего числа наименований деталей. Сборка этих агрега-
Цйв должна быть простой и надежной; она производится с помощью
^мных резьбовых, шлицевых и других соединений. После сборки
(ины оборудование или приборы должны обладать требуемой
[ностью, надежностью, долговечностью, жесткостью, виброустой-
>стью и иметь другие оптимальные показатели качества, определя-
ю их эксплуатационным назначением.
Таким образом, агрегатирование —это метод создания машин,
>рудования, приборов и других изделий из унифицированных,
>гократно используемых стандартных агрегатов (автономных уз-
0, устанавливаемых в изделии в различном числе и различных
(бинациях.
Ш* Унификация и агрегатирование позволяют перейти от конструиро-
|§*ния и производства необоснованного оригинального и дорогого
оборудования и машин к их созданию и выпуску на основе проверенных
^оптимальных унифицированных агрегатов. При этом в создаваемых
Ё: Ирмпоновках обеспечиваются оптимальные показатели качества, а сро-
*1*и проектирования и освоения новой техники сокращаются с 4—6 до
'■'_ч5—2 лет (за счет использования освоенных ранее и проверенных
* эксплуатации агрегатов). Соответственно затраты на проектирование
" * освоение серийного производства снижаются в 1,5—2 раза, растет
^пуск машин при тех же производственных мощностях, а себестои-
•-4523 ИЗ
мость их изготовления уменьшается на 25—30%. Агрегатирование
упрощает изготовление, сборку и эксплуатацию изделий, сокращает их
металлоемкость и издержки на ремонт.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что при частой
сменяемости или модернизации изготовляемых изделий
агрегатирование является наиболее прогрессивным методом конструирования,
обеспечивающим ускорение технического прогресса и большой
экономический эффект. Безусловно, создавая принципиально новые машины
или другие изделия, нельзя обойтись без проектирования
конструктивно новых составных частей этих изделий. Но они должны
проектироваться из автономных агрегатов (составных частей), которые при
дальнейшем развитии изделий можно было бы унифицировать.
В настоящее время принцип агрегатирования широко применяют
при создании разнообразных типов машин, оборудования и приборов
во всех отраслях машиностроения, в том числе энергетической,
сельскохозяйственной, автотракторной и др.
3.5. Комплексная и опережающая
стандартизации
Качество машин и других изделий определяется большим
количеством факторов: совершенством конструкций и методов
проектирования и расчета машин или их составных частей на прочность,
надежность, долговечность и точность; качеством применяемого сырья,
материалов, заготовок, полуфабрикатов, покупных и получаемых по
кооперации изделий; степенью унификации, агрегатирования и
стандартизации; уровнем технологии и средств производства, контроля и
испытаний; уровнем взаимозаменяемости, организации производства и
эксплуатации машин; квалификацией рабочих. Для обеспечения высокого
качества машин необходимы оптимизация указанных факторов и
строгая взаимная согласованность требований к их качеству как при
проектировании, так и на этапах производства и эксплуатации.
При больших масштабах производства и широких межотраслевых
связях повышение качества машин и других изделий может быть
достигнуто только методом комплексной и опережающей
стандартизации.
Комплексная стандартизация (КС) — это стандартизация,
при которой осуществляется целенаправленное и планомерное
установление и применение системы взаимоувязанных требований как
к самому объекту КС в целом и его основным составным частям, так
114
и к другим материальным и нематериальным факторам, влияющим на
объект, в целях обеспечения оптимального решения конкретной
проблемы. Следовательно, сущность КС следует понимать как
систематизацию, оптимизацию и увязку всех взаимодействующих факторов,
обеспечивающих экономически оптимальный уровень качества
продукции в требуемые сроки.
Эффективным средством организации работ по комплексной
стандартизации является разработка и реализация программ комплексной
стандартизации важнейших видов продукции, позволяющих
организовать разработку комплекса взаимоувязанных стандартов и технических
условий.
Опережающая стандартизация (ОС) — это стандартизация,
заключающаяся в установлении повышенных по отношению к уже
достигнутому на практике уровню норм, требований к объектам
стандартизации, которые согласно прогнозам будут оптимальными в
последующее планируемое время.
Обязательным признаком ОС является наличие времени
упреждения производства комплектующих изделий и вспомогательной
продукции повышенного качества по отношению к времени производства
конечного изделия.
Объектами ОС является важнейшая продукция и процессы,
параметры которых (нормы, правила и требования к этой продукции и
процессам) и возможности их обеспечения изменяются в течение срока
действия стандартов.
В зависимости от реальных условий в стандартах устанавливают
показатели (нормы, характеристики рабочего процесса и т. д.) в виде
ступеней качества, имеющие дифференцированные сроки введения.
Главным условием при разработке опережающих стандартов
является установление в них таких параметров и значений
показателей качества, которые были бы оптимальными в планируемом
интервале времени. Оптимальными показателями являются такие
нормы и требования, при которых заданная цель достигается с
минимальными затратами, т. е. достигается максимальный
технико-экономический эффект с учетом проектирования, производства и
эксплуатации изделий.
Установление показателей качества стандартизуемых объектов
при ОС производится на основе, например, динамической
оптимизации их значений с учетом прогноза потребности, повышения
научно-технического уровня объектов стандартизации, эргономических
показателей и др.
^ 115
Опережение может относиться как к изделию в целом, так и к
наиболее важным параметрам и показателям его качества, методам
и средствам производства, испытания и контроля и т. д. Опережающие
стандарты могут базироваться на уже освоенных в других отраслях
или на образцах других стран.
Когда необходимо значительно улучшить конструкцию серийно
выпускаемого изделия, опережающую стандартизацию производят
параллельно с проектно-конструкторскими работами.
Опережающие стандарты могут быть государственными,
отраслевыми, заводскими или региональными.
При разработке комплексных и опережающих стандартов
наибольшая трудность заключается в установлении количественных связей
и степени влияния качественных показателей материала, заготовок,
покупных и кооперируемых изделий, технологических и других
факторов (являющихся объектами комплексной и опережающей
стандартизации) на показатели качества конечного изделия. Наиболее
эффективен здесь метод взаимозаменяемости.
Итак, конечной целью комплексной и опережающей
стандартизации является обеспечение и поддержание оптимального уровня
качества машин, приборов и других изделий во времени путем
одновременного проведения работ по установлению и стандартизации
взаимоувязанных ступенчатых требований к качеству материала, деталей, узлов,
покупных и кооперируемых изделий, элементов процессов
проектирования, производства и эксплуатации изделия, исходя из требований
к его качеству. Дальнейшее развитие теоретических и
методологических основ опережающей и комплексной стандартизации будет
способствовать более широкому внедрению их в практику
стандартизации. Получили развитие научно-методические основы разработки
государственных стандартов с перспективными требованиями в составе
научно-исследовательских работ по определению перспектив развития
групп однородной продукции. Под группой однородной продукции
понимается совокупность продукции, характеризующаяся общим
целевым (функциональным) назначением, обладающая общими основными
свойствами.
Целью разработки государственных стандартов с перспективными
требованиями на группы однородной продукции является создание
нормативно-технической базы государственного управления
разработкой и выпуском отечественной продукции, соответствующей высшему
мировому уровню, экономически обоснованным требованиям отраслям
экономики и населения страны, потребностям обороны и экспорта.
116
Государственные стандарты с перспективными требованиями на
группы однородной продукции должны относиться к стандартам вида
«Общие технические требования» (ГОСТ ОТТ).
В ГОСТ ОТТ должны устанавливаться три ступени технического
уровня и качества, каждая из которых характеризуется совокупностью
значений основных показателей технического уровня и качества групп
однородной продукции.
3.6. Комплексные системы общетехнических
стандартов
Масштабы производства и межотраслевые связи предприятий
обусловили необходимость создания многих комплексных систем
общетехнических (межотраслевых) стандартов, прогрессивных стандартов,
охватывающих все стадии жизненного цикла изделий: исследование
и проектирование, подготовка производства, производство,
эксплуатация и ремонт. Внедрение комплексных систем стандартов повышает
эффективность инженерного труда, качество продукции и
экономичность ее производства.
Единая система конструкторской документации. В
связи с развитием промышленности, усложнением конструкций машин,
приборов и других изделий, автоматизацией производственных процессов
поток конструкторской документации постоянно увеличивается.
С 1971 г. действует Единая система конструкторской документации
(ЕСКД), которая устанавливает для всех организаций единый порядок
организации проектирования, правила выполнения и оформления
чертежей и ведения чертежного хозяйства, что упрощает проектно-конст-
рукторские работы, способствует повышению качества и уровня
взаимозаменяемости изделий и облегчает чтение и понимание чертежей
в разных организациях. Внедрение ЕСКД позволило применять ЭВМ
для проектирования и обработки технической документации. Она
способствует развитию кооперирования в промышленности и
использованию при проектировании новых изделий отдельных частей и деталей
ранее созданных конструкций.
Введение стандартов ЕСКД обеспечивает взаимный обмен
конструкторской документации между организациями и предприятиями без ее
переоформления; обеспечивает расширение унификации при
конструкторской разработке проектов изделий; упрощает конструкторские
документы и графические изображения, что способствует снижению
трудоемкости проектно-конструкторских разработок промышленных изделий.
117
Весь комплекс стандартов ЕСКД разделяется на 9 групп.
Основным направлением перспективного развития ЕСКД
является документальное обеспечение систем автоматизации проект-
но-конструкторских работ (САПР) и автоматизированных систем
управления (АСУ). Перспективное развитие системы должно
решаться с учетом трех основных факторов: автоматизированного
проектирования; автоматизированного производства;
автоматизированных систем управления на всех уровнях — государственном,
отраслевом и предприятий.
Комплекс стандартов ЕСКД и вводимая система обозначения
изделий и конструкторских документов с использованием Классификатора
ЕСКД обеспечивают создание эффективной автоматизированной
информационно-поисковой системы (АИПС) конструкторского
назначения для поиска и заимствования изделий и КД при проектировании,
унификации и стандартизации новых изделий и их составных частей.
АИПС разрабатывается с использованием компьютерных
информационных технологий для безбумажного документооборота с помощью
САЬ5-технологии.
В САЬ8-технологиях носителем конструкторско-технологической
информации являются магнитные диски СО-КОМ и др.
В итоге АИПС позволяет снизить трудоемкость, сокращает сроки
проектирования новых изделий и повышает качество конструкторской
документации и самих изделий.
Единая система стандартов приборостроения.
Значительное увеличение выпуска приборов и средств автоматизации
потребовало создание специальной Единой системы стандартов
приборостроения (ЕССП). Эта система призвана унифицировать и согласовать на
принципе агрегатирования параметры и характеристики приборов
и устройств, входящих в системы автоматического контроля,
регулирования и управления сложными производственными процессами. При
этом обеспечивается информационная, конструктивная,
эксплуатационная и другая совместимость указанных приборов и технических
средств.
Совместимость технических средств — это обеспечение
согласованной совместной работы этих средств в предусмотренном сочетании
их; при этом однотипные технические средства должны обладать
полной взаимозаменяемостью по всем нормируемым параметрам.
Требования к совместимости функциональной, информационной,
электрической, конструктивной (по присоединительным и
габаритно-установочным размерам, эргономическим требованиям) и по другим параметрам
118
установлены ГОСТ 22315—77 «Средства агрегатных
информационно-измерительных систем. Общие положения».
Структура ЕССП имеет четыре уровня иерархии.
Классификация и кодирование
технико-экономической информации. Для информационного обеспечения Единой
системы технологической подготовки производства (ЕСТПП) и
автоматизированных систем управления (АСУ) созданы системы
классификации и кодирования технико-экономической информации (ТЭИ). Они
выполняют функцию формализованного языка, обеспечивающего
перенос информации на машинные носители для последующей
обработки ее средствами вычислительный техники, и решают вопросы
информационной совместимости систем управления.
Термины и определения, используемые при классификации и
кодировании ТЭИ, регламентированы ГОСТ 17369—85.
Классификация — это разделение заданного множества на
подмножества в соответствии с принятыми методами классификации:
иерархическим или фасетным.
Под классификаторами понимается систематизированный свод
наименований объектов классификации, признаков классификации и
классификационных группировок и их кодовых обозначений.
Информационная емкость классификаторов по совокупности признаков
классификации и распределение его классификационных группировок по уровням
деления составляет основу любой системы классификации. В
классификаторах ТЭИ используются либо соподчиненные (одноаспектная), либо
несоподчиненные признаки классификации (многоаспектная).
Под кодированием понимается образование и присвоение
обозначения элементу классификации, признаку классификации и
классификационной группировке; обозначение дается знаком или группой знаков
в соответствии с принятым методом кодирования. Кодовое
обозначение (код) характеризуется алфавитом кода, разрядом, структурой,
длиной и проверяется контрольным числом.
Системы классификации и кодирования информации обеспечивают
полноценный обмен технико-экономической информацией на всех
уровнях управления, создание Единой системы классификации и
кодирования технико-экономической информации (ЕСКК ТЭИ). Система
включает:
классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции
(ОКП);
систему обозначения изделий и конструкторских документов
(единый классификатор ЕСКД);
119
технологический классификатор деталей машиностроения и
приборостроения;
классификатор технологических операций;
систему обозначения технологических документов;
технологический классификатор сварных конструкций;
классификатор предприятий, учреждений и организаций (ОКПО);
систему обозначений профессий рабочих, должностей служащих
и тарифные разряды;
систему обозначений единиц измерения;
классификатор стандартов и технических условий (ОКСТУ).
Контрольные вопросы
1. В чем состоит внутренняя связь Государственной системы стандартизации в
машиностроении?
2. Как построены и применяются ряды предпочтительных чисел?
3. Какое назначение унификации и агрегатирования в машиностроении?
4. Что достигается от внедрения комплексных систем общетехнических стандартов
в машиностроении?
5. В чем назначение системного анализа в решении проблем стандартизации?
6. Какие задачи решает классификация и кодирование технико-экономической
информации?
7. В чем сущность роли стандартизации в управлении качеством продукции?
8. Назовите методы стандартизации, обеспечивающие качество изделий.
ГЛАВА 4
ОПТИМИЗАЦИЯ ТРЕБОВАНИЙ
СТАНДАРТОВ
^
4.1. Сущность оптимизации требований стандартов
Основное положения. Задачу оптимизации требований
стандартов обычно связывают с оптимизацией объектов стандартизации,
и для ее реализации применяют методы оптимизации параметров
объектов стандартизации (ПОС). Важность проведения оптимизации для
народного хозяйства определили целесообразность выделения ее
методов в отдельную систему — систему оптимизации параметров
объектов стандартизации (СОПОС).
Эффективность системы обеспечивается на основе функционирования
СОПОС Госстандарта и СОПОС отраслей (предприятий и объединений).
СОПОС Госстандарта призвана:
служить научно-методической и учебной базой для разработки
и обеспечения функционирования отраслевых СОПОС;
обеспечивать выполнение НИР, проверку и корректировку
разрабатываемых институтами Госстандарта методических и
нормативно-технических документов по оптимизации ПОС;
осуществлять экспертизу отдельных отраслевых документов по
оптимизации.
В состав СОПОС Госстандарта входят:
методическая база СОПОС Госстандарта по оптимизации
производственных и технологических процессов; ч
методическая база СОПОС Госстандарта по машиностроению;
автоматизированная система обоснования требованийГстандартов
на базе сопоставительного анализа данных фонда стандартов.
Методическая база СОПОС Госстандарта содержит межотраслевые
пособия, стандарты, методические указания, инструкции, алгоритмы
и программы.
121
СОПОС отраслей, объединений и предприятий создается с целью
улучшения качества объектов стандартизации на основе повышения
научно-технического уровня стандартов и технических условий за счет
приближения значений параметров стандартизуемых объектов к
оптимальным. При этом должны обеспечиваться принципы комплексности
и опережаемости стандартизации.
СОПОС отраслей, объединений и предприятий должны включать:
рабочие методики, алгоритмы, программы и банки входных
данных для оптимизации конкретных объектов;
экспериментальные установки, ЭВМ (машинное время) для
оптимизации параметров объектов.
СОПОС осуществляет научно-методическое,
организационно-методическое и материально-техническое обеспечение работ по
оптимизации ПОС.
Научно-методическое обеспечение системы заключается в
разработке методов оптимизации, их унификации и совершенствовании
(обновлении), а также разработке комплекса унифицированных
нормативно-технических и методических документов.
Организационно-методическое обеспечение системы включает
распределение функций по разработке, обновлению и функционированию
СОПОС между исполнителями, установление ее связи с системами
управления качеством, с различными АСУ.
Материально-техническое обеспечение базируется на
использовании ЭВМ и технических устройств (стендов, приборов) для испытаний
продукции. При этом работы по экспериментальной оптимизации
могут проводиться на предприятиях, разрабатывающих и производящих
продукцию, а также на испытательных станциях и полигонах.
Продолжительность разработки, качество и эффективность
функционирования СОПОС зависят от системы подготовки и повышения
квалификации специалистов. Подготовка специалистов по разработке
СОПОС ведется по следующим профилям:
для экспериментальных методов оптимизации;
для разработки математических моделей СОПОС;
для оптимизации ПОС на основе рабочих моделей.
Величины, количественно характеризующие свойства объекта
стандартизации, называются параметрами объекта стандартизации.
Параметры характеризуют физические, химические, технические,
эргономические, эстетические и другие свойства объекта. В методических
и нормативно-технических документах, в чертежах и технических
описаниях при помощи параметров выражают количественные требования
(нормы), формируют показатели качества продукции. Оптимизация
ПОС заключается в установлении таких значений этих параметров
122
и такого их изменения во времени, при которых достигается
максимально возможная в определенных условиях эффективность. Значения
ПОС, которым соответствует максимально возможная эффективность,
называют оптимальными; аналогично оптимальным называют уровень
требований стандартов.
Максимальная эффективность в зависимости от конкретных
условий означает максимальный эффект (результат) при заданных затратах,
или заданный эффект при минимальных затратах, или максимальное
значение отношения эффекта к затратам, т. е. максимум эффекта,
приходящегося на единицу затрат. Под эффектом (результатом)
понимается достижение определенных экономических, технических и
социальных целей. К затратам относятся расход материальных, трудовых и
природных ресурсов, а также потери, обусловленные появлением
побочных и отрицательных эффектов.
Возросшие темпы научно-технического прогресса, углубление
специализации и кооперирования производства требуют внедрения более
совершенных количественных методов оптимизации в отраслях
народного хозяйства. Для оптимизации параметров объектов стандартизации
необходимо количественно оценивать:
параметры объекта;
эффект от производства и эксплуатации (потребления) объекта;
затраты на разработку, производство и эксплуатацию объекта.
На практике используют три формы оценки эффектов и затрат:
техническая форма—применяют только технические показатели
(КПД, мощность и т. д.), а затраты непосредственно не
рассматриваются, так как они остаются постоянными;
стоимостная форма — применяют денежные единицы, но
допускается применять и технические показатели, например эффект измеряют
в технических или денежных единицах, а затраты — в денежных;
полезностная форма — при измерении эффекта или затрат
применяют условные единицы (баллы, коэффициенты весомости, шкалы
полезности, шкалы предложения).
Оптимизация с помощью количественных методов имеет
конкретный смысл только для определенной цели и при установленных
ограничениях. Цели и ограничения определяют или уточняют путем
оптимизации других объектов, а также в процессе оптимизации
рассматриваемого объекта. Ограничениями являются условия разработки,
изготовления и эксплуатации продукции, характеризуемые
научно-техническими, производственными и эксплуатационными возможностями,
требованиями техники безопасности, охраны природы и т.п.
123
Оптимизация параметров объектов стандартизации с
использованием количественных методов оптимизации в общем случае содержит
следующие процедуры:
изучение объекта;
составление или выбор математической модели или разработка,
изготовление (приобретение) и отладка установки;
получение числовых значений входных данных и обеспечение их
сопоставимости;
разработка, отладка или выбор программ вычислений на ЭВМ;
составление плана вариантов вычислений или экспериментов;
проведение вычислений или экспериментов;
анализ результатов вычислений или экспериментов;
корректировка математической модели;
формулирование рекомендаций.
Оптимизация параметров объектов стандартизации успешно
осуществляется только при совместной координированной работе разных
специалистов. Для такой координации работ процесс составления
математических моделей разделен на следующие три этапа:
разработка схемы структуры и функционирования объекта
стандартизации;
составление математической модели функционирования объекта
стандартизации;
составление математической модели оптимизации ПОС.
В зависимости от характера преобладающих процедур методы
оптимизации параметров объектов стандартизации подразделяют на
теоретические (преобладают вычислительные процедуры),
экспериментальные (преобладают экспериментальные процедуры) и
экспериментально-теоретические (существенную роль играют как
вычислительные, так и экспериментальные процедуры).
Состав документов, устанавливающих методы СО-
П О С. Они должны последовательно обеспечивать наилучшее
сочетание между эффектом и затратами, определяемое с позиций
обоснованных целей, с учетом действующих ограничений и предстоящих
изменений во времени. Этому способствует дифференциация основных
требований к СОПОС — к результатам, методам и методологии
оптимизации.
Для обеспечения широкого внедрения количественных методов
оптимизации в СОПОС создан комплекс методических и
нормативно-технических документов, классифицируемых по группам,
приведенным ниже:
124
Шифр группы Наименование группы
0 Общие положения
1 Теоретические методы
2 Экспериментальные методы
3 Методы обеспечения комплексности стандартизации
4 Методы обеспечения опережаемости стандартизации
^ Методы совместного обеспечения опережаемости и
комплексности стандартизации
, Методы получения исходных данных
Методы рекомендации по организации работ
7 Особенности методов оптимизации в зависимости от ее
назначения
« Особенности методов оптимизации отдельных объектов и
параметров
Состав и структура типовых математических
моделей оптимизации ПОС. Исходными для оптимизации ПОС
служат пять групп зависимостей, составляющих или входящих в
математическую модель оптимизации.
Входными данными для оптимизации ПОС служат векторные
и скалярные функции.
1. Зависимость эффекта Э = (Э\, ..., Э,-) от оптимизируемых
параметров Р1 = (г = 1, 2, ..., и) и времени введения гв, периода действия
стандарта (процесса) Гд, текущего времени /:
Э7=ЛДЛ>->Ры,1ш,Тя,а]= 1,2, ..., а.
2. Зависимость затрат 3 = (3\, Зг, ..., Зв) на исследование,
разработку, производство и эксплуатацию (потребление) объекта
стандартизации от этих же параметров:
3*=/*(Л, ..., Ры, **, Тд, 0; *= 1, 2, ..., Ъ.
3. Зависимость цели производства и применения объекта
стандартизации 2 = (г\, ..., 2С) от эффектов, затрат и времени:
2/=^/(Эь ..., Эа; 3\, ..., Зв); /= 1, 2, ..., с.
4. Зависимости между параметрами объекта стандартизации
Е = (Е\, ..., /ЭД, которые описывают научно-технические возможности
(ограничения) при определенном уровне научно-технического
прогресса:
Ет=/Ем(РиРи, 0;ю=1, 2, .... й.
125
5. Ограничения Н = (Н\, ..., Я/) в виде неравенства, описывающие
производственные возможности, обеспеченность сырьем, материалами,
комплектующими элементами, кадрами, финансовыми средствами,
требования техники безопасности:
Н„</Ни(Ри .,Ри, /);л=1, 2, ..., /.
Кроме перечисленных, входные данные могут содержать
зависимости, описывающие изменения отдельных оптимизирующих параметров
во времени, критерии целесообразности выбора математических
моделей и другую информацию.
Из входных зависимостей целевая функция принимает вид
Ц=/ц\(Э\, ..., Эа\ 3], ..., Зв; /в, Гд, ().
Остальные зависимости являются ограничениями.
Задача оптимизации параметров изделий при использовании
математических моделей заключается в том, чтобы в результате
вычислений найти такие значения параметров изделий Р(п = 1, 2, ...) и такое
их изменение во времени, при которых целевая функция Ц достигает
12
11
10
1э^
/э.
Ьь.
\ГЕт
ы
Л-»
!*Ж
2^
!нЖ
!мЯ
<»п«1
13
Цх
14
^
[15
16
17
Рис. 4.1. Типовая структурная схема оптимизации параметров изделий:
О — словесная постановка задачи для формализации; У — получение исходной и входной
информации: 2 — составление исходных зависимостей; 3 — прогнозирование изменений исходных
зависимостей; 4 — составление целевой функции и ограничений; 5 — разработка программ и
вычисления; 6 — проверка постановки задачи; 7 — коррекция; 8 — установление части
оптимизируемых параметров непосредственным прогнозированием; 9 — коррекция результатов вычислений;
10 — задание на оптимизацию: 11, 12, 13, 14, 15, 16 — дополнительная информация; 17 —
оптимальные параметры
126
максимального (или минимального) значения при соблюдении
ограничений.
Типовая схема оптимизации параметров объектов стандартизации
состоит из блоков, показанных на рис. 4.1.
4.2. Требования к системе оптимизации параметров
объектов стандартизации (СОПОС)
Требования к результатам оптимизации. К результатам
оптимизации предъявляются следующие требования:
точность, полнота, детальность, своевременность, наличие
характеристик результатов.
Основным требованием является требование к точности
оптимизации, т. е. близости полученных расчетным (или экспериментальным)
путем оптимальных показателей качества к действительно
оптимальным.
Мерой точности оптимизации могут быть отклонения найденных
расчетным путем оптимальных показателей Рот действительно
оптимальных Ропт
АР=Р -Р
^^ оптр опт
или соответствующее отклонение целевой функции оптимизации
^ ^ оптр ^ опт*
где Цопт и Цопт — величины целевой функции при значениях
параметров, найденных расчетным путем, и действительно оптимальных
соответственно.
Так как погрешности АР и Щ являются случайными величинами,
то их характеризуют математическими ожиданиями и среднеквадрати-
ческими отклонениями.
Полнота результатов характеризует уровень охвата оптимизацией
функциональных параметров объектов, отклонения которых
существенно влияют на величину целевой функции.
Детализация результатов заключается в доведении оптимизации до
единичных параметров типа линейных размеров, механических
свойств материала, отклонений точности.
Мерой полноты и детализации оптимизации могут служить
погрешности величины целевой функции, вызванные тем, что часть
параметров не охвачена оптимизацией, и тем, что оптимизация не
доведена до единичных показателей.
127
Важным требованием к результатам оптимизации является
своевременность их получения. Чем раньше относительно некоторого
характерного момента времени жизненного цикла изделия производится
его оптимизация с данной точностью, детализацией и полнотой, тем
больше может быть пользы от оптимизации, так как ее результаты
могут использоваться на более ранних стадиях разработки. Поэтому есть
некоторый оптимальный срок завершения оптимизации при данной
точности, полноте и детализации. *1&^1&4&'ЪС4СС>С& 4
Требования к методам оптимизации. Для удовлетворения
указанных требований к результатам применяют количественные
методы оптимизации параметров объектов. Количественные методы
оптимизации базируются на теории и практике проектирования и
разработки изделий, на методах исследования операций, теории сложных
систем, теории принятия решений, методах моделирования при помощи
ЭВМ. В зависимости от характера преобладающих процедур методы
оптимизации ПОС подразделяют на теоретические (преобладают
вычислительные процедуры), экспериментальные (преобладают
экспериментальные процедуры) и экспериментально-теоретические
(существенную роль играют как вычислительные, так и экспериментальные
процедуры).
Методы оптимизации должны обеспечить динамичность (опережае-
мость) и комплексность оптимизации, проведение оптимизации в
условиях неопределенности, осуществление анализа соответствия принятой
математической модели стоящей задаче и широкое внедрение
оптимизации в управление качеством объекта.
Динамичность оптимизации заключается в том, что определенные
параметры являются оптимальными не для периода проведения работ
по оптимизации, а для будущего периода времени создания и
функционирования объекта. Опережаемость оптимизации нужна для
обеспечения точности и своевременности результатов.
Комплексность оптимизации заключается в учете взаимодействия
элементов объектов и их параметров и взаимодействия этого объекта
с другими. Комплексность оптимизации нужна для обеспечения
точности результатов: чем больше комплексность, тем найденные при
оптимизации показатели качества ближе к действительно оптимальным. Но
при этом увеличивается трудоемкость и длительность процесса
оптимизации. Конечно, учесть все связи при оптимизации невозможно.
Необходимость производить оптимизацию в условиях
существенных неопределенностей вытекает из того обстоятельства, что даже на
завершающих этапах оптимизации неопределенности в критериях,
показателях качества, параметрах все еще велики. Поэтому без учета не-
128
определенностей оптимизация может привести к существенным,
трудно исправимым ошибкам.
Для достижения широкой системы оптимизации методы оптимиза^
ции должны допускать автоматизацию на базе использования ЭВМ. /
Требования к методологии системы. Для удовлетворения
рассмотренных выше требований к методам и результатам
оптимизации система оптимизации должна быть целеустремленной,
базироваться на объективных понятиях, использовать количественные меры,
математическую и логическую обработку данных, и ее методология
должна объединить с общих позиций значительные области технических
и экономических наук.
Целеустремленность системы означает наличие сформированной
цели (показателей качества) и определение искомых параметров таким
образом, чтобы уровень достижения этой цели был максимально
возможным. Отсюда следует, что при изменении условий оптимизации
изменяются величины оптимальных параметров.
4.3. Теоретическая оптимизация
Для установления параметров объектов используют набор
различных теоретических методов оптимизации в соответствии с
разнообразием условий оптимизации и требований к методам
оптимизации. Набор этих методов включает методы оптимизации с
формализацией или без формализации цели и ограничения. К
теоретическим методам оптимизации без формализации цели относят
следующие методы:
переноса опыта и использования суждений специалистов без
коррекции полученных данных на изменение целей и ограничений;
с коррекциями на малые изменения целей и ограничений без
выявления исходных целей;
с использованием нормативов.
Рассматриваются методы, при которых оптимизация производится
в два этапа. Вначале по модели более высокой ступени иерархии
оптимизируются значения нормативов, а затем по модели более низкой
ступени иерархии по уже установленным нормативам определяются
искомые оптимальные значения параметров объектов.
К теоретическим методам оптимизации с формализацией цели
и ограничений относят методы, в которых при оптимизации детально
учитываются все существующие факторы и описываются необходимые
зависимости с полной реализацией общей схемы оптимизации
9-4523 129
(рис. 4.1). Оптимизация параметров объектов при помощи этих
методов состоит из укрупненных этапов:
создание целесообразной математической модели оптимизации;
вычисление оптимальных значений параметров и их изменений во
времени с применением этой математической модели.
Этап включает выбор вычислительного алгоритма, составление
программы для ЭВМ с реализацией выбранного алгоритма,
проведение вычислений на ЭВМ по составленным программам;
проведение анализа результатов, сопоставление их с
теоретическими прогнозами и данными натурного эксперимента. Из сопоставления
выясняется, удачно ли выбраны математическая модель и
вычислительный алгоритм. При необходимости они уточняются и вычисления
повторяются на более совершенной основе.
Математическая модель оптимизации ПОС является
формализованной научной абстракцией, описывающей процесс
функционирования объекта в общем случае на всех этапах его существования таким
образом, что при помощи ее можно рассчитывать оптимальные
значения параметров данного объекта. Основой при составлении
математической модели оптимизации является математическое описание
различных целей создания и применения объекта, ограничений по
научно-техническим, производственным и эксплуатационным
возможностям.
Математические модели делят: по комплексности оптимизируемых
параметров — на автономные и связанные, по комплексности
оптимизируемых объектов стандартизации — на базовую и рабочую
математические модели оптимизации.
Функции состава типовых математических моделей оптимизации
ПОС алгоритмируют с применением математических методов
оптимизации (табл. 4.1).
Целевую функцию часто записывают в виде
Ц = > тах,
С
при этом эффекты Э (определяются показателями качества) и затраты
С допускается выражать в технических, денежных или условных
единицах.
Для упрощения задачи иногда можно считать Э = сопз* (например,
когда фиксированы показатели качества, которые удовлетворяются)
и тогда целевая функция принимает вид
Ц = С -»тт.
130
Если фиксированы затраты С = соп$1, то целевой функцией можно
считать
Ц = Э ^ тах.
Иногда целевой функцией является минимум времени выполнения
некоторой работы, минимум некоторой функции потери и т.п.
Таблица 4.1
Методы оптимизации
Решаемые задачи
Аналитический поиск
экстремума
Методы множителей Ла-
гранжа
Вариационные методы
Принцип максимума Пан-
трягина
Аналитические методы
Детерминированные задачи, описываемые
дифференцируемыми функциями
Детерминированные задачи, описываемые
дифференцируемыми функциями с ограничениями в виде равенств
Критерии оптимальности в виде функционалов
Задачи широкого класса; особенно для задач
одновременной и совместной оптимизации параметров и допусков
Математического программирования
Геометрическое
программирование
Линейное программирова-
Регрессионный анализ,
корреляционный анализ
Оптимизация алгебраических функций
Характерные задачи: оптимизация параметров изделий
и допусков геометрических параметров
Статистические методы
Объекты без детерминированного описания.
Оптимизация и планирование эксперимента
Целевой функцией может служить и сложная функция параметров
объема и времени.
Большинство расчетов при оптимизации ПОС производится по
целевым функциям технического вида, т. е. с использованием только
технических единиц измерения. При необходимости соизмерения
разных по физическому характеру параметров пользуются целевыми
функциями, выраженными в денежной форме.
В качестве целевой функции иногда принимаются зависимости
массы, мощности, вида энергии коэффициента полезного действия,
нагрузки и другие критерии в технических единицах измерения.
В общем случае оптимизацию можно производить только по одной
целевой функции, точнее, при оптимизации можно максимизировать
(минимизировать) только одну целевую функцию. Для оптимизации
с учетом многих целей некоторые из них иногда не включают в
целевую функцию и рассматривают как ограничения или производят
многократную оптимизацию по разным целевым функциям, каждая из ко-
»• 131
А Допустимые
Т значения
X
значения У
-с^—
/?
/ Допустимые
/ значения
\/ р'
4иДО
_______
Р^(х)
хтах
а)
б)
Рис. 4.2. К рассмотрению примеров
(а) и (б):
/ — оптимальное значение целевых
функций
торых не учитывает все цели, и принимают решение после анализа
полученных результатов.
При оптимизации сложных объектов часто трудно выбрать и
формализовать одну целевую функцию с единым критерием
оптимальности и в итоге свести задачу оптимизации к виду
Указанные затруднения можно значительно уменьшить, если
удается выделить набор локальных критериев Дх), которые являются
сравнительно простыми функциями от вектора оптимизируемых
параметров, а критерий Р(х) — монотонная функция локальных критериев
Критерий Г(х) называют глобальным критерием. Локальными
критериями могут быть частные характеристики объекта, такие,как масса,
габаритные размеры, скорость, стоимость, надежность. В частных
случаях задачи поиска оптимальных решений можно решать с
несколькими критериями на множестве ^(хЭ-ятнп, хеП или графическим
путем. Рассмотрим примеры.
Пример. Даны две целевые функции Р\ и Р2 с областными ограничениями на Р2 и х:
Р\ =/|(*), Рг=/г(х)> Рг ^/72т,х; *<*тах. Из графика рис 4.2, а находим оптимальные
значения целевых функций и параметра х.
Пример. Даны три целевые функции Ри Ръ Ръ с областным ограничением Р2 < Р™*
?\ -УК*, у); Ъ =А = (*, у); ^з =/э(*, у); Ъ - Ът^
132
В целевых функциях критерии оптимальности Р\ и Рг зависят от переменных дг, у.
Примем Р3 за предписанный критерий, Р+ — критерий с областным ограничением.
Объединив первые три критерия в один подстановкой через переменные х и у, получим
Оптимальное значение целевых функций находим из рис. 4.2, б.
4.4. Экспериментальная оптимизация
Общие положения. Особенность экспериментальной
оптимизации состоит в том, что конкретный вид зависимостей, формирующих
множество допустимых значений параметров и условий функции,
неизвестен, тогда как применение теоретических методов требует
предварительных определений этих зависимостей. Экспериментальная
оптимизация проводится на реальном изделии, макете или физической
модели, в отличие от теоретической оптимизации, основу которой
составляет исследование соответствующей математической модели [30].
При проведении экспериментальной оптимизации необходимо
различать два случая:
случай полной информированности о целевой функции и
параметрах, когда их значения непосредственно измеряют при эксперименте;
случай непрямых измерений, когда значения целевой функции
и параметров вычисляют по результатам эксперимента.
Процесс экспериментальной оптимизации изделий включает
следующие процедуры:
изучение изделия;
выбор критерия оптимизации, номенклатуры существенных
параметров изделия, установление ограничений на область допустимых
значений параметров;
разработка, изготовление и отладка экспериментальной установки;
выбор критерия оптимизации экспериментального плана,
определение ограничений на выбор экспериментального плана;
составление плана эксперимента;
проведение эксперимента;
анализ результатов и обработка данных эксперимента;
корректировку плана, проведение эксперимента и повторные
эксперименты по скорректированному плану;
принятие решения и формулирование рекомендаций.
В ряде случаев возможно упростить процесс оптимизации,
повысить его эффективность и точность результатов путем применения
экспериментально-теоретических методов оптимизации, в которых часть
объектов описывается аналитическими зависимостями (возможно даже
133
полуэмпирическими), а другая часть представлена физическим
макетом или реальным изделием.
При проведении экспериментальной оптимизации
экспериментальные работы осуществляют на основе математической теории
планирования эксперимента. Планирование эксперимента представляет собой
процедуру выбора условий проведения опытов и установления их
количества, а также выбора методов статистической обработки
результатов эксперимента и принятия решений.
Организация эксперимента на основе математической теории
планирования эксперимента дает возможность оптимизировать процесс
экспериментального исследования.
На рис. 4.3 приведена схема экспериментального метода
оптимизации двух показателей качества Р\ и Р2 некоторого изделия. Установка
для оптимизации состоит из макета оптимизирующего изделия,
измерительной аппаратуры и вычислительного устройства. Макет должен
быть построен так, чтобы можно было применить значения
оптимизируемых показателей качества. Для каждого сочетания значений этих
показателей измеряют такие функции у\ уъ которые служат для
вычисления целевой функции. Затем по измеренным значениям
показателей вычисляют значения целевой функций. По этим результатам
можно построить некоторую поверхность, по которой находят
максимальное значение целевой функции. Соответствующие значения
показателей качества и будут оптимальными.
Оптимальное планирование экспериментальных
работ по оптимизации требований к изделиям. Постановка задачи
оптимального планирования эксперимента. Наилучшая
организация эксперимента опре-
И
^
"7—
у,
Рн'Р&^и
-@>
Р1
Рис. 4.3. Схема экспериментальной
оптимизации:
/ — объект оптимизации (образец, макет); 2 —
вычисление целевой функции Ц = /{уйУ2), 3 —
сменный элемент
134
деляется в процессе
оптимального планирования эксперимента.
Для постановки задачи
оптимального планирования
эксперимента необходимо исходя из
цели эксперимента сформулировать
систему специальных
показателей качества эксперимента,
а также ограничения.
Показатели качества
эксперимента являются исходными
величинами при определении
критерия оптимальности
экспериментальных планов, получившие
наибольшее распространение
(табл. 4.2).
Таблица 4.2
Критерий
оптимальности
Интерпретация
(определение) критерия
Применимость
критерия
Критерий
нальности
ментального
ортого-
экспери-
плана
Критерий
мальности
Критерий
мальности
0-опти-
Л-опти-
Критерий Е-отн-
мальности
Критерии, связанные с исследованием
ковариационной матрицы О
План, обеспечивающий
р(А„А,) = 0;|*у,
называется ортогональным, здесь
р — коэффициент корреляции
оценок коэффициентов Ь§ и Ь, модели,
применяемой для решения
поставленной задачи. Для такого плана
ковариационная матрица О является
диагональной и
где N — количество опытов
План, обеспечивающий минимум
определителя матрицы й (тт де1 Ь),
называется Л-оптимальным
План, обеспечивающий минимум
следа матрицы О (тт (г О),
называется Л-оптимальным
План, обеспечивающий минимум
наибольшего собственного значения
матрицы О (тт тах X), называется
Е-оптимальным
Для получения
независимости оценок
коэффициентов модели
Для получения оценок
коэффициентов модели,
обладающих минимальной
обобщенной дисперсией
Для получения оценок
коэффициентов модели,
обладающих минимальной
средней дисперсией
Для получения оценок
коэффициентов модели,
обладающих ограниченными
дисперсиями и ковариация-
ми
Критерий
мальности
Критерий
мальности
Критерий
бельности
Критерии, определяющие прогностические свойства модели
(связаны с оценкой меры точности предсказания
Е = (е0) = ртОр)
(7-опти-1 План, обеспечивающий тт тах еч.
называется (/-оптимальным
@-опти-
ротата-
План, обеспечивающий гшп^^,
называется ^-оптимальным
План, обеспечивающий Е =/(р),
называется ротатабельным, т. е. мера
точности предсказания Е
обусловливается только расстоянием от центра
плана р, где
9-\Ъ\
V'2
Для получения
ограниченных значений
дисперсии предсказания
Для получения
минимальной средней
дисперсии предсказания
Для получения
постоянной дисперсии
предсказания на равных расстояниях
от центра эксперимента
135
Продолжение табл. 4.2
Критерий
оптимальности
Критерий униформ-
ности
Интерпретация
(определение) критерия
План, обеспечивающий кроме ро-
татабельности условие Е « сопз1 в
некоторой области вокруг центра
эксперимента, называется
униформным
Применимость
критерия
Для обеспечения
постоянства дисперсии
предсказания
Ограничения на выбор экспериментального плана формируют на
основе требований, предъявляемых к проведению экспериментальных
работ. Они определяются интервалами варьирования значений
оптимизируемых параметров, допустимыми диапазонами измерения
показателей качества эксперимента.
4.5. Методы прогнозирования при оптимизации
Требования к прогнозам. Прогнозирование при оптимизации
производится для определения будущей ситуации с целью оптимизации
принимаемых решений. Требования к результатам прогноза зависят от
того, для принятия каких решений они используются. Наиболее жесткие
требования к результатам прогноза предъявляют при установлении
параметров объектов, записываемых в конструкторской, технологической и
нормативно-технической документации, так как потери вследствие
неоптимальности значений этих параметров обычно превышают потери вследствие
неоптимальности других решений при стандартизации (например, потери
вследствие ошибок прогноза при планировании уровня качества).
Различают точность и период упреждения прогноза. Точность
прогноза характеризует точность прогнозирования параметров (их
вероятностные характеристики).
Устанавливаемые значения параметров по
результатам прогноза неизбежно
отступают от абсолютно оптимальных
из-за несовершенства методов
прогнозирования и наличия
неопределенностей. Потери вследствие отступления
значений параметров от оптимальных,
вызванные ошибками
прогнозирования, уменьшаются с повышением
точности прогнозирования (кривая / на
рис. 4.4). С ростом точности растут
расходы средств и времени на про-
Точность прогнозирования
Рис. 4.4. Зависимость потерь от
точности прогнозирования
136
гнозирование (кривая 2). Суммарные затраты на разработку прогноза
и затраты, вызванные его ошибками (кривая 3), имеют минимум
(точка 0). Соответствующая точность прогноза является оптимальной.
Период упреждения прогноза — это интервал времени, на который
разрабатывается прогноз. Минимально необходимый период
упреждения прогноза Тт\п (в годах) определяется по формуле
•* Ш1П _ "* Р ■* /С9
где Гр — время разработки и внедрения нормативно-технического
документа; Т/с—время от момента внедрения до момента, для которого
вычисляются оптимальные параметры.
т
Если принять, что 7* = — (где Гд — время действия документа), то
при Гр = 2 года и Гд = 5 лет получим Тт{п = 4 ... 5 лет. Всегда
желательно увеличить период упреждения прогноза, однако это приводит к
снижению точности и подробности результатов прогноза.
Особенности прогнозирования при оптимизации
ПОС. Будущие значения ПОС в зависимости от управляющих
воздействий могут быть разными. Предполагая, что при прогнозировании
управляющие воздействия будут оптимальными, прогнозирование и
оптимизация должны рассматриваться в решении одной общей задачи
прогнозирования в сочетании с оптимизацией./Сущность такого
сочетания состоит в том, что прогнозируется исходная информация, а
оптимизация ПОС осуществляется по типовой схеме,
регламентированной ГОСТ 18.101—76. Такое сочетание прогнозирования исходной
информации с оптимизацией ПОС позволяет повысить точность
установления будущих ПОС.
Разработку нового объекта рассматривают как процесс
прогнозирования (обоснования) ПОС. Если бы было известно, что и как следует
делать для достижения заданных целей, то отпала бы необходимость
в разработке проектов, изготовлении и испытании опытных образцов,
и можно было сразу разрабатывать рабочие чертежи и запускать
образец в массовое производство. Методы изготовления и испытания
опытных образцов, применяемые при разработке новых объектов,
включают в число основных методов прогнозирования ПОС.
Для преодоления трудностей прогнозирования параметров при
разработке принципиально новых объектов используют стратегию
параллельных разработок, и сбор информации осуществляют в ходе
сравнительных испытаний опытных образцов.
д/ Для оптимизации ПОС будущих объектов необходимо в общем
случае прогнозировать следующие исходные данные: эффекты, затра-
137
ты, ограничения, описывающие научно-технические возможности и
ограничения в виде неравенств на производственные, финансовые и
кадровые возможности.
Прогнозирование исходной информации для оптимизации ПОС и
самих параметров производят одним из следующих методов:
изготовлением и испытанием макетов и экспериментальных
образцов, а также физическим моделированием (особенно при
прогнозировании технических возможностей);
составлением по известным законам природы и общества
причинно-следственных математических моделей и оценкой параметров этих
моделей по предыстории;
составление эмпирических зависимостей по статистике,
предыстории и экстраполяции на будущее;
использованием эвристических методов.
Выбор методов прогнозирования
научно-технических возможностей. Прогнозирование научно-технических
возможностей заключается в определении связей между ПОС для
будущего времени. Эти связи являются функциями уровня
научно-технического прогресса и времени. Такое прогнозирование фактически
производится в НИИ, КБ и на предприятиях при (разработке новых моделей
объектов. Особенности такого прогнозирования зависят от области
науки и техники, используемых для изучения и расчета параметров
будущего объекта. Эти особенности рассматриваются в
соответствующих разделах курсов проектирования объектов и изучаются в
технических, химических, физических и других науках. В этом заключается
главная причина невозможности разработки единой методики
прогнозирования ПОС.
Закономерности, установленные в фундаментальных и прикладных
науках, используют для построения причинно-следственных
математических моделей прогнозируемого процесса, решение таких моделей
для будущего времени является научным прогнозом. Примерами
применения причинно-следственных математических моделей для
прогнозирования являются:
энергетические ]расчеты (мощности, КПД, расхода топлива,
нагрева, дальности полета и т. д.);
кинематические расчеты ускорений, скоростей, пути, программ
управления движением;
расчеты точности систем управления, точности механизмов и т. д.;
расчеты электрических, оптических, термодинамических и других
характеристик;
расчеты надежности;
расчеты производительности;
138
расчеты по некоторым математическим моделям теории
исследования операций.
При разработке новых объектов практикуют сочетания
теоретических и экспериментальных методов прогнозирования
научно-технических возможностей.
Выбор методов прогнозирования потребностей.
Необходимость прогнозирования потребностей (спроса) при оптимизации
ПОС возникает в следующих случаях:
когда потребности или спрос полностью удовлетворяются и
принимаются за эффект, входящий в функцию цели оптимизации (например,
так поступают при оптимизации параметрических рядов);
когда удовлетворение потребностей (спроса) поставлено как
ограничение;
когда потребности определяют объем продукции, входящей в
выражение для затрат и эффекта.
При прогнозировании потребностей различают особенности
методов прогнозирования спроса в товарах народного потребления и
потребностей в продукции производственного назначения.
Прогнозирование спроса на товары народного потребления с целью
оптимизации показателей качества проводят по поэтапной процедуре,
используя в качестве исходных данных демографическую информацию
и статистику изменения бюджета населения. Сначала методами
регрессивного анализа строится многофакторная математическая модель
в одном из следующих видов:
у = еапх"хх$\...,хап\ У = ао + *Л +я2*2 +- + *Л>
где у— размер спроса на всю группу непродовольственных товаров;
ДС|, х2, ..., х„ — факторы, определяющие спрос; ао, (*и •••> о„ —
коэффициенты модели, которые определяются по статистическим данным.
После определения спроса на всю группу непродовольственных
товаров рассчитывается спрос на подгруппы товаров.
После определения для разных показателей качества Р
(коэффициентов а,) (/' = 0, 1, ...) уравнений регрессии можно получить функцию
а> =/(/>,). Полученные таким образом уравнения регрессии используют
для оптимизации Р,:
у = а0(Р,) + а1(Р;)х] +а2{Р,)х2 +... или у=е*м')^(Л)х?(Л').
Методы прогнозирования потребностей в продукции
производственного назначения (сырье, материалы, топливо, комплектующие
элементы, инструмент и оборудование) разделяются на три группы: непо-
139
средственного счета, нормативные, непосредственные экстраполяции.
Методы всех групп не рассчитаны на прогнозирование
дифференциальных потребностей, которые необходимы для расчета оптимальных
показателей качества. Поэтому, как и для прогноза спроса на товары
народного потребления, прогнозы потребностей в продукции
производственного назначения следует поэтапно разукрупнять с целью
получения для конкретного вида продукции зависимости потребностей
от показателей качества.
Выбор методов прогнозирования затрат. При
прогнозировании в общем случае должны учитываться следующие группы
затрат:
на исследование и разработку, подготовку производства,
изготовление, обращение и реализацию. При этом следует учитывать
разновременность затрат путем приведения их к одному моменту времени.
При определении затрат путем калькуляции отдельно
рассчитывают затраты на исследование и разработку, капитальные затраты,
затраты на изготовление и затраты на эксплуатацию.
При наличии статистических данных для предварительных
приближенных расчетов можно использовать эмпирические зависимости вида
3 = а0+ахРх+а2Р2+... + апРп или 3=а0Р*Р?,...,Рпа»,
где а„, ай — постоянные величины, определяемые по статистике
предыстории; Р — показатель качества продукции; п — число учитываемых
факторов (показателей).
4.6. Особенности оптимизации параметров объектов
стандартизации (ПОС) в технических величинах
Особенности состава функций и структуры
математической модели оптимизации. Применение технических
величин расширяет использование натуральных показателей при
оптимизации параметров объектов стандартизации в машиностроении.
Формализацию целей и ограничений в технических величинах используют во
всех процедурах теоретических методов оптимизации при условии, что
она является либо единственной, либо существенно упрощает и
уточняет математические зависимости; эту процедуру часто используют
при оптимизации параметров изделий машиностроения. Готовые
изделия машиностроения состоят из определенного количества составных
частей (деталей и сборочных единиц), которые могут относиться
к оригинальным, унифицированным и стандартизированным. Во всех
случаях имеется тенденция к максимальному упрощению
конструктивно
ного исполнения составных частей. Эта тенденция соблюдается при
работах по стандартизации, что в немалой степени объясняется
необходимостью учета возможностей автоматизированного проектирования
составных частей на основе математического моделирования с
помощью ЭВМ.
Задачи, которые приходится решать при оптимизации ПОС в
технических величинах, можно подразделить на четыре различные
группы:
по количеству показателей качества — на однокритериальные
и многокритериальные;
по характеру рассматриваемых величин — на задачи расчета
номинальных величин и задачи расчета допусков;
по условиям задания исходных данных — на задачи анализа и
синтеза;
по сложности изделия — на одноуровневые и многоуровневые
задачи. Одноуровневая задача охватывает этап стандартизации
требований составных частей изделия; многоуровневая задача связана со
стандартизацией требований к изделию в целом. Обе задачи взаимно
смещены во времени и оказывают влияние друг на друга. На практике оба
этапа трудно дифференцировать из-за отсутствия четких границ между
ними.
Рассмотрим распространенные теоретические методы оптимизации
номинальных величин и допусков ПОС составных частей изделий
в технических величинах.
При оптимизации номинальных величин ПОС составных частей
изделий за исходные данные принимают: некоторую совокупность
показателей качества (эффекта продукции) и некоторую совокупность
ограничений. Составные части обычно обладают несколькими
показателями качества, условно поделенными на основные и соподчиненные;
в числе соподчиненных могут находиться эксплуатационные
показатели, которые учитывают расход ресурса продукции.
Строгий учет функциональных связей между составными частями
изделий в машиностроении, требований технологии, стандартных
рядов предпочтительных чисел, ограниченного пространства при
размещении, конечного числа выбираемых марок материала порождает
ограничения: внешние — на показатели качества, внутренние — на
функциональные параметры. Ограничения вызывают изменение
показателей качества и функциональных параметров в свободных и жестких
пределах. Ограничения в жестких пределах могут оказаться
сопоставимыми с допусками, влиять на размещение и отсчет допуска показателя
качества в оптимальной области его изменения. Наличие ограничений
обусловливает комплектность оптимизации, и для оптимизации требо-
141
ваний стандартов на изделие требуются совместные уточненные
расчеты показателей качества, функциональных параметров и допусков.
Уточненные расчеты функциональных параметров составных частей
с совокупностью ограничений по показателям качества сводятся к
составлению и оптимизации функции цели.
На процесс оптимизации функции цели влияет характер
возможных изменений оптимизируемых параметров, поэтому эти параметры
классифицируют по трем признакам: управляемости,
последовательности изменения и числу возможных значений. По последовательности
изменения переменные параметры делят на две группы: непрерывные
и дискретные. Непрерывные х, у, I, ... — из числа геометрических
параметров, их изменение ограничено неравенствами ограничений
двусторонними и односторонними типа хт{п < х <хтах или у <утт>
дискретные и, V, и>, ... —из совокупности параметров материала и
геометрических с жесткими ограничениями, каждое из которых принимает лишь
конечное число значений.
Число возможных значений из-за недостатка уравнений связей
приводит к «проклятию размерностей», которые приходится
преодолевать разными способами математических и методических действий.
Исходными для оптимизации переменных параметров —
непрерывных х, у, г и дискретных и, у, м? — служат три группы зависимостей
математической модели оптимизации:
функция цели
Ц=/(и\ V; щ ...; х\ у; г);
математические модели функционирования (функциональные
ограничения в виде уравнений связей)
^1 =/1(и; у; и>; ...; х\ у\ г)\
$г =Ми; V; щ ...; х; у; г);
областные ограничения в виде неравенств
х < х < х ; у < у; м> < и>
Лтш лтах» /тш -У» ~ тах
и равенств
Математическая модель функционирования.
Построение математической модели функционирования реального физического
явленияуобъекта машиностроения — обычная процедура в
функциональном анализе (см. список терминов). Реальные физические явления
очень сложны, и их нельзя проанализировать точно и в полном объе-
142
ме. Всегда делают допущения и обобщения, а также используют
аппроксимации. Важно знать различие между построенной моделью
и функционированием реального изделия (рис. 4.5, а, б).
Построение модели всегда связано с компромиссом. Чтобы с
помощью модели можно было провести функциональный анализ, она
должна быть достаточно детальной и сложной. В то же время она должна
быть достаточно простой, чтобы можно было получить решение при
ограничениях, налагаемых различными факторами. При решении задач
функционального анализа используются аналитические и
экспериментальные модели. Не обязательно, чтобы эксперимент в точности
дублировал реальную физическую ситуацию объекта, поскольку это
все-таки модель, и тем не менее он может дать требуемые результаты.
Во многих задачах необходимо строить комбинированные
(аналитические и экспериментальные) модели или получать отдельные экспери-
Выбор показателей качества
X
Моделирование
математическое [физическое
Применение методов
функционального анализа
т
Накопление данных
Точные методы
вычислений
I Проверка
Вычисления
X
Оценка и
обобщение
Выдача
результатов и
рекомендаций
Приближенные методы
вычислений
Численные методы
Графические методы
Разложение в ряд
Тзйпора
Спектральный метод
Метод конечных
разностей
| Полиномы
Степенные функции
Реальная физическая
ситуация
Эскизная схема
изделия
а)
Построение модели
Оценка, обобщение
Применение методов
функционального
анализа
Проверка
Вычисления
Выдача полученных
результатов
б)
Рис. 4.5. Математическое моделирование при функциональном анализе:
а — схема функционального анализа; 6 — построение модели функционирования
143
ментальные результаты, которые в виде соответствующих числовых
значений нужно затем вводить в теоретические выражения. В то же
время теоретические исследования могут подсказать, какого рода
эксперименты наиболее целесообразны.
^ Исходными зависимостями математических моделей
функционирования считаем аналитические, табличные, графические представления
количественных соотношений между выходной характеристикой
изделия у и параметрами х„ определяющими рассматриваемую выходную
характеристику изделия. Их иногда выводят теоретически
(теоретические модели) или получают на основе обработки экспериментальных
данных (эмпирические модели). В общем виде исходные зависимости
представлены функцией
где Р—функционал (математический символ) преобразования,
обусловленный видом конкретной аналитической зависимости.
Математическая модель оптимизации параметров
детали. Нахождение оптимума функции цели в общем виде с
применением методов математического программирования и учета высоких
требований к точности оптимизации во многих случаях оказывается
очень сложным. Операция заметно упрощается, если уравнениями
связи выразить функциональные параметры через показатели качества Я,.
Это позволяет оптимизировать функции цели с критерием
оптимальности Р методом математического анализа, комбинируя его при
необходимости с известными методами программирования. В решении
задач оптимизации показатели качества 5, задают фиксированными
значениями и неравенствами ограничений, определяющими два варианта
уточненного расчета функциональных параметров.
Обычно оптимизируемая функция цели (математическая модель
оптимизации) детали машин состоит из трех параметрических групп:
показателей качества, параметров материала и геометрических
параметров; по области изменения критерия Р находят оптимальные
показатели качества и функциональные параметры (рис. 4.6).
Анализ параметров деталей машин. Функциональные
параметры в критерии оптимальности объединяются в три группы:
показатели качества, параметры материала и геометрические параметры
(см. рис 4.6).
1. Группа показателей качества полностью определена
воздействием внешних факторов на деталь и{тюэтому может считаться
независимой от других параметрических групп. Она состоит из показателей,
независимых и связанных между собой, заданных фиксированными
значениями или неравенствами ограничений. В ответственных случаях
144
Зависимость Зависимость Зависимость
от внешних свойств групп 2 и 1
факторов материала (остаток функции)
Группа 3
геометрических
параметров
♦ ! " I
Зависимые или Зависимые Независимые
независимые параметры параметры
параметры
Рис. 4.6. Структура математической модели оптимизации параметров детали
показатели перед окончательным выбором подлежат уточнению
методами статического и динамического детерминизма, вероятностной
надежности для оптимизации значений с учетом прогнозирования
качества изделия.
2. Параметры материала объединяются в самостоятельную
параметрическую группу, не зависимую от других. Параметры изменяются
дискретно в узком пределе из-за ограниченного выбора марок
материала в конкретных ситуациях применения деталей.
Выбор параметров конструкционных материалов должен
производиться с учетом предполагаемых режимов и условий эксплуатации,
режимов нагружения, статических и динамических нагрузок,
действующих на отдельные детали изделия. При выборе материала следует
обращать внимание на несоответствие свойств исходного материала
и материала деталей, приводящее к отклонению одноименных
параметров технических характеристик.
При выборе пластмасс следует учитывать, что коэффициенты
линейного расширения пластмасс и металлов различны. В связи
с этим различия в свойствах металлов и пластмасс при применении
температуры приводят к образованию зазоров, способствующих
проникновению влаги в спрессованные или герметизированные
пластмассой изделия.
При сопряжении разнородных материалов можно компенсировать
температурную деформацию путем подбора материалов и размеров
деталей изделия.
При выборе параметров материалов для пар трения скольжения
рекомендуется:
сочетать твердый материал с мягким, имеющим температуру
рекристаллизации ниже средней температуры поверхности трения;
сочетать твердый материал с твердым. Такие пары обладают высо-
10-4523 145
Критерий _.
оптимальности
Г=1
Группа 1
показателей
качества
Группа 2
| параметров
материала
кой износостойкостью вследствие малого взаимного внедрения их
поверхностей;
избегать сочетания мягкого материала с мягким, а также пар из
одноименных материалов — незакаленной стали, алюминиевых сплавов,
медных и алюминиевых сплавов, хрома и алюминия, никеля,
пластмасс. Подобные пары при работе легко «схватываются»;
V применять в труднодоступных для смазки конструкциях пористые
металлокерамические материалы и антифрикционные сплавы;
использовать в качестве антифрикционных и фрикционных
материалов пластические массы. В ряде случаев они повышают надежность,
уменьшают массу конструкции, снижают вибрации и шум.
В зависимости от совокупности ограничений на выбор
оптимальных параметров материала могут оказывать влияние ограничения
геометрических параметров. Поясним это исследованием на
минимизацию затрат С вала, передающего постоянный крутящий момент Мк.
Затраты вала состоят из трех составляющих:
Ск — затраты на конструкторские разработки. Имеют постоянную
величину и незначительны в сравнении с другими составляющими;
с\—удельные затраты на материал, из которого изготовлен вал
длиной / и диаметром с1;
Сг—удельные затраты на механическую обработку. Функция цели
С =ск+ с{*> / + с2Ш<
4
Уравнения связи составим для удельного крутящего момента
и наибольшего касательного напряжения ттах в поперечном сечении
ё —; ттах - п ^з ■
Заданы ограничения:
^ тах ~ » ** — "тах> Атп ^ Ь ~ Апах-
1п
Преобразуем функцию цели
а затем, аппроксимируя ее степенной функцией, изобразим графически
в логарифмической системе координат (рис. 4.7). На рис. 4.7, а, б, в
зависимость С=/(т) представлена наклонными параллельными прямы-
146
г
<*тах
<*тах
Зона 1 Зона 2
а)
Зона 3
Рис. 4.7. Зависимость
себестоимости С от параметров
вала
Зона 1 Зона 2 Зона 3
б)
ми 7—5, ограниченными наименьшими затратами при ттах. Из пяти
возможных материалов оптимальным оказывается материал 2.
Подстановкой уравнений связи в функцию цели получим новые варианты
функции цели, которые представим графиками в логарифмической
системе координат С — А (рис. 4.7, а) и С — Ь (рис 4.7, б). Из графика
С — Ь видно, что в зависимости от ограничений длины I оптимальны:
в зоне 1 — материал 5, в зоне 2 — материал 3, в зоне 3 — материал
2. График С — (1 показывает, что выбранные материалы можно
использовать только с ограничением диаметра с1тах, из них оптимален
материал 2. Приведенные исследования вала по всем функциональным
параметрам с помощью графиков позволяют выбрать материал 2 как
оптимальный, а по нему на важнейшие параметры назначать допуск,
задаваемый одним рядом.
3. Геометрические параметры в группе 3 обязательно должны быть
независимы один от другого и однозначно определять геометрию
детали. Вся их совокупность образует геометрическую группу,
зависимо- 147
мую от групп 2 и 7. Геометрические параметры способны изменяться
непрерывно и в широких пределах, благодаря чему появляется
возможность изменять параметры других параметрических групп. Иногда
непрерывность изменения геометрических параметров нарушается
и приобретает дискретный характер, если налагаются ограничения
в виде регламентации стандартных параметрических или
предпочтительных чисел.
4.7. Оптимизация ПОС на базе математического
моделирования
При выполнении основных функций управления качеством
продукции устанавливают параметры создаваемых изделий. Для этого
используют системы оптимизации ПОС. Уровень совершенства
используемых систем оптимизации решающим образом влияет на качество
продукции и является важным показателем научно-технического
потенциала отрасли, страны. Чем выше темпы научно-технического
прогресса, чем больше новизны в разрабатываемом объекте, чем глубже
специализация и кооперирование производства, тем больше
эффективность внедрения более совершенных систем оптимизации.
Создание и совершенствование системы оптимизации изделий
машиностроения предполагает следующее:
улучшение системы оценки технико-экономического уровня
разрабатываемых и выпускаемых изделий, своевременное снятие с
производства устаревшей продукции, существенное сокращение сроков
создания и освоения новой техники;
повышение в оптимальных пределах единичных мощностей машин
и оборудования при одновременном уменьшении их габаритных
размеров, металлоемкости, энергоемкости и снижении стоимости на
единицу конечного полезного эффекта;
усиление мобилизующей роли технически обоснованных норм в
осуществлении рыночной экономики.
В настоящее время имеются научная и техническая база для
разработки и внедрения более совершенных систем оптимизации
параметров изделий машиностроения в отраслях народного хозяйства, а
именно:
математическое моделирование (или вычислительный
эксперимент);
общие технические дисциплины и теория проектирования машин;
148
методы, принципы и опыт разработки продукции, технологических
процессов и их стандартизации;
сеть ЭВМ с соответствующими средствами обеспечения.
Однако необходимо постоянно помнить, что ЭВМ — всего лишь
инструменты. Чрезвычайно важно придерживаться правильной
концепции их использования. Возможности ЭВМ раскрываются только в
сочетании со всеми существующими методами исследования, с учетом
всего накопленного опыта.
Многолетние и трудные поиски привели прикладную математику
к формированию нового научного метода — математическое
моделирование. В сущности, математическое моделирование — это
конкретное отражение процесса оптимизации —от момента
абстрагирования до внедрения полученных знаний в практику стандартизации.
Математическое моделирование предназначено для изучения структуры
и функционирования, прогнозирования, оптимизации параметров
изделия, теоретическое и экспериментальное исследование которых
традиционными методами затруднено или невозможно. Его применение
становится насущной необходимостью, так как во много раз сокращаются
сроки и стоимость исследований, число занятых в нем ученых,
инженеров, операторов, повышается обоснованность принимаемых решений.
Математическое моделирование включает:
создание математической модели;
выбор вычислительного алгоритма;
составление программы для ЭВМ, реализующей выбранный
алгоритм;
проведение вычислений на ЭВМ по составленным программам;
анализ результатов.
При математическом моделировании имеют дело не с самим
явлением, а с моделью, выражающей в математической форме основные
закономерности, которым она подчиняется, ф результате
исследователь, проводя математическое моделирование, испытывает как бы сам
объект управления, задавая ему вопросы и получая строгие и
относительно полные ответы. Возможность замены исходного объекта его
математической копией и дальнейшего диалога с нею таит в себе
большие преимущества и означает серьезное изменение методологии
и технологии научных исследований. В сущности, возникает новый
стиль работы как отдельных ученых, так и целых коллективов.
Становится все более ясной необходимость использования математического
моделирования для оптимизации ПОС.
Для успешного применения математического моделирования с
реализацией на ЭВМ используют отображаемость оптимизационных
расчетов построением их частного тезауруса (единого языка).
149
Создание математической модели — лишь первый шаг.
Необходимо изучить ее поведение, т. е. решить входящие в нее уравнения при
различных значениях параметров, управляющих процессов. Для этого
используется основной теоретический аппарат вычислительной
математики — численные методы. Они позволяют с нужной точностью
получить приближенные решения весьма сложных задач за конечное
число математических действий.
Среди математических моделей различают:
математические модели функционирования из совокупности
математических уравнений, отражающих физические отношения объектов
управления (см. рис. 4.6);
математические модели оптимизации, включающие
предшествующие модели, критерии оптимальности в функции цели и совокупности
ограничений (функциональные и областные), математические методы
оптимизации (табл. 4.1).
Выбор вычислительного алгоритма представляет собой второй шаг
математического моделирования. Далее составляется программа для
ЭВМ, реализующая выбранный алгоритм, т. е. переводящая его на
понятный для вычислительной машины язык. Программы объединяются
в проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ. Пакеты
прикладных программ представляют возможность хранить
относительно простые готовые программы (модули) и автоматически собирать из
них сложные программы, подобно тому, как из унифицированных
деталей создаются разнообразные машины. Сложность современных
программ и требования к ним непрерывно возрастают.
По составленным программам проводят вычисления на ЭВМ.
Математическое моделирование завершается проведением анализа
результатов, сопоставлением их с чисто теоретическими прогнозами
и данными натурного эксперимента. Становится ясно, удачно ли
выбраны математическая модель и вычислительный алгоритм. При
необходимости они уточняются, и цикл математического моделирования
повторяется на более совершенной основе.
Математическое моделирование — коллективный научный труд,
где все этапы, начиная от постановки задачи и кончая анализом
результатов, выполняются различными специалистами —
конструкторами, технологами, руководителями или разработчиками систем
оптимизации, математиками.
Для координации работ специалистов вводят унификацию
процесса построения математических моделей, осуществляемую следующими
путями:
использованием базовых математических моделей;
150
агрегатированием математических моделей из унифицированных
блоков;
на основе типовой схемы теоретического метода оптимизации
(см. рис. 4.1);
сочетанием из указанных трех путей.
Несмотря на наличие научной и технической баз {для широкого
применения более совершенных систем оптимизации, их еще
недостаточно используют на практике.
Трудности массового внедрения более совершенных систем
оптимизации объясняются их непроработанностью, изолированным
рассмотрением и применением каждой группы методов независимо от
остальных и отрывом систем оптимизации от жизненного цикла изделия.
Для ликвидации сложившихся трудностей разрабатываются
системы оптимизации параметров изделий машиностроения. Они ставят
процесс оптимизации на промышленную основу и снабжают этими
системами потребителей, находящихся во взаимодействии с ними. Кроме
того, эти системы используют для оптимизации требований и оценки
научно-технического уровня стандартов, оптимизации разделения
продукции по уровню качества, создания методической базы принятия
решений при прогнозировании для повышения качества продукции.
Контрольные вопросы
1. Почему оптимизацию требований стандартов связывают с решением задачи
процесса управления качеством продукции?
2. Поясните сущность оптимизации требований стандартов. Что входит в состав
СОПОС Госстандарта РФ?
3. Назовите процедуры количественных методов оптимизации параметров объектов
стандартизации. Что необходимо оценивать при оптимизации параметров и какими
методами в зависимости от характера преобладающих процедур?
4. Какие методы СОПОС устанавливает состав нормативных документов? Какой
состав и структуру имеют типовые математические модели оптимизации ПОС?
5. Какие предъявляются требования к СОПОС? Поясните каждое из требований.
6. Дать понятие о теоретических методах оптимизации ПОС. Какие существуют
принципы составления целевых функций?
7. Дать понятие об экспериментальной оптимизации ПОС. Что составляет
методическую основу экспериментальной оптимизации?
8. Проанализируйте методы прогнозирования при оптимизации. Как выбираются
методы прогнозирования в оптимизации ПОС?
9. В чем состоят особенности оптимизации ПОС в технических величинах?
Провести анализ параметров деталей машин.
10. В чем состоят преимущества оптимизации ПОС на базе математического
моделирования с помощью ЭВМ?
ГЛАВА 5
СТАНДАРТИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ НОРМ
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ
5Л. Общие понятия основных норм
взаимозаменяемости
Предпосылкой взаимозаменяемости является выполнение основных
норм взаимозаменяемости.
В соединении двух деталей, входящих одна в другую, различают
охватывающую и охватываемую поверхности. Один из размеров этих
поверхностей носит название охватывающего размера, а другой —
охватываемого. Для гладких цилиндрических соединений (ГЦС)
охватывающая поверхность носит общее название «отверстие», а
охватываемая—«вал», соответствующие им размеры — «диаметр отверстия»
и «диаметр вала». Для плоских деталей типичным примером
охватывающей и охватываемой поверхности являются паз и шпонка. Для
группы деталей, входящих в размерную цепь, также различают
охватывающий размер и сумму охватываемых размеров (увеличивающие
и уменьшающие размеры).
Разность между охватывающим и охватываемым размерами
определяет характер соединения, или посадку, т. е. большую или меньшую
свободу их относительного перемещения или прочность их
неподвижного соединения. Когда охватывающий размер больше охватываемого,
разность между ними, характеризующая свободу относительного
перемещения соединяемых деталей, называется зазором.
Когда охватываемый размер до сборки больше охватывающего,
разность между ними, характеризующая прочность неподвижного
соединения, называется натягом.
Общий для охватывающей и охватываемой поверхности основной
расчетный размер называется номинальным размером соединения.
152
Рис. 5.1. Поля допусков отверстия и вала при посадке с зазором (отклонения отвер-
'}' стия положительны, отклонения вала отрицательны)
Номинальный размер — это окончательно принятый в
процессе проектирования и проставляемый на чертеже размер детали или
соединения (рис. 5.1, а, б). Он является общим для отверстия и вала,
составляющих соединение.
Номинальный размер получают из расчетов по функциональным
свойствам (метрическое, механическое, кинематическое,
динамическое, энергетическое) или выбирают из конструктивных,
технологических, эстетических и других соображений.
Для целей унификации и стандартизации установлены ряды
номинальных размеров. Полученный расчетом или выбранный исходя из
упомянутых соображений размер должен быть обязательно округлен
и заменен ближайшим по величине значением из стандартного ряда.
Это особенно относится к размерам деталей, получаемым стандартным
153
или нормализованным инструментом, или если определяемая размером
поверхность является присоединительной по отношению к другим
стандартным деталям или узлам (подшипникам качения, крепежным
деталям).
Часто размеры, получаемые расчетным путем, не подлежат
округлению, например окружной шаг зубчатого колеса, средний диаметр
резьбы, оптимальный размер в заданных пределах двустороннего
ограничения.
Для получения определенных зазоров или натягов либо
охватывающий, либо охватываемый размер, либо тот и другой должны
отличаться от номинального размера величинами их отклонений от
номинального размера.
Требуемый размер не может быть выдержан в производстве
абсолютно точно и достигается с погрешностью, образующей
действительный размер. Погрешность — это разность между
действительным и номинальным размерами.
Размеры, между которыми может колебаться действительный
размер, называются предельными. Больший из них называют
наибольшим предельным размером, меньший — наименьшим
предельным размером. Обозначим их /)тах и ДшП для отверстия, й?тах
и 4т — для вала (рис. 5.1, а). Сравнение действительного размера
с предельными дает возможность судить о годности детали.
ГОСТ 25346—82 устанавливает понятия проходного и
непроходного пределов размера. Проходной предел — термин, применяемый
к тому из двух предельных размеров, который соответствует
максимальному количеству материала, а иМенно верхнему пределу для вала
и нижнему пределу для отверстия. Непроходной предел
—термин, применяемый к тому из двух предельных размеров, который
соответствует минимальному количеству материала, а именно нижнему
пределу для вала и верхнему пределу для отверстия.
Для упрощения чертежей введены предельные отклонения от
номинального размера: верхнее предельное отклонение Е89
ез — алгебраическая разность между наибольшим предельным и
номинальным размерами; нижнее предельное отклонение Е1,
ег — алгебраическая разность между наименьшим предельным и
номинальным размерами. Для отверстия Е8 = /)тах-Д Е1=От\п-0 для
вала, е^ = с/тах~Д е1 = с1тт-0 (рис. 5.1, б). Действительным
отклонением называют алгебраическую разность между
действительным и номинальным размерами.
На машиностроительных чертежах номинальные и предельные
линейные размеры и их отклонения проставляют в миллиметрах без ука-
154
зания единицы (ГОСТ 2.307—68). Например, 42^33, 421^324, 50;о0;,™ ,
42_0025, угловые размеры и их предельные отклонения — в градусах,
минутах или секундах с указанием единицы, например, 0°30'40".
Предельные отклонения в таблицах допусков указывают в микрометрах.
При равенстве абсолютных значений отклонений их указывают один
раз со знаком рядом с номинальным размером, например 60 ±2;
120° ± 20°. Отклонение, равное нулю, на чертежах не проставляют,
наносят только одно отклонение — положительное на месте верхнего
или отрицательное на месте нижнего предельного отклонения,
например, 200^; 200+0'2.
Разность между наибольшим и наименьшим предельными
размерами или абсолютное значение алгебраической разности между верхним
и нижним отклонениями называют допуском. Допуск кроме
информационной имеет физическую основу как часть материала детали и
является только скалярной величиной. Он определяет допустимое поле
рассеяния действительных размеров годных деталей в партии, т. е.
заданную точность изготовления.
Для упрощения допуски можно изображать графически в виде
полей допусков (см. рис. 5.1). При этом ось изделия всегда находится
под схемой. Поле допуска — поле, ограниченное верхним и
нижним отклонениями. Поля допуска определяются значением допуска
и его положением относительно номинального размера.
При графическом изображении поле допуска заключено между
двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям
относительно нулевой линии. Нулевая линия — линия,
соответствующая номинальному размеру, от которой откладывают отклонения
размеров при графическом изображении допусков и посадок. Если
нулевая линия расположена горизонтально, положительные отклонения
откладывают вверх от нее, а отрицательные — вниз.
Две или несколько подвижно или неподвижно соединяемых
деталей называют сопрягаемыми. Поверхности, по которым
происходит соединение деталей, называют сопрягаемыми. Остальные
поверхности называют несопрягаемыми (свободными). В соответствии с этим
различают размеры сопрягаемых и несопрягаемых (свободных)
поверхностей.
В зависимости от взаимного расположения полей допусков
отверстия и вала посадка может быть: с зазором (рис. 5.2, а\ с натягом
(рис. 5.2, б) и переходной (рис. 5.2, в\ при которой возможно
получение как зазора, так и натяга. Разность между наибольшим и
наименьшим допускаемыми натягами (ТИ) 77У = Л^тах - #тт или наибольшими
и наименьшими зазорами (Т5) Т8 = 8тлх-8тт называется допуском
посадки. В переходных посадках допуск посадки — сумма наиболь-
155
+50
+34
№
&
шштшк
1 1ЧЛУ1-6
I
*;
а) б)
Рис. 5.2. Поля допусков отверстия У и вала 2 (отклонения даны для диаметра Л = 40 мм)
шего натяга и наибольшего зазора, взятых по абсолютному значению.
Для всех типов посадок допуск посадки численно равен сумме
допусков отверстия и вала, т. е.
Щ7ЭД=П)+7У.
Параметры посадок определяют по формулам:
посадка с зазором
^тах = Апах ~ ^тт^ $тт = Атп ~ ^тах » ^т = (^тах + ^тт )^%
шах тш »
посадка с натягом
шах тш
Пример обозначения посадки: 4(Ш7/#6 (или 40//7 — #6 или 40
где 40 — номинальный размер, мм, общий для отверстия и вала).
Пример. Определить предельные размеры, допуски, зазоры и натяги в
соединениях при посадке с зазором, натягом и переходной. Предельные отклонения взяты по
ГОСТ 25346—82 и для отверстий остаются неизменными для всех приводимых в
примере посадок.
Отверстие: номинальный размер 40 мм; Е/=0; ЕУ = + 25 мкм; />„,„-40 мм;
Дм « 40,000 + 0,025 = 40,025 мм; ТО = 40,025 - 40,000 « 0,025 мм.
Для посадки с зазором (0 40Н7//1):
Н1
Вал
номинальный размер 40 мм;
ег = - 50 мкм; ез = - 25 мкм;
4п» = 40,000 - 0,050 = 39,950 мм;
<4« = 40,000 - 0,025 * 39,975 мм;
Та = 39,975 - 39,950=0,025 мм.
Соединение
номинальный размер 40 мм;
и™ = 40,025 - 39,950 = 0,075 мм;
5т4п = 40,000 - 89,975 = 0,025 мм;
Т8 = 0,075 - 0,025 = 0,050 мм.
156
Для посадки с натягом (0 40//7/г 6):
Вал Соединение
номинальный размер 40 мм; номинальный размер 40 мм;
е\ = + 34 мкм; еа = + 50 мкм; #тах = 40,050 - 40,000 = 0,050 мм;
<4*„ = 40,000 + 0,034 = 40,034 мм; Nт^п = 40,034 - 40,025 = 0,009 мм;
4™ = 40,000 + 0,050 = 40,050 мм; ТN = 0,050 - 0,009 = 0,041 мм.
Та = 40,050 - 40,034 = 0,016 мм.
Для переходной посадки (0 40Н7/к 6):
Вал Соединение
номинальный размер 40 мм; номинальный размер 40 мм;
ег = +2 мкм; « = +18 мкм; $тах = 40,025 - 40,002 = 0,023 мм;
4л = 40,000 + 0,002 = 40,002 мм; Л^ = 40,018 - 40,000 = 0,018 мм;
4п» = 40,000 + 0,018 = 40,018 мм; 77У= 0,018 + 0,023 = 0,041 мм.
7#= 40,018 - 40,002 = 0,016 мм.
5.2. Модель стандартизации основных норм
взаимозаменяемости
Понятие системы. Системой допусков и посадок называют
совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных на
основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований
и оформленных в виде стандартов. Она предназначена для выбора
минимально необходимых, но достаточных для практики вариантов
допусков и посадок типовых соединений изделий машиностроения.
Проводится интенсивная разработка единой системы допусков
и посадок на основе норм взаимозаменяемости типовых соединений
в целях развития специализации и кооперирования промышленности
индустриально развитых стран, развития международной торговли.
Успешной разработке способствует обобщение методических подходов
построения стандартных систем для типовых соединений и
формирование единого принципа построения этих систем. Он связан с
рассмотрением совокупности допусков и посадок в виде систем, построенных
из упорядоченных множеств номинальных размеров и размерных
комплексов, рядов допусков и основных отклонений, отношений между
перечисленными множествами и опирается на представление о
структуре и функционировании системы.
Структура системы. Структура включает в себя построение
совокупности допусков, основных отклонений, посадок с применением
фасетного метода. Фасетный метод определяет независимое деление
заданного множества допусков и посадок с учетом функциональных
свойств и точности производства изделий. Фасетный метод построения
157
приводит к понятию уровней и вариантов основных признаков
системы по горизонтали и вертикали. Уровни точности устанавливают ряды
допусков по квалитетам, классам и степеням точности применительно
к типу соединения (передачи). Для образования посадок вводят
варианты основных отклонений. С учетом функциональных свойств
(метрическое, кинематическое, динамическое, механическое,
энергетическое) и сложности сопряжений не существует единственного
построения с общей глубиной, емкостью и детализацией проработки системы
типового соединения (передачи).
Систематизация допусков. Систематизация допусков
включает отсчет и закономерности построения рядов допусков. Отсчет
допусков вводит порядок и шкалы отсчета. Закономерности построения
рядов допусков устанавливают функциональные зависимости допусков
от значений параметров и их комплексов, эталоны сравнения
точности, градации уровней точностей к конкретным деталям типовых
соединений.
Порядок отсчета принят с предельно односторонним
расположением полей допусков основных деталей и с гарантированным
основным отклонением неосновных (сопрягаемых) деталей.
Для всех посадок в системе отверстия нижнее отклонение
основного отверстия Е1=0, т.е. нижняя граница поля допуска основного
отверстия, всегда совпадает с нулевой линией. Для всех посадок в
системе вала верхнее отклонение основного вала ез = О, т. е. верхняя
граница поля допуска основного вала всегда совпадает с нулевой линией.
Поле допуска основного отверстия откладывают вверх, а основного
вала — вниз от нулевой линии, т. е. в материал (тело детали).
Гарантированные основные отклонения неосновных деталей
соблюдают для обеспечения функционирования изделия и от них
откладывается допуск в тело детали. При расположении поля допуска
основной и неосновной деталей в тело происходит суммирование
допусков отверстия и вала, когда они образуют посадку.
Шкалы отсчета допусков являются одним из графических
способов выражения функциональной зависимости допуска от
определяющих его параметров и параметрических комплексов. Они
представляются в виде совокупности линейно расположенных отметок,
которые изображают параметрический ряд последовательных чисел,
соответствующих значениям выбираемых параметров и отсчитываемых
допусков. Шкалы отсчета допусков соответствуют уравнению или
графику функции у = ах и имеют два вида с равными по величине
делениями для допусков и неравными возрастающими по величине делениями
— интервалами для параметров. Разбивкой диапазона размеров на ин-
158
тервалы при построении параметрического ряда
формируют размерную шкалу, на которой
каждый интервал рассматривают как определение
отклонения эквивалентности в множестве
значений размеров на всем диапазоне (рис. 5.3).
Неравенства (х, ~ Ах) < х < (х, + Ах), / = 1, ..., п
определяют п интервалов (классов эквивалентности)
в множестве возможных значений размеров на им I I т > *
всем диапазоне, где Ах равно половине
расстояния от среднего до крайнего размера интервала. Рис. 5.3. Шкала отсчета
Для определения допусков и отклонений в сие- допусков
теме ИСО принимают среднее геометрическое
О крайних размеров каждого интервала, т. е. О = ^тиД™Г-
Полученный допуск принимают постоянным для всех размеров, относящихся
к данному интервалу. Диаметры по интервалам распределены таким
образом, чтобы допуски, подсчитанные по крайним значениям в
каждом интервале, отличались от допусков, подсчитанных по среднему
значению диаметра в том же интервале не более чем на 5—8%. Таким
образом, построение шкал связывают с отображением множества
возможных значений размера X в множестве отклонений У в пределах
допуска на размер / :У -+ X.
Функциональные зависимости допусков
устанавливаются с помощью теории подобия и методов анализа размерностей.
Подобие допусков рассматривают с позиции работоспособности
и экономичности изделия при постоянстве отклонения сходных и
характеризующих их величин, называемых инвариантами подобия или
симплексами. Симплексами зависимости допусков являются две
безразмерные комбинации — отклонения допусков и параметров,
градиенты изменения допуска как производная допуска от параметра.
Безразмерные комбинации получают на основе дифференциальных
уравнений, описывающих процессы обеспечения работоспособности и
экономичности изделий. Эта безразмерная форма позволяет
распространить функциональные зависимости на всю совокупность подобных
между собой допусков.
Исходное уравнение функции подобных допусков с одним
параметром в виде фактора относительного допуска х = ТШ и выходного
параметра у в общем случае приводится к обобщенному операторному
уравнению
0[у, *] = 0 (5.1)
159
при формальном ограничении 0 < х < 1 и действительном условии
0<дг< = а< 1.
Конкретизируя уравнение, принимается, что зависимость между
критерием у и относительной величиной фактора х определяется
некоторой характеристикой скорости изменения критерия у, т. е.
производной У =йу/ их.
Таким образом, ограничиваемся определением функциональной
зависимости у (х) с точностью до ее первой производной. Теперь
операторное уравнение (5.1) с учетом очевидного соотношения у(0)=уо
можно конкретизировать до вида
Г(х,у-У0,?) = й (5.2)
Дальнейшие математические действия и преобразования приводят
к классической линейной модели
у-у1=к1(х-х,)а. (5-3)
Здесь с учетом возможных значений переменных выскажем
некоторые заключения относительно значений, принимаемых параметрами к\
и а. Для переменных х и у отметим: значения х< 1; значения
переменной у убывают с ростом х. Исходя из отмеченных факторов получаем
следующие ограничения для параметров:
<х>0; ку<0. (5.4)
От соотношения (5.3) с учетом вышесказанного легко перейти
к линейной модели, прологарифмировав полученное уравнение:
1п | у- ух\ = а 1п |х -х2\ + 1п |*,|. (5.5)
Заметим, что полученное уравнение не определено при х = х\,
однако можно определить значения неизвестных коэффициентов в
окрестности точки (у\9 х\), а затем предельным переходом продолжить их
для значения х = х\.
Если теперь ввести новые переменные V = 1п [у —^1; и = 1п|х-Х||
и константу с = 1п|&1|, то получим классическую линейную модель
V = аи + с.
Исходные уравнения однородных (исключенных) функций
подобных допусков с несколькими определяющими параметрами приводятся
к виду
Т=/(ц, V, п) = СиГучм>г.
160
Число определяющих параметров, равное трем, характерно для
резьб (диаметр, шаг, длина свинчивания) и для зубчатых колес
(модуль, число зубьев, ширина зубчатого венца).
Таким образом, зависимость допусков, выражающая
закономерности подобия, является показательной для однородных функций, что
учтено практикой стандартизации.
В ряде случаев для установления функциональных зависимостей
допусков с несколькими определяющими параметрами не удается
составить дифференциальные уравнения, описывающие эти зависимости,
и можно представить зависимости с применением теории размерности
в виде
где коэффициент С и показатели системы р, # и г являются числовыми
величинами.
Основой в теории размерности является л-теорема, согласно
которой общая функциональная зависимость, связывающая между собой
п величин при т основных единицах, может быть представлена в виде
зависимости между (п-т) безразмерными отношениями этих
величин, а при наличии подобия — в виде связи между (т - п) критериями
подобия.
Если, например, допуск описывается общей функциональной
зависимостью между пятью параметрами /(м, V, IV, к, сГ) - 0 и если все эти
параметры выражаются посредством трех основные единиц, т. е. если
л = 5 и т = 3, то на основании тг-теоремы число безразмерных
отношений (п-т) = 5-3-2 и указанная общая функциональная зависимость
может быть выражена двумя безразмерными отношениями в виде
функции ф(7г,;7г2) = 0, где п\ и пг — соответствующие безразмерные
отношения.
Анализом функции допусков при помощи теории размерности
невозможно определить условия однозначности. Последние могут быть
установлены только путем вывода дифференциальных уравнений для
установления функции допусков. В этом заключается ограниченность
метода.
Функция допусков из теории размерностей для одного
определяющего параметра имеет зависимость
Т = х + уОУх +2Д
где величины х, у и 2 характеризуют степень подобия и градацию
точности; В — номинальный размер.
11—4523 161
Известна зависимость
Г=ш, (5.6)
где / — эталон сравнения точности или единства допуска, зависящий
от номинала Д а — коэффициент, равный числу единиц допуска и
независящий от номинала; через него проводится градация допусков.
Градация допусков использует рассмотрение бинарного отношения,
заданного совокупностью упорядоченных пар действительных и
предельных отклонений, в виде отношения эквивалентности и
толерантности. Поскольку для достижения взаимозаменяемости решающую
роль приобретают предельные отклонения, то в градации допусков
большее значение имеют отношения толерантности как общий случай
эквивалентности. Оба из названных отношений характеризуются
следующими свойствами:
рефлектностью, т. е. реализация взаимозаменяемости по одному из
предельных отклонений;
симметричностью, т. е. реализация взаимозаменяемости в пределах
поля допуска по предельным отклонениям;
транзитивностью, т. е. реализация взаимозаменяемости по любому
из действительных отклонений в пределах поля допуска. Это свойство
присуще эквивалентности.
Важнейшее значение эквивалентности состоит в том, что это
отношение по величине допускает разбиение множества допусков на
классы эквивалентности, образующие градацию допусков, называемые
классами точности, квалитетами точности, степенями точности.
Разбиение множества допусков на классы эквивалентности связывают с
отображением / :х -> у, ставящим интервал действительных отклонений
только одному допуску. Таким образом, встречающееся множество
действительных отклонений размеров изделий отображается в
градации допусков, образуя ряды допусков в классах, квалитетах, степенях
точности, что позволяет рассматривать функциональные отношения
между допусками, строить шкалы отсчета допусков. Переходы в рядах
допусков образуют геометрическую прогрессию.
Систематизация посадок. Систематизация посадок
проводится в системе отверстия Ян и системе вала 5*. Обе системы являются
частями единой системы допусков и посадок О, т. е. 5Н с О, 8И с П.
Каждая из подсистем содержит по две совокупности
отклонений (положительные — 5,,, отрицательные — 5„) для образования
видов сопряжений и различных по характеру посадок (с зазором
и натягом):
162
Для образования видов сопряжений или посадок с различными
зазорами и натягами вводят варианты основных отклонений валов и
отверстий. Основное отклонение — это одно из двух отклонений
(верхнее или нижнее), используемое для определения положения поля
допуска относительно нулевой линии. Таким является отклонение,
ближайшее к нулевой линии, и для деталей применяется:
для вала в системе отверстия отрицательное ез в посадках с
зазором, положительное ег в посадках с натягом;
для отверстия в системе вала положительное Е1 в посадках с
зазором, отрицательное Е8 в посадках с натягом.
С учетом совокупности отношений между размерами в пределах
допусков деталей общий вид построения посадок формализуется
бинарным отношением, устанавливающим соответствие отклонений
размеров сопрягаемых деталей от номинального размера
С = Ах В{(а, Ь); а еА; Ь еВ},
где а — элемент множества А отклонений отверстия; Ь — элемент
множества В отклонений вала.
Пара элементов а, Ь, упорядоченная по основным отклонениям
посадок с зазором и натягом, находится в отношении толерантности т на
множестве вариантов основных отклонений со свойствами рефлектно-
сти аха и симметричности ахЪ.
Если изменения вариантов основных отклонений валов или
отверстий описать единой числовой функцией, то графики этих функций
пересекутся с нулевой линией номинального размера.
Упорядочение пар элементов производится по двум видам
посадок деталей — основной и комбинированной. Основные посадки
образованы сочетанием полей допусков неосновных деталей (валов или
отверстий) с полем допуска основной детали (отверстия или вала)
при условии выполнения всех допусков в одном квалитете.
Комбинированные образованы сочетанием поля допуска детали одного квали-
тета с полем допуска детали другого квалитета одной системы.
Интерпретацией посадок в понятиях теории множеств являются
соответственно основная — с последовательным соединением размерных
элементов и комбинированная — с параллельным соединением раз-
смерных элементов. В последовательном соединении размерные
элементы при изменении приводятся к одному квалитету, в
параллельном — может изменяться хотя бы один из элементов (обычно
элемент допуска неосновной детали).
п* 163
В системе стандартов «Основные нормы взаимозаменяемости»
системы допусков и посадок однотипных соединений стандартизуют в
одном или нескольких стандартах с учетом функциональных свойств
соединения деталей.
Функционирование системы. Системы допусков и посадок
содержат переменные структурные факторы, изменением которых
можно воздействовать на экономичность изделия. Цель
функционирования системы сводится к обоснованному выбору этих факторов для
достижения экономически оптимальных допусков изделия. К
переменным факторам относят: выбор системы отверстия или вала; выделение
предпочтительных полей допусков; выделение предпочтительных
посадок из рекомендуемых посадок.
Выбор системы отверстия или вала для конкретной посадки
определяется конструктивными, технологическими и экономическими
соображениями. Преимущественное распространение получила
система отверстия, так как обработка отверстий наиболее трудоемка
и проводится дорогостоящим размерным инструментом (зенкер,
развертка, протяжка) в отличие от обработки вала безразмерным
инструментом, работающим по настройке станка на точность. К тому же
изделия в системе отверстия обычно более технологичны. В
некоторых случаях по конструктивным соображениям приходится
применять систему вала.
Использование предпочтительных полей допусков способствует
повышению уровня унификации изделий, сокращает номенклатуру
размерных инструментов и калибров, создает благоприятные условия для
кооперирования и организации централизованного производства.
Выделение предпочтительных посадок направлено на унификацию
посадок и позволяет обеспечить однородность конструктивных
требований к соединениям и облегчить работу конструкторов на назначение
посадок. Комбинируя на различных вариантах предпочтительные поля
допусков отверстий и вала, можно расширить возможности системы
по созданию различных посадок без увеличения набора инструментов,
калибров и технологической оснастки. Число предпочтительных
посадок из комбинаций предпочтительных полей допусков равно
к\(п-к)) '^
где п — число предпочтительных полей допусков; к — число
сочетаний полей допусков в типовых соединениях, к =2.
164
53» Стандартизация точности гладких
цилиндрических соединений (ГЦС)
Градация точности. Градация точности вводится для
нормирования различных уровней точности размеров, определяемых величиной
допуска по формуле (5.6).
В формуле системы ИСО приняты следующие единицы допуска:
для размеров до 500 мм
1 = 0,45^5 + 0,00 Ш; (5.7)
для размеров свыше 500 до 3150 мм
1=0,0040 +2,1, (5.8)
где В — среднее геометрическое крайних размеров каждого
интервала.
В формулах значения О приводятся в миллиметрах, / и / — в
микрометрах. В формуле (5.7) второй член учитывает погрешности
измерения, возрастающие с увеличением размера и возникающие
вследствие силовой (упругой) и температурной деформации измерительных
средств в момент контроля.
Для размеров до 500 мм в системе ИСО по величине допуска
установлено 19 квалитетов: 0,1; 0; 1; 2; ...,;17, для размеров 500—3150 мм
установлено 18 квалитетов. Под квалитетом понимается совокупность
допусков, изменяющихся в зависимости от номинального размера
и соответствующих одинаковой градации точности, определяемой
коэффициентом а.
Для каждого квалитета точности на основе единицы допуска
и числа единиц допуска а дана градация точности в виде закономерно
построенных рядов полей допусков, в каждом из которых разные по
величине размеры однотипных поверхностей деталей имеют одну и ту
же относительную точность, определяемую примерно одним и тем же
значением коэффициента а. Количество квалитетов определялось
потребностью различных отраслей промышленности, перспективами
повышения точности изделий, границами достижимой точности, а также
функциональными и технологическими факторами и принятым
значением знаменателя геометрической прогрессии ф, по которой
изменяется допуск при переходе от одного квалитета к другому. Допуски
системы ИСО обозначаются: /Г01; /Г0, ..., /Г 17. Буквы 1Т обозначают
«допуск ИСО».
165
Основные отклонения для образования посадок. Для
образования посадок с различными зазорами и натягами предусмотрено по 27
вариантов основных отклонений валов и отверстий. Основное
отклонение — это одно из двух отклонений (верхнее или нижнее),
используемое для определения положения поля допуска относительно нулевой
линии. В системе ИСО таким отклонением является отклонение,
ближайшее к нулевой линии (рис. 5.4). Основные отклонения отверстий
обозначаются прописными буквами латинского алфавита, валов —
строчными буквами. Основное отверстие обозначается буквой Н, а
основной вал — буквой И. Отклонения А-Н(а-к) предназначены для
образования полей допусков в посадках с зазорами: отклонения
^-N{^-п) — в переходных посадках; отклонения Р-7,С(р-2с) —
в посадках с натягом.
Отрицательные
Отрицательные
отклонения
22 ь
5°
1
г
22Э^
777771&
22Эп>
'/((Л
7777%
////А
7777\
7777.
* ^"777,
*•
3
э
ъ
лини
*
Номинальный
размер
Положительные
отклонения
31
-%
е
2
1»
Я2
Ш
Т777.
777?
\МА
Ъ*1777,
Ь>хТ777
ЙЕ2
0)
30
отклонения
ГП
ч
"Т1
3
О
53
та
зщ
ггед,
ч\.\ЧЯ
2^$*
Номинальный
размер
ш Положительные
отклонения
^Е2
°°Е2
оЕ2Е
522
1^?
■АХУ
^^2
^^2
^2
22
■* Я
^ 1
* «
15 1
|
1
|
1
Рис. 5.4. Основные отклонения отверстий и валов, принятые в системе ИСО
166
Каждой буквой обозначается ряд основных отклонений, величина
которых изменяется только в зависимости от номинальных размеров.
Для каждого основного отклонения вала (верхнего ез для валов
а -Ъ или нижнего ех для валов у-гс) величина и знак определяются по
эмпирическим формулам. Основное отклонение вала не зависит от
квалитета.
Основные отклонения отверстий построены так, чтобы обеспечить
посадки в системе отверстия. Они равны по абсолютному значению
и противоположны по знаку основным отклонениям валов,
обозначаемых той же буквой.
Общее правило определения основных отклонений отверстий:
Е1 = -ез при основных отклонениях от А до Я;
Е5 = - е\ при основных отклонениях от ^ до 2С.
Это правило формулируется следующим образом: основное
отклонение отверстия должно быть симметрично нулевой линии основному
отклонению вала, обозначенному той же (построчной) буквой.
У валов с отклонениями ул и отверстий с отклонениями У, (не
имеющих основного отклонения) оба предельных отклонения определяют,
исходя только из допуска 1Т соответствующего квалитета. Для у, и Л
поле допуска симметрично относительно нулевой линии.
Поле допуска образуется сочетанием одного из основных
отклонений с допуском по одному из квалитетов. В соответствии с этим
правилом поле допуска обозначают буквой (иногда двумя) основного
отклонения и номером квалитета, например для вала Л6, с/11, е/9; для
отверстия Я6, ЯП, СХПО.
Поле допуска ограничено горизонтальной линией, определяемой
основным отклонением. Второе предельное отклонение,
ограничивающее данное поле допуска, можно определить по основному
отклонению и допуску принятого квалитета. Если основное отклонение
верхнее, то нижнее отклонение: для вала е\ = ез - ГТ\ для отверстия
Е1 = Е8-1Т. Если основное отклонение нижнее, то верхнее
отклонение: для вала ез = е/ + 1Т\ для отверстия Е8 = Е1 + 1Т (отклонения е/,
ез, Е1, Е8 берут с учетом знака).
Для размеров от 1 до 500 мм выделены предпочтительные
поля допусков. Они обеспечивают 90—95% посадок общего
применения. Использование предпочтительных полей допусков
способствует повышению уровня унификации изделий, сокращает
номенклатуру режущих инструментов и калибров, создает благоприятные условия
для кооперирования и организации централизованного производства.
Посадки для сопрягаемых деталей устанавливают лишь значение
основного отклонения, т. е. расстояние от ближайшей границы поля
допуска до нулевой линии. Верхнее (если поле допуска расположено
167
+43*
■ +Е5
Рис. 5.5. Схема расположения полей допусков в
системе ИСО
выше нулевой линии) или
нижнее (если поле допуска
расположено ниже
нулевой линии) отклонения
определяют по основному
отклонению и допуску
выбранного квалитета.
Верхние отклонения
полей допусков валов (от
а до %) и нижние
отклонения соответствующих
отверстий (от А до С),
применяемые для посадок
с зазором, приняты
одинаковыми по абсолютному
значению. Следовательно, зазоры в одноименных посадках в системах
отверстия и вала одинаковы.
Поля допусков свыше квалитета 7 для посадок с натягом в системе
ИСО построены так, что верхние отклонения валов в системе
отверстия равны по абсолютному значению нижним отклонениям отверстий
в системе вала, обозначенным теми же, но прописными буквами.
Следовательно, наибольшие натяги в системах отверстия и вала
одинаковы, так как допуски при одном и том же квалитете в обеих системах
равны (рис. 5.5).
Для всех диапазонов размеров установлены рекомендуемые
посадки; для размеров 1—500 мм из них выделены
предпочтительные.
Условное обозначение предельных отклонений и посадок
ГЦС. Предельные отклонения линейных размеров указывают на
чертежах условными (буквенными) обозначениями полей допусков
или числовыми значениями предельных отклонений, а также
буквенными обозначениями полей допусков с одновременным
указанием справа в скобках числовых значений предельных отклонений
(рис. 5.6, а... в).
Посадки и предельные отклонения размеров деталей,
изображенных на чертеже в собранном виде, указывают дробью: в числителе —
буквенное обозначение или числовое значение предельного
отклонения отверстия либо буквенное обозначение с указанием справа в
скобках его числового значения, в знаменателе — аналогичное
обозначение поля допуска вала (рис. 5.6, г, д). Иногда для обозначения посадки
указывают предельные отклонения только одной из сопрягаемых
деталей (рис.5.6, е).
168
1
040(7 _
м т
ИЛИ
^ .л -0,029
04О4,ово
а)
I
я04Ог6ш
или
040*0,034
к«мСЯ|
б)
1
I
*40Н7%
или
440*-0"
1
+
Ъ40Н7/Ц
040 «2
4,00
или
Специальные случаи
ЬжюСЙ)
120Ш0Й2)
«;
^;
Рис. 5.6. Примеры обозначения полей допусков и посадок на чертежах
В условных обозначениях полей допусков обязательно указывать
числовые значения предельных отклонений в следующих случаях: для
размеров, не включенных в ряд нормальных линейных размеров,
например 41,5 //7(+0,025); при назначении предельных отклонений,
условные обозначения которых не предусмотрены ГОСТ 25347—82,
например для пластмассовой детали (рис. 5.6, ж).
Предельные отклонения следует назначать для всех размеров,
проставленных на рабочих чертежах, включая несопрягаемые и
неответственные размеры. Если предельные отклонения для размера не
назначены, возможны лишние затраты (когда стремятся получить этот размер
более точным, чем нужно) или увеличение массы детали и перерасход
металла.
Для поверхности, состоящей из участков с одинаковым
номинальным размером, но разными предельными отклонениями, наносят
границу между этими участками тонкой сплошной линией и
номинальный размер с соответствующими предельными отклонениями
указывают для каждого участка отдельно.
Точность гладких элементов металлических деталей, если для них
отклонения не указывают непосредственно после номинальных
размеров, а оговаривают общей записью, нормируют либо квалитетами (от
169
12 до 17 для размеров от 1 до 1000 мм), обозначаемыми /Г, либо
классами точности (точный средний, грубый и очень грубый),
установленными ГОСТ 25670—83. Допуски по классам точности обозначают /ь
/2, (г и и — соответственно для классов точности — точный, средний,
грубый и очень грубый.
Неуказанные предельные отклонения для размеров валов и
отверстий допускается назначать как односторонними, так и
симметричными; для размеров элементов, не относящихся к отверстиям и валам,
назначают только симметричные отклонения. Односторонние
предельные отклонения можно назначать как по квалитетам (+ 1Т или - /7),
так и по классам точности (±//2), но допускается и по квалитетам
(±7772). Квалитету 12 соответствует класс точности «точный», квали-
тету 14 — «средний», квалитету 16 — «грубый», квалитету 17 —
«очень грубый». Числовые значения неуказанных предельных
отклонений приведены в ГОСТ 25670—83. Для размеров металлических
деталей, обработанных резанием, неуказанные предельные отклонения
предпочтительно назначать по квалитету 14 или классу точности
«средний». Неуказанные предельные отклонения узлов, радиусов
закругления и фасок назначают по ГОСТ 25670—83 в зависимости от
квалитета или класса точности неуказанных предельных отклонений
линейных размеров.
Автоматизированный поиск нормированной точности ГЦС.
Автоматизированный поиск параметров нормированной точности
является составной частью общей концепции взаимозаменяемости при
обеспечении качества изделий. На базе модели стандартизации основных
норм взаимозаменяемости разработана программа «РОЗАОКА» такого
поиска для системы допусков и посадок гладких цилиндрических
соединений (ГЦС). В программе разработаны реализованные алгоритмы
и методики, функционирующие с использованием 1ВМ с полным
указанием параметров выбираемой посадки. Рассмотрим основные
алгоритмические принципы выбора допусков и посадок ГЦС ИСО.
Программа «Р08АОКА» включает в себя следующее
информационное и алгоритмическое обеспечение.
1. Расчетные данные параметров точности разных посадок:
с зазором
с натягом
170
ТМ = МпахР-ИттР=ТО + Щ
переходные
73(72У) = П) + 7У;
вероятностная надежность 5(М), определяющая точность
центрирования и легкость сборки соединения.
2. Набор таблиц, заполненный на основе ИСО:
таблица интервалов номинальных размеров, вход в таблицу
осуществляется по номинальному размеру посадки;
таблица допусков, вход в таблицу осуществляется по
номинальному размеру посадки и номеру квалитета;
список основных отклонений;
таблица основных отклонений, вход в таблицу осуществляется по
номинальному размеру посадки и списку основных отклонений;
таблица поправок основных отклонений отверстий, вход в таблицу
осуществляется по номинальному размеру посадки, списку основных
отклонений и номеру квалитета;
таблицы рекомендуемых посадок в системе вала и отверстия, вход
в таблицу осуществляется по списку основных отклонений и номеру
квалитета.
3. Разработанные методики и алгоритмы, учитывающие
многочисленные рекомендации по выбору посадок, выработанные в системах
ИСО, и особенности автоматизированного поиска параметров
нормированной точности в каждой из трех посадок (с зазором, натягом,
переходные).
4. Правила использования программы «Р08АОКА», состоящие из
общих подходов работы с программой, выбора посадок с помощью
программы.
Структура программы выбора допусков и посадок в соответствии
с тремя системами посадки (с зазором, натягом, переходные)
разделена на соответствующие три ветви. Согласно таблицам ИСО, в каждой
из трех систем посадок наряду с общими подходами к подбору
посадки имеются свои особенности, которые учтены в алгоритмах
программы. На рис. 5.7 представлен алгоритм выбора посадок с зазором и
натягом, на рис. 5.8 — алгоритм выбора переходных посадок.
Алгоритм выбора посадок с зазором и натягом очень близкий по
своей структуре и представляет программную реализацию быстрого
поиска и перебора табличных данных с последующей классификацией
171
Задать параметры расчета:
0»5т1п^ ^тах^ Л/7Я посадки с зазором
' или Л/,^ расч, Л/тах доп для посадки с натягом
Выбрать типоразмер для О.
Установить выбор в системе отверстия
Установить равные квалитеты
отверстия и вала
• '
Цикл по всем квалитетам
х
Расчет по таблицам допусков и отклонений посадки.
Если расчет идет в системе вала, учесть таблицу поправок.
Проверка на удовлетворение параметрам посадки
Классификация выбранной посадки:
возможная, рекомендуемая, предпочтительная
Установить квалитвт вала меньше (выше) квалитета отверстия
I
I Повторить цикл для системы вала |*
3
I Вывод подобранных посадок\
Конец
Рис. 5.7. Алгоритм выбора посадок с зазором и натягом
подобранных посадок. Для выбора посадок с натягом необходимо
также учесть таблицу поправок основных отклонений отверстия.
Алгоритм подбора переходных посадок значительно отличается от
выбора посадок с зазором и натягом. Хотя методика определения
полей допусков и основных отклонений не имеет принципиальных
отличий, однако подбор возможных значений выполняется только для
рекомендуемых и предпочтительных посадок с расчетом вероятностного
натяга, определяемого численным интегрированием значения
вероятностного интеграла от гауссовского нормального распределения:
172
/
Задать параметр расчета О
7
Выбрать типоразмер для О.
Установить выбор в системе отверстия
Установить квалитет вала меньше квапитета отверстия
Цикл по основным отклонениям, соответствующим
переходным посадкам
Расчет по таблицам допусков и отклонений посадки
I
Расчет вероятностного натяга посадки
Ж
Повторить цикл для системы вала
Вывод подобранных посадок
ф(2)= > [еГ*2/2ск.
л/2тг о
Итак, рассчитанный
с помощью программы
«Р08АОКА» набор
посадок представляет полный
список посадок,
классифицированных, согласно
рекомендациям ИСО, как
рекомендуемые,
предпочтительные и возможные.
В любом случае
полученный набор посадок
должен быть внимательно
изучен, из них должны
быть выбраны те,
которые устраивают с учетом
всех требований,
предъявляемых к узлу
соединения. Таким образом,
передав компьютеру работу с
большими таблицами ИСО,
конструктор может
сосредоточиться на качественной проработке изделия и его узлов.
Программы автоматизированного поиска нормированной точности
ГЦС для представления алгоритмов даны в приложении 1.
Калибры для гладких цилиндрических деталей. Калибры
являются основным средством контроля деталей. Их используют для
ручного контроля и широко применяют в автоматических средствах
контроля деталей. Калибры обеспечивают высокую надежность
контроля.
По назначению калибры делят на две основные группы: рабочие
калибры — проходные Р—ПР и непроходные — Р—НЕ; контрольные
калибры — К—РП, К—НЕ и К—И.
Рабочие калибры ПР и НЕ предназначены для контроля изделий
в процессе их изготовления. Этими калибрами пользуются рабочие
и контролеры ОТК завода-изготовителя.
Рабочие калибры называют предельными, так как их размеры
соответствуют предельным размерам контролируемых деталей.
Предельные калибры позволяют определить, находятся ли действительные
173
Конец
Рис. 5.8. Алгоритм выбора переходных посадок
размеры деталей в пределах допуска. Деталь считают годной, если она
проходит в проходной калибр и не проходит в непроходной калибр.
Номинальными размерами калибров называют размеры, которые
должны были бы иметь калибры при идеально точном их
изготовлении. При этом условии номинальный размер проходной скобы будет
равен наибольшему предельному размеру вала, а номинальный размер
непроходной скобы — наименьшему предельному размеру вала.
Номинальный размер проходной пробки будет равен наименьшему
предельному размеру отверстия, а номинальный размер непроходной
пробки — наибольшему предельному размеру отверстия.
К контролю предъявляют следующие требования: контроль должен
быть высокопроизводительным; время, потребное для контроля,
должно быть по возможности меньше времени, необходимого для
изготовления детали; контроль должен быть надежным и экономически
целесообразным.
Экономическая целесообразность контроля определяется
стоимостью контрольных средств, износоустойчивостью измерительных
поверхностей, величиной сужения табличного поля допуска детали.
Например, наибольшее сужение поля допуска получается в том случае,
когда действительные размеры калибров совпадают с их предельными
размерами, расположенными внутри поля допуска детали.
Суженный за счет калибров табличный допуск называется
производственным. Расширенный за счет калибров допуск называется
гарантированным. Чем меньше производственный, тем дороже
обходится изготовление деталей, особенно в более точных квалитетах.
Предельными калибрами проверяют годность деталей с допуском от
1Т 6 до П17, особенно в массовом и крупносерийном производствах.
В соответствии с принципом Тейлора проходные пробки и кольца
имеют полные формы и длины, равные длинам сопряжении, а
непроходные калибры часто имеют неполную форму: например, применяют
скобы вместо колец, а также пробки, неполные по форме поперечного
сечения и укороченные в осевом направлении. Строгое соблюдение
принципа Тейлора сопряжено с определенными практическими
неудобствами.
Контрольные калибры К—И применяют для установки регу-
лируемых калибров-скоб и контроля нерегулируемых калибров-скоб,
которые являются непроходными и служат для изъятия из
эксплуатации вследствие износа проходных рабочих скоб. Несмотря на малый
допуск контрольных калибров, они все же искажают установленные
поля допусков на изготовление и износ рабочих калибров, поэтому
контрольные калибры по возможности не следует применять.
Целесообразно, особенно в мелкосерийном производстве, контрольные калиб-
174
ай *-
сторона
Непроходная
Рис. 5.9. Схемы расположения полей допусков калибров:
а — для отверстия, 6 — для вала
ры заменять концевыми мерами или использовать универсальные
измерительные приборы.
ГОСТ 24853—81 на гладкие калибры устанавливает следующие
допуски на изготовление: Н — рабочих калибров (пробок) для
отверстий (рис. 5.9, а) (Ня — тех же калибров, но со сферическими
измерительными поверхностями); Н\ — калибров (скоб) для валов (рис. 5.9,
б)\ Нр — контрольных калибров для скоб.
Для проходных калибров, которые в процессе контроля
изнашиваются, кроме допуска на изготовление, предусматривается допуск на
износ. Для размеров до 500 мм износ калибров ПР с допуском до 1Т 8
включительно может выходить за границу поля допуска деталей на
величину у для пробок и у] для скоб; для калибров ПР с допусками от
1Т9 до /Г 17 износ ограничивается проходным пределом, т.е. у = 0
и у\ - 0. Следует отметить, что поле допуска на износ отражает
средний возможный износ калибра.
Для всех проходных калибров поля допусков #(#5) и Н\ сдвинуты
внутрь поля допуска изделия на величину 2 для калибров-пробок и г\
для калибров-скоб.
При номинальных размерах свыше 180 мм поле допуска
непроходного калибра также сдвигается внутрь поля допуска детали на
величину а для пробок и ой для скоб, создавая так называемую зону
безопасности, введенную для компенсации погрешности контроля калибрами
соответственно отверстий и валов. Поле допуска калибров НЕ для
размеров до 180 мм симметрично и соответственно сс = 0 и а] =0.
Сдвиг полей допусков калибров и границ износа их проходных
сторон внутрь поля допуска детали позволяет устранить возможность
искажения характера посадок и гарантировать получение размеров
годных деталей в пределах установленных полей допусков.
175
По формулам ГОСТ 24853—81 определяют исполнительные
размеры калибров. Исполнительными называют предельные размеры
калибра, по которым изготовляют новый калибр. Для определения этих
размеров на чертеже скобы проставляют наименьший предельный размер
с положительным отклонением; для пробки и контрольного калибра —
их наибольший предельный размер с отрицательным отклонением.
При маркировке на калибр наносят номинальный размер детали,
для которого предназначен калибр, буквенное обозначение поля
допуска изделия, числовые значения предельных отклонений изделия
в миллиметрах (на рабочих калибрах), тип калибра (например, ПР, НЕ,
К—И) и товарный знак завода-изготовителя.
Контрольные вопросы
1. Определите параметры системы допусков и посадок ГЦС.
2. Из каких этапов состоит построение модели стандартизации основных норм
взаимозаменяемости?
3. Как проведена градация точности в стандартизации ГЦС?
4. Какой принят порядок образования посадок ГЦС в системе ИСО?
5. Что достигается выделением предпочтительных полей допусков и посадок?
6. Какая последовательность автоматизированного поиска нормированной точности
ГЦС?
7. Назовите типы калибров и укажите порядок расчета их исполнительных
размеров.
ГЛАВА 6
ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ
6.1. Общие сведения
Метрология (от греч. «метро» — мера, «логос» — учение) — наука
об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства к
требуемой точности.
Современная метрология включает три составляющие:
законодательную метрологию, фундаментальную (научную) и практическую
(прикладную) метрологию. Из прикладной метрологии для нужд
машиностроения выделяют технические измерения. В настоящее время
к техническим измерениям, рассматриваемым во взаимной связи с
точностью и взаимозаменяемостью в машиностроении, относят измерения
линейных, угловых и радиусных величин. Результаты измерений
выражают в узаконенных величинах.
Одна из главных задач метрологии — обеспечение единства
измерений — может быть решена при соблюдении двух условий, которые
можно назвать основополагающими:
выражение результатов измерений в единых узаконенных
единицах;
установление допускаемых погрешностей результатов измерений
и пределов, за которые они не должны выходить при заданной
вероятности.
Основные задачи метрологии (ГОСТ 16263—70) — установление
единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых
средств измерений, контроля и испытаний, обеспечение единства
измерений и единообразных средств измерений, разработка методов
оценки погрешностей состояния средств измерения, контроля и
испытаний, а также передачи размеров единиц от эталонов или образцовых
средств измерений рабочим средством измерений.
12^4523 177
Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения
точности измерений является Государственная система обеспечения
единства измерений (ГСИ). Основные нормативные документы ГСИ
— государственные стандарты.
Принята Международная система единиц (СИ), на основе которой
для обязательного применения разработан ГОСТ 8.417—81.
Главными единицами физических величин в СИ являются семь
основных единиц и свыше 50 производных, имеющих специальные
названия. Основные единицы: метр — м (длина), килограмм — кг
(масса), секунда — с (время), ампер — А (сила тока), кельвин — К
(термодинамическая температура), моль (количество вещества) и кандела
— кд (сила света). В этой системе, например, единица силы является
производной; она называется ньютон — Ни равна приблизительно
0,102 килограмм-сила.
Кратные и дольние единицы образуются умножением на степень
числа 10. Им присвоены определенные названия и обозначения; мега
— М (106), кило — к (103), милли — м (Ю-3), микро — мк (Ю-6) и др.
Для воспроизведения и хранения единиц величин применяются
эталоны, официально утверждаемые в качестве исходных для страны.
Для метра введен световой эталон: 1650763,73 длин волн в
вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р\о и 5с15
атома Криптона — 86. Энергетические уровни 2р\о и 5й?5 (термин по
Меггерсу) соответствуют оранжевой линии спектра излучения изотопа
криптона Кг86.
Световой эталон воспроизводится на эталонной установке с
погрешностью порядка 1 • 10"9 м, на два порядка меньшей, чем
погрешность воспроизведения метра посредством государственного
штрихового эталона метра, представляющего собой платиново-иридиевый
стержень Х-образного сечения. Еще большей точностью
воспроизведения будет обладать эталон метра как расстояние, проходимое
светом за определенный отрезок времена. Вводится новое определение
эталона длины, воспроизводимое от лазерного излучения.
Единство измерений поддерживают путем передачи единиц
величин от элемента к рабочим средствам измерений, осуществляемой по
ступенькам образцовых мер и измерительных приборов, как это
показано на принципиальной поверочной схеме (рис. 6.1). Точность
указанных мер понижается от ступеньки к ступеньке в 2—4 раза.
Средства измерений (СИ) в соответствии с поверочной схемой
периодически подвергаются поверке, которая заключается в
определении метрологическим органом погрешности средств измерений
Асризм и установлении его пригодности к применению при условии
Д <А .
ср. изм д
178
Государственные эталоны
Рабочие эталоны
+Л Образцовые средства измерений 1-го разряда
+Л Образцовые средства измерений 2-го разряда
М Образцовые средства измерений 3<о разряда I
Образцовые средства измерений 4чх> разряда
Рабочие средства измерений
Рис. 6.1. Принципиальная поверочная схема средств измерений
I Сеть метрологических органов называется метрологической
службой. Деятельность этих органов направлена на обеспечение единства
измерений и единообразия средств измерений путем проведения
поверки, ревизии и экспертизы средств измерений (ГОСТ 8.002—86).
Единообразие средств измерений — их состояние,
характеризующееся тем, что они проградуированы в узаконенных единицах, а их
метрологические свойства соответствуют'нормам.
6.2. Основные термины и определения
Основные термины в области метрологии устанавливают ГОСТ
16504—81, ГОСТ 16263—70.
Измерение — нахождение значения физической величины
опытным путем с помощью специальных средств измерений.
В результате получают значение физической величины
где ^ — числовое значение физической величины в принятых
единицах; I/ — единица физической величины.
Значение физической величины (), найденное при измерении,
называют действительным. Измерение может быть как частью промежу-
и* 179
точного преобразования в процессе контроля, так и окончательным
этапом получения информации при испытаниях.
Технический контроль (ТК) — проверка соответствия
объекта установленному техническому условию (ТУ). ТК с совокупностью
основных элементов (объект, средство контроля, исполнитель,
нормативная документация) функционирует как единая система
технического контроля (СТК). Выполнение функции СТК сводится к
осуществлению двух основных этапов:
1) получение информации о фактическом состоянии некоторого
объекта, о признаках и показателях его свойств. Эту информацию
можно назвать первичной, получаемой измерением;
2) составление первичной информации с заранее установленными
требованиями, нормами, критериями, т. е. обнаружение соответствия или
несоответствия фактических данных требуемым (ожидаемым).
Информацию о рассогласовании (расхождении) фактических и требуемых данных
можно назвать вторичной, находящуюся в сфере технического контроля.
В ряде случаев граница во времени между первым и вторым
этапами неразличима. В таких случаях первый этап может быть выражен
нечетко или может практически не наблюдаться. Характерным примером
является контроль размера калибром, сводящийся к операции
сопоставления фактического и предельного допускаемого значения размера.
Выполнение функций СТК и управления технологическими
процессами в современном машиностроении непрерывно связано с
решением проблемы автоматизации производства.
Испытания — экспериментальное определение количественных
и качественных характеристик свойств объекта испытаний к
результатам воздействия на него, при его функционировании, при
моделировании объекта и воздействий. К числу воздействий, используемых с
целью проведения испытаний, можно отнести факторы внешней среды,
а также воздействия, возникающие внутри объекта. Осуществление
воздействий при испытаниях в отличие от контроля имеет целью
определение характера и степени изменений объекта испытаний,
возникающих в связи с этими воздействиями. По виду воздействия различают
испытания: радиационные, электромагнитные, магнитные,
биологические, климатические, химические, механические, пневматические.
Разновидность испытания, проводимого для контроля качества объекта,
называют контрольным испытанием.
Техническое диагностирование — процесс
определения технического состояния объекта диагностирования с
определенной точностью (по ГОСТ 20911—75). Результатом диагностирования
(технического диагноза) является заключение о техническом состоянии
объекта с указанием, при необходимости, места вида и причин дефекта.
180
1 6.3. Стандартизация в системе технического контроля
и измерения
Основными объектами стандартизации СТК и измерения являются:
общие положения, методология, технические средства, организация
и управление. Причем в каждом объекте предусматриваются
стандарты на терминологию, классификацию, отдельные элементы, отдельные
системы и подсистемы. Вид стандартов «Общие положения»
необходим для увязки стандартов и методических материалов по СТК. В
состав стандартов этого класса входят документы на основные термины
и определения СТК, стандарты и методики по проектированию общего
характера, экономическая эффективность СТК, формы документов.
Вид стандартов «Организация и управление» необходим для
обеспечения наиболее экономичных форм организации СТК. В состав
стандартов этого направления входят документы на термины и
определения по организации и управлению СТК, классификации СТК и ее
элементов, стандарты ЕСТПП по разделу «Технический контроль»,
а также стандарты на организационные формы СТК, структуру
функционирования и управления, методы и процессы управления СТК.
В этот же класс входят стандарты информационного и
математического обеспечения, которые разрабатываются и предназначены для
автоматизированных систем технического контроля. Математическое
обеспечение СТК будет включать программы и алгоритмы задач СТК.
Вид стандартов «Метрология» необходим для оснащения СТК
типовыми методами и процессами контроля на базе статистического
и неразрушающего контроля. Стандарты на классификацию и
терминологию должны охватывать объекты, методы, процессы и операции
технического контроля, а также номенклатуру контролируемых
параметров. Стандарты методик измерения Государственной системы
обеспечения единства измерений должны быть использованы при
стандартизации методов и процессов технического контроля.
Вид стандартов «Технические средства» необходим для
установления требований к средствам контроля и их элементам, используемым
материалам и комплексам взаимосвязанных технических средств и
систем. Стандарты на терминологию, классификацию и номенклатуру
технических средств должны охватывать универсальные контрольные
инструменты и приборы, специальные контрольные приспособления
и оборудование, а также контрольные образцы продукции, средства
Механизации и автоматизации процессов технического контроля и
инженерно-технических работ, средства получения, передачи и
обработки информации в СТК, а также вспомогательное оборудование,
инструмент и материалы.
181
Вид стандартов «Основополагающие принципы контроля и
измерения» необходим для соблюдения следующих принципов:
стандартизации, системности, оптимальности, динамичности, автоматизации,
преемственности, адаптации и организации.
Принцип системности заключается в том, что при создании
ТК процессы планирования, исследования и проектирования,
изготовления, эксплуатации и ремонта рассматривают во взаимосвязи.
Взаимосвязь элементов в ТК должна быть однозначно описана
и максимально формализована. К практическому решению всех задач
ТК необходимо подходить с позиций системотехники (теории больших
систем). При изучении связей между элементами и выделении
элементов ТК такой подход приводит к необходимости учитывать только
основные и наиболее устойчивые связи, что позволяет строить
структуры элементов и связей в их строгой зависимости и переходить от
рассмотрения ТК к построению и изучению систем технического
контроля (СТК).
При построении СТК с позиций системного подхода
предусматривают:
структурное и функциональное описание системы и выявление
всех основных элементов и связей между ними;
моделирование систем;
квантификацию системы (построение количественных
зависимостей для связей и количественных характеристик элементов систем).
Принцип стандартизации состоит в том, что основные
функции, задачи и требования к системе СТК типизируются,
унифицируются и обеспечиваются государственными и отраслевыми стандартами
и техническими условиями. Стандарты являются базой системы и
обязательность их требований обеспечивает автоматизм в
функционировании системы. С помощью стандартов внедрение отдельных элементов
системы выполняют одновременно во всех подразделениях
промышленного предприятия.
Принцип оптимальности предполагает, что каждый элемент
СТК имеет оптимальный уровень, а сама система обеспечивает
решение поставленных задач при минимальных затратах на ее разработку
и максимальном эффекте от ее функционирования.
Принцип динамичности заключается в том, что в СТК
должна быть предусмотрена возможность ее непрерывного
совершенствования и развития с учетом требований технического прогресса. Принцип
динамичности обеспечивается при создании СТК за счет открытой
структуры, планомерного обновления ее подсистем и элементов.
Принцип автоматизации предусматривает максимальное
использование средств вычислительной техники в системе технического
182
контроля, включая автоматизацию технологических процессов и
операций технического контроля, а также труда инженерно-технического
и управленческого персонала.
Принцип преемственности применяют в каждой
конкретной разработке СТК; принцип состоит в максимальном использовании
всех имеющихся возможностей (ресурсов) предприятия и передового
опыта разработки СТК на предприятиях машиностроения и
приборостроения с учетом специфики производства и отрасли.
Принцип адаптации заключается в разработке и введении
в СТК элементов, обеспечивающих быструю приспособляемость СТК
и специфике объектов контроля в условиях периодически
изменяющихся видов выпускаемой продукции.
Принципы организации технического контроля:
соответствие контроля уровню техники, технологии и организации
основных производственных процессов;
комплексность контроля (предполагает необходимость охвата
контролем всех элементов производственного процесса и всех факторов,
определяющих качество продукции в ходе ее изготовления);
непрерывность (требует организации постоянного контроля на
технологических операциях изготовления продукции и ликвидации
каких-либо перерывов между операцией обработки и контроля);
параллельность в проведении операций ТК и операций обработки
в целях сокращения времени на пролеживание изделий в ожидании
контроля и сокращения длительности производственного цикла за счет
уменьшения затрат времени на ТК;
совмещение производственных и контрольных функций или
передача ряда операций контроля под ответственность рабочих, мастеров
и бригадиров;
профилактичность, т. е. предупреждение появления дефектных
изделий в процессе производства;
независимость органов контроля от производственных служб
и подразделений;
организация бездефектного труда;
экономичность, основанная на минимизации затрат на контроль.
На предприятиях, внедряющих системы управления качеством
продукции, ведутся работы по стандартизации СТК и ее элементов с
учетом требований нормативной документации — ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП.
При стандартизации системы технического контроля
предусматривается функционирование автоматических и автоматизированных СТК.
В настоящее время в системе технического контроля, измерений
И испытаний действует более 3000 государственных стандартов.
183
6.4. Средства измерений
Средства технических измерений подразделяются на три основные
группы: меры, калибры, универсальные средства измерения
(измерительные приборы, контрольно-измерительные приборы, «КИП» и
системы).
Мера представляет собой средство измерений, предназначенное
для воспроизведения физической величины заданного размера. К
мерам относятся плоскопараллельные меры длины (плитка) и угловые
меры.
Калибры представляют собой устройства, предназначенные для
контроля и нахождения в заданных границах размеров, взаимного
расположения поверхностей и формы деталей. К ним относятся,
например, гладкие предельные калибры (скобы и пробки), резьбовые
калибры (резьбовые кольца или скобы, резьбовые пробки) и т.п.
Измерительный прибор — устройство, вырабатывающее
сигнал измерительной информации в форме, доступной дня
непосредственного восприятия наблюдателей.
Измерительной системой называется совокупность средств
измерений (мер, измерительных приборов, измерительных
преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой
каналами связи. Она предназначена для выработки сигналов
измерительной информации в форме, удобной для автоматизированной
обработки, передачи или использования в автоматических системах
управления.
Универсальные средства измерения предназначены для
определения действительных размеров. Этим они и отличаются от калибров,
позволяющих убедиться лишь в том, что размер лежит в заданных
пределах. Любое универсальное измерительное средство
характеризуется назначением, принципом действия, т. е. физическим принципом,
положенным в основу его построения, особенностями конструкции
и метрологическими характеристиками.
К основным метрологическим характеристикам универсальных
средств измерений относятся следующие:
номинальное значение однозначной меры ун;
цена деления равномерной шкалы измерительного прибора
(рис. 6.2)
где XI и х/ч — значения измеряемой величины, соответствующие двум
соседним отметкам шкалы;
184
пределы шкалы хиш и хкш
измерительного прибора,
характеризующие диапазон
измерений по шкале,
причем в некоторых случаях
пределы измерения прибора
Хнп и *кп отличаются от
пределов шкалы и диапазон
измерений составляет
карактеристики; погрешность
Дсризм средства измерения
И предел Ад допускаемых
значений измеряемой
величины. Соотношение между Дд
йах Дд// =А:у =1,5 при /г7, равном единице, достоверность отсчета по
наименьшим делениям шкалы будет минимальной;
длина (интервал) деления шкалы — расстояние между осями двух
соседних отметок шкалы;
чувствительность прибора — отношение изменения сигнала на
выходе прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины:
При линейных измерениях, как правило, эти две величины выражаются
В одинаковых единицах, а поэтому чувствительность прибора
соответствует передаточному отношению
Где гук — перемещение указателя (стрелки, луча света) или шкалы при
Йеподвижном указателе; 5^ — изменение измеряемой величины
(перемещение измерительного стержня контактных приборов.
г Главным метрологическим (эксплуатационным) показателем
прибора, как и любого средства измерений, является его точность,
количественно характеризуемая погрешностью Д. Рассеивание погрешности
измерения зависит от цены деления функциональных шкал
измерительных приборов, поделенных на аналоговые и цифровые.
Аналоговые измерительные приборы рассматривают как
устройство, отображающее множество возможных значений измеряемых
величин х в множестве элементов функциональной шкалы прибора.
Значения шкалы} наносятся в виде меток на отрезок дуги или прямой, а ре-
185
1+1
хи, мкм
ним мшим
а)
Рис. 6.2. Метрологические характеристики
средств измерений:
а — цена деления, диапазон измерений и длина
(интервал) деления шкалы, б — передаточное отношение
прибора
и у различных приборов лежит в преде-
зультат измерения х, определяется положением подвижного указателя
относительно шкалы. Множество классов эквивалентности измерений
определяется соотношениями (у, - А/)<х< (у, +4/)> где Ду равно
половине расстояния между соседними метками шкалы х\ и Х1+\
(предполагается, что шкала равномерная).
При использовании цифровых измерительных приборов результат
измерения получается в виде некоторого п — разрядного числа у е у,
которое соответствует измеряемой величине х, заключенной в
интервале (у, -0,5) <х< (/, +0,5). Множество возможных значений х
разбивается на 10Л классов эквивалентности, каждый из которых
характеризуется соответствующим ему образом у, из множества чисел (0, 1,
2, ..., 10").
Принципы проектирования средств технических измерений
и контроля. Принцип Тэйлора. При наличии погрешностей
формы и расположения геометрических элементов сложных деталей в
соответствии с принципом Тэйлора надежное определение соответствия
размеров всего профиля предписанным предельным значениям
возможно лишь в том случае, если определяются значения проходного
и непроходного пределов (ГОСТ 45346—82). Следовательно, любое
изделие должно быть проконтролировано по крайней мере дважды,
точнее, по двум схемам контроля: с помощью проходного и
непроходного калибров по действительным значениям наибольшего и
наименьшего размеров.
На определение качественного состояния деталей могут влиять
геометрические отклонения: отклонение от круглости,
непараллельность торцов, несоосность поверхностей, отклонение шага и угла
профиля резьбы и др. Взаимодействие измерительного средства с
контролируемым объектом может быть точечным (сферический наконечник),
линейным (плоские профильные шаблоны) и поверхностным
(калибры-пробки). Большинство универсальных и специальных средств
измерения имеют точечный контакт с контролируемым изделием и
осуществляют локальный контроль размеров в одном или нескольких
сечениях. Такой контроль не гарантирует попадания бракованных изделий
в годные. Контроль значительно усложняется, если к недопустимости
попадания в годные бракованных изделий по непроходному пределу
предъявляются повышенные требования. В этих случаях либо
используют двух- или трехкоординатные машины, либо применяют
устройства, обеспечивающие последовательный непрерывный контроль с
заданным шагом текущего размера детали.
Методы, основанные на использовании линейного и
поверхностного контактов средств контроля с поверхностью детали, обеспечивают
186
высокую производительность и универсальность используемых
средств измерения, но позволяют надежно отбраковывать детали лишь
по проходному пределу. Часто выбор этих методов контроля
обусловлен видом технологического процесса, обеспечивающего
незначительные погрешности формы и взаимного положения поверхностей.
Принцип Аббе. Рассматривая процесс сравнения
контролируемых и образцовых штриховых мер на продольных и поперечных
компараторах, сформулирован принцип, в соответствии с которым
минимальные погрешности измерения возникают, если контролируемый
геометрический элемент и элемент сравнения находятся на одной
линии — линии измерения. Принцип Аббе справедлив для
поступательно перемещающихся звеньев. Его широко используют при выборе
схем и конструирования средств измерения, при проектировании
станков и т. п. Однако последовательное расположение контролируемого
и образцового элемента на одной линии приводят к увеличению
габаритов измерительных средств, поэтому в ряде случаев применяют
параллельное расположение сравнительных элементов, но и тогда
необходимо соблюдать условия, при которых погрешности измерения
минимальны.
Принцип инверсии. Принцип инверсии основывается на
существовании преемственности между тремя последовательными
процессами, в которых участвует деталь: обработки, контроля, эксплуатации.
Хотя при расчете погрешностей механизма и самой детали главное
значение имеет эксплуатация, тем не менее анализ точности детали
невозможен без совместного последовательного изучения всех фаз
прохождения детали.
Из принципа инверсии (обращений) следует, что для определения
Погрешностей схема измерения должна соответствовать
кинематической схеме формообразования, а также схеме функционирования
детали, откуда вытекает условие правильности измерения.
Измерение считается правильным, если:
* траектория движения при измерении будет соответствовать
траектории движения при формообразовании;
линия действия при измерении будет совпадать с линией действия
при работе механизма (принцип Аббе);
базы измерения будут совпадать с конструкторской и
технологической базами (правило единства баз).
Принцип инверсии применим почти при всяком измерении
деталей, при котором осуществляется непрерывное перемещение
измерительного наконечника прибора по поверхности детали. Наконечник
187
при этом образует с контролируемой деталью кинематическую пару.
Непрерывное относительное перемещение элементов пары в процессе
контроля совершается со сравнительно малыми скоростями и
ускорениями.
В тех случаях, когда принцип инверсии не может быть
осуществлен полностью, следует установить, какой из показателей качества
должен быть обеспечен в результате контроля и положить его в
основу схемы измерения.
Выбор средств измерения и контроля. По ГОСТ 14.306—73 выбор
средств измерения и контроля основывается на обеспечении заданных
показателей процесса технического контроля (ТК) и анализе затрат на
реализацию процесса контроля. К обязательным показателям процесса
контроля относят точность измерения, достоверность, трудоемкость,
стоимость контроля. В качестве дополнительных показателей контроля
используют объем, полноту, периодичность, продолжительность.
При выборе средств измерения точность средств измерений должна
быть достаточно высокой по сравнению с заданной точностью
выполнения измеряемого размера, а трудоемкость измерения и их стоимость
должны быть возможно более низкими, обеспечивающими наиболее
высокие производительность труда и экономичность.
Недостаточная точность измерений приводит к тому, что часть
годной продукции бракуют, в то же время по той же причине другую
часть фактически негодной продукции принимают как годную.
Излишняя точность измерений, как правило, бывает связана с
повышением трудоемкости и стоимости контроля качества продукции и,
следовательно, ведет к удорожанию производства и ограничению
выпуска продукции.
Средства линейных измерений СЛИ и контроля СЛК подразделяют
на контактные (К) и бесконтактные (/>), автоматические (А) и
неавтоматические (Я).
В измерительный прибор для линейных измерений входят
измерительная и установочная база, а также измерительный преобразователь
с отсчетным устройством. Съемный измерительный преобразователь
с встроенным отсчетным устройством обычно называют
измерительной головкой. При этом средства автоматических измерений могут
иметь адаптирующийся цифровой отсчет (АЦО), самопишущий (СПВ)
или цифропечатающий выход (ЦПВ). Средства автоматического
контроля делят на измерительные контрольные (ИКА), измерительные
контрольно-сортировочные {ИКСА) автоматы (полуавтоматы) и средства
активного (управляющего) размерного контроля (САРК) (рис. 6.3).
188
ели
I
^3
й ф
ё
елк
иг
ш|
(цпв|
СИ
со
|ИКА|
юпв
|САРк||кгГ
тт]|жк
|икс/>|
Рис. 6.3. Классификационная схема средств
линейных измерений
Неавтоматические
средства измерения различаются
типом отсчетного
устройства (штриховое, цифровое,
стрелочное и световое). Тип
отсчетного устройства
зависит от конструкции
измерительного средства.
Стрелочный отсчет (СО)
применяется в механических системах
(индикаторы, пружинные
измерительные головки)
и в ряде измерительных
преобразователей. Световой
отсчетный индекс (СИ),
позволяющий исключить
погрешности параллакса,
используют в оптико-механических приборах (оптиметры, оптикаторы,
интерферометры контактные и т. п.). Оптические приборы выпускают
с окулярным и экранным визированием и отсчетом. Последние меньше
утомляют глаза оператора и способствуют повышению точности
и производительности измерений. Отсчетные шкалы приборов и
измерительных головок могут быть линейными, угловыми и круговыми. На
каждой шкале имеются штрихи и числовые отметки. В ряде случаев
используют измерительные и контрольные устройства с
дистанционным отсчетом, когда входной (чувствительный) элемент
измерительной системы и отсчетное устройство связаны мобильным
соединяющим звеном и когда они находятся на значительном расстоянии друг
от друга. При этом измерительный (контрольный) прибор (КП)
обязательно имеет измерительный преобразователь (Я/7). Контрольные
средства используют и без преобразователя, например жесткие
калибры (ЖК) и автоматы с клиновой щелью для сортировки тел качения.
Средства измерения и контроля могут быть одномерными
(измеряют и контролируют одну величину) и многомерными (измеряют и
контролируют несколько размеров изделия). При этом контактные
средства менее чувствительны к помехам на входе измерительной системы,
Чем бесконтактные.
Все средства измерений в соответствии с их назначением можно
разделить на универсальные и специализированные. При этом
конкретные универсальные средства имеют предпочтительные области
применения: для наружных и внутренних измерений, для измерения
189
отклонений формы поверхностей. Специализированные приборы
имеют весьма узкое назначение.
Основные средства автоматического измерения и контроля
заключаются в значительно большей производительности и объективности
результата измерения; эти средства обычно являются более
специализированными. Однако и в них предусматривается в ряде случаев
возможность переналадки на различные размеры и даже на различные
параметры измерения (контроль диаметров, длины, отклонений формы
и расположения и т. п.).
Исходными при выборе средств измерения определенного
назначения являются следующие положения: необходимая
производительность (на этой основе выбирают автоматические или
неавтоматические, универсальные или специализированные средства измерений);
допускаемая погрешность измерения; предел измерения в
зависимости от контролируемого допуска; механические характеристики
измеряемой детали (габаритные размеры, масса, твердость материала,
жесткость конструкции, кривизна и шероховатость поверхности,
доступность контролируемой поверхности), возможные условия
эксплуатации.
Автоматы, разделяющие детали на годные и на один или два вида
брака, следует выбирать в ограниченных случаях: при недостаточной
точности технологического процесса; при неустойчивом
технологическом процессе, практически не поддающемся регулированию; при
изготовлении ответственных изделий; при приемке сборных изделий,
у которых неудачное сочетание отклонений размеров деталей может
привести к выходу одного из эксплуатационных показателей за
пределы допускаемых значений, а повышение точности изготовления
оказывается экономически нецелесообразным.
Автоматы для разделения годных деталей на размерные группы
целесообразно использовать для решения задач селективной сборки.
Приборы активного контроля позволяют повысить
производительность труда, качество изделий и облегчить работу станочников.
Применение приборов активного контроля целесообразно при обработке
партии деталей в количестве более 10 шт.
В большинстве случаев предпочтение отдается механизированным
измерительным приспособлениям с целью выборочной проверки
точности процесса обработки. В последние годы стали использовать
многомерные измерительные приспособления, компонуемые из
унифицированных элементов.
При линейных измерениях по известному уровню точности
изделия выбирают значение коэффициента Аиш точности измерения (ГОСТ
8.051—81).
190
Квалитет ИСО
2—5
6—7
8—9
10 и грубее
Характерно, что с увеличением допуска на контролируемый размер
рекомендуемые значения Аиш уменьшаются по сравнению с
измерениями особо точных деталей, где Атм принимают практически
максимально допустимыми. Это связано прежде всего с наличием
измерительных средств нужной точности, значительными трудностями
обеспечения нормальных условий особо точных измерений и введения
поправок на систематические составляющие малых погрешностей.
Выбрав соответствующее значение Атш можно затем определить предел
допускаемой погрешности измерения
|Л,„,м1 = А,м/Г-1(Г2.
Основная погрешность измерительного средства должна быть
меньше значения |ДДЮМ|, рассчитанного по формуле.
Использовать измерительные средства, обеспечивающие значение
Ати меньше предельно допускаемого, можно, но при этом следует
учитывать экономические факторы.
Выбор средств контроля основан на использовании алгоритма.
В алгоритме предусмотрено, что допускаемая погрешность учитывает
составляющие ее пофешности (ГОСТ 8.051—81): измерительных
средств, температурных деформаций, от измерительного усилия, от
субъективности оператора, вносимые установочными мерами.
Алгоритм составлен так, что при последовательной разработке процессов
контроля выбирают для каждого конкретного контролируемого
параметра необходимые средства контроля (СК) или обосновывают
необходимость проектирования новых.
Алгоритм составлен таким образом, что от процедуры к процедуре
номенклатура выбираемых средств ограничивается. Выбор СК
завершают нахождением одного конкретного СК для каждого
контролируемого параметра в тех случаях, когда оптимизацию процесса ТК не
проводят, или нескольких СК для каждого контролируемого параметра
при проведении оптимизации процесса ТК. Окончательное решение об
одном СК для каждого контролируемого параметра принимают после
комплексного технико-экономического обоснования процесса ТК.
191
"4 им* /О
(ориентировочно)
35
32
25
20
Автоматизация выбора средств измерения. Применение ЭВМ
для выбора контрольно-измерительных приборов (КИП) значительно
сокращает трудоемкость проектных работ. Алгоритм выбора КИП,
в реализации которого участвуют технолог, метролог, математик
и программист, сводится к следующим процедурам:
задаются исходные данные в виде номинальных размеров
параметров, градации точности (квалитеты, степени, классы точности), вид
детали (вал, отверстия), к которому относится порядок погрешностей
измерения;
рассчитывается допустимая погрешность измерения по формуле
где /, а — единица и число единиц допуска соответственно;
рассчитываются предельные погрешности методов измерения на
основе типажа КИП;
выдаются на печать коды КИП с указанием цены деления и
допустимой разности температур параметра и КИП;
определяется допуск на параметр, допустимая погрешность
измерения.
Оптимизация выбора КИП многокритериальная и производится
на основе критериев: точностного, т. е. на основе расчета на ЭВМ
погрешностей измерения с учетом действующих факторов в
конкретных или типовых условиях измерения; стоимостного (прямая связь
с ценой деления: меньше цена деления КИП — выше стоимость),
выбирается КИП по наибольшей цене деления; эффективность
применения ЭВМ характеризуется объективностью и высокой
производительностью в условиях машинного проектирования операции
технического контроля.
Типизация КИП. Под типизацией КИП понимается обоснованное
сведение многообразия избранных конструкций к небольшому числу.
В основу классификации КИП положены естественные признаки
объектов контроля и измерения. Выделены КИП для контроля
физических, геометрических и функциональных параметров изделий разного
служебного назначения.
Классификация КИП дается по конструктивному,
технологическому, метрологическому признакам и кодируется по уровням системы
контроля. Классификация по метрологическому признаку
предусматривает выбор конкретного прибора и устанавливает:
соответствие точности прибора техническим условиям чертежа;
возможность использования прибора для определения габаритных
размеров контролируемой детали;
192
производительность прибора;
наличие требуемого типа прибора на предприятии или
возможность его заказа;
возможность загрузки прибора на данной контрольной операции
или аналогичных операциях.
Необходимым условием выбора измерительного прибора является
точностной критерий, при контроле А м < (, где А м — погрешность
измерения данным прибором; I — предельно допустимая погрешность
измерения.
6.5. Методы и погрешность измерения
Методы измерения. При измерениях используют разнообразные
методы (ГОСТ 16263—70), представляющие собой совокупность
приемов использования различных физических принципов и средств.
Измерения подразделяются на шесть методов:
прямые (искомое значение — непосредственно из опытных
данных);
косвенные (на основании зависимости между искомой и
полученной при прямом измерении величинами);
совокупные (одновременные измерения одноименных величин,
среди которых есть известные);
совместные (одновременные измерения неодноименных
величин для нахождения зависимости между ними);
абсолютные (прямые измерения основных величин и с
использованием физических констант);
относительные (по отношению к одноименной величине,
принимаемой за исходную).
Каждый из методов измерений подразделяют на семь внутренних
видов.
При измерительном контроле линейных и угловых величин
применяют главным образом прямые измерения, реже встречаются
относительные и косвенные измерения.
При измерительном контроле линейных и угловых размеров в
промышленности используют в основном методы непосредственной
оценки и сравнения с мерой, причем последний доминирует при точных
измерениях сравнительно больших размеров. Для грубых измерений
используют штангенинструменты, работающие по методу совпадений.
Дифференциальным методом пользуются при проверке и аттестации
образцовых мер длины.
13-4523 193
Для повышения точности измерений измеряемый размер детали
стремятся расположить последовательно на одной прямой с
измеряющим элементом прибора и шкалой, предназначенной для отсчетов
(принцип Аббе).
Погрешность измерения. С п о с о б ы выражения
погрешностей измерения. Разработаны рекомендации МКМВ, на основе
которых с участием представителей ИСО, МЭК, МОЗМ опубликован
документ «Руководство для выражения неопределенности в измерениях.
Термины и определения», предназначенный для использования в
практике метрологических служб. Понятиям погрешность измерения и
неопределенность измерений Руководством дано толкование.
Под погрешностью измерения как характеристикой
точности подразумевают отклонение результата измерения от истинного
значения измеряемой величины. Точность измерения — свойство
качества измерения, отражающее близость их результатов к истинному
значению измеряемой величины. Количественно точность измерения
может быть выражена величиной, обратной погрешности измерения,
которую называют мерой точности.
Неопределенность измерений — это параметр,
характеризующий рассеяние результатов измерений в серии вследствие влияния
случайных и неисключенных систематических погрешностей в виде
оценок средней квадратической погрешности измерений или
доверительных границ погрешности измерений.
Известно, что процесс измерений, в результате которого получают
информацию о значениях измеряемых физических величин
(измерительная информация), является процессом информационным.
Обработка результатов измерений проводится "с использованием аппарата
теории вероятностей и математической статистики, положений теории
информации, при этом погрешности подразделяются на случайные и
систематические. Совокупность возможных сведений о множестве
значений физических величин х\9 *2, — > хя уподобляют полю случайного
события Е с различными элементарными возможными исходными Ей
Ег, ..., Ея, имеющими соответственно вероятности р\9 р2, ..., ря. Мерой
неопределенности измерений этого поля дискретных величин служит
энтропия
■У
Н(ри рг, .... Л) = 2л |ое2Р*-
Мерой неопределенности поля для непрерывных величин
с р, = ф (х,) служит энтропия
194
ЩФх ), ф(*2 )>•••» Ф* ) = /ф(*) 1П ФУ**-
-00
Энтропийная мера неопределенности измерений исчисляется в
битах — двоичных единицах неопределенностей полей с двумя равно-
возможными исходами
Е(Ь Е0 = >яаЛ=1бит.
\1/2 иг) и 2^
Группа смежных двоичных разрядов (обычно 8), которая
используется как одно целое, называется байт.
Применение теории информации при измерениях.
Количество информации оценивают уменьшением энтропии,
вызванным получением информации,
При измерениях рассматривают композицию двух полей:
значений величины X, подаваемой на вход измерительной
системы, и результатов У измерений, получаемых на ее выходе. На
приемном конце величина X искажается и переходит в величину У - X + 0,
где б не зависит от X (в смысле теории вероятностей). Выход У дает
информацию о входе X, причем естественно ожидать, что эта
информация тем меньше, чем больше дисперсия случайной погрешности 6.
Это объяснимо в простейшей обстановке, когда измеряемые
величины являются случайными, принимающими лишь конечное число
значений. Пусть X — случайная величина, принимающая значения х\,
дс2, ..., х„ с вероятностямир\9 &, ••> Рп, а У— случайная величина,
принимающая значения у\, у2, ..., ут с вероятностями #1, д2, ■•■, Ят- Тогда
информация 1(Х9 У) относительно У, содержащая X, определяется по
формуле
1(Х>У) = ^р/1\оё2{р1//р1д1),
где ри— вероятность совмещения событий Х=х, и У = у* и логарифмы
берутся по основанию 2. Информация 1(Х, У) обладает рядом свойств,
которые зависят от меры количества информации. Так, всегда 1(Х,
У) > 0 и равенство / (X, У) = 0 возможно тогда и только тогда, когда
р,, = р,д, при всех / и у, т. е. когда случайные величины X и У
независимы. Далее всегда 1(ХУ У)<1 (У, У) и равенство возможно только в
случае, когда У есть функция от X (например, У = Х2 т.д.). Кроме того,
наблюдается равенство / (дс, у) = (X, У).
1з* 195
Величина Н{Х) = 1(Х, Х) = ^Р; 1ое201 А) носит название
энтропия случайной величины X. Понятие энтропии относится к числу
основных понятий теории информации. Количество информации и
энтропии связано соотношением
ЦХ, У) = Н(Х) + Н(У)-Н(Х, У),
где Н(Х, У) — энтропия пары (X, У) т. е.
#(*,У) = Х1082(1/Я,)-
Величина энтропии указывает среднее число двоичных знаков,
необходимое для различия (или записи) возможных значений случайной
величины. Это обстоятельство позволяет понять роль количества
информации при хранении ее в запоминающих устройствах
измерительных систем. Если случайные величины Хи У независимы, то для
записи значения X требуется в среднем Н(Х) двоичных знаков, для
значения У требуется Н(У) двоичных знаков, а для пары (X, У) требуется
Н(Х) + Н(У) двоичных знаков. Если же случайные величины X и У
зависимы, то среднее число двоичных знаков, необходимое для записи
пары (Х> У), оказывается меньшим суммы Н{Х) + Я (У), так как
Н(ХУ У) = Н(Х) + Н(У)-1(Х, У).
Основной информационной характеристикой измерительных
систем является пропускная способность (или емкость информации). К ее
определению вводится плотность р (дс, у) величин X и У
/(*,Г)=Я*ж,,)1о82^сЫ,,
где р ъ ц — плотности вероятности X и У соответственно. При
энтропии Н(X) и Н(У) не существуют, но формула имеет вид
1(Х9 У) = А(А) + А(У)-А(Х, У),
где И(Х)= \р(х)1о]>2—Лс; А (У) и А(ЛТ) — дифференциальная энт-
ропия.
Вероятностный подход к измерениям, используемый в теории
информации, позволяет также интерпретировать результат любого
измерения на основе доверительных интервалов.
Искомое истинное значение измеряемой величины Ао после
исключения из среднего значения х повторных результатов п наблюдений
систематической погрешности измерений Ас охватывается
доверительным интервалом. Его границы получают поочередным алгебраическим
196
сложением исправленного среднего результата А=х-Ас с
отрицательным и положительным значениями полуширины <ои /2 поля
рассеивания погрешностей измерений, поделенной на корень квадратный
из числа п повторных наблюдений, т. е. доверительный интервал А0
имеет вид
(А -а>„ /2>/й; А +<о„ /2л/й). (6.1)
Результаты измерения представляют в виде
А-А; А от Ан = -чои /2л/и до Аь =сои /2>/л.
Доверительная вероятность определяется при нормальном
распределении погрешности измерений и полуширине поля ©„ 12ып — по
формуле ±юа/2 = ±3а, с Р = 0,9973.
Если в формуле (6.1) полуширину со,, / поля рассеивания
погрешности измерений заменить полушириной а>и1 / 2л/й поля
рассеивания для типа приборов, то доверительный интервал (с той же
доверительной вероятностью) будет
(х -со^ П4п\х +(0^ /2л/«Х
где <ои1 = кт д/оУ+о^; к& = 6; Л© = 6 (при нормальном
распределении); а I — дисперсия случайной составляющей погрешности прибора;
а (2д ) — дисперсия систематических составляющих погрешностей
приборов данного типа.
Результат измерений с достаточными приближением и простотой
можно интерпретировать как доверительный интервал
х-Ад 14п\ х+Ад 14п,
где Ад — предел допускаемой суммарной погрешности в рабочих
условиях; п — число повторных измерений.
Допускаемые погрешности измерения. Получаемая
измерительная информация равна разности энтропии Н(х) измеряемой
величины и условной энтропии в плотности ср (х) распределения
случайных погрешностей измерения Я (А)
+00
Щх)= |<р(х)1п<р(х)с1х.
-со
197
Для того чтобы измерительная информация 1Я была
положительной, необходимо обеспечить условие
Я(х)>Я(А).
В противном случае результат измерения с отрицательной
информацией следует рассматривать как дезинформацию.
Напомним, что энтропия погрешности связана с энтропийным
значением погрешности экспоненциально:
Из двух последних выражений следует требование
Я(х)>1п2Дэ
или
Дэ<1е"(*>.
2
Разделив обе части неравенства на интервал у„ поля рассеивания
измеряемой величины, получим аналогичное условие для приведенной
относительной погрешности измерения
Используя выражение энтропии и доверительного интервала поля
рассеивания в случае нормального закона распределения, имеем
2,07а ла.
т| = «0,35.
6а
Следует отметить, что такое требование соответствует
многолетней метрологической практике [3] по выбору критерия малости
погрешностей измерения.
Согласно этому критерию, если погрешность Дс, вызванная
суммарным действием ряда случайных частных погрешностей, А/5 при
том, что Ас =Л|2]Д% и погрешность А'с = д/Х^ ~^* (т< е" ^ез част"
ной погрешности Ак) могут считаться приближенно равными Ас «Д'с,
то погрешность Ак считают малой, и ею можно пренебречь при
рассмотрении результатов измерений.
198
Предполагается, что значения всех случайных погрешностей
распределены по нормальному закону.
Для погрешностей ДС«Д'С, выражающихся не более чем двумя
значащими цифрами, справедливо неравенство Дс - Д'с<(0,05 ... 0,1)ДС
при условии Д^ <(0,33 ... 0,4)ДС.
Поэтому для определения достаточной малости погрешностей
измерения Дизм их надо сравнивать со значениями допуска изделия /Г,
т. е. рассматривать относительную величину Атм = —^ - 102 %, где
Атм — коэффициент точности измерения.
В ГОСТ 8.051—73 нормируется коэффициент точности Аи„ = ^-,
при этом Амет * 0,5 Анш.
Для измерения действительных размеров должно выполняться
условие
^ = |Д1ИМ|<(0,33...0,4)/7\
В серийном производстве результаты измерения изделий часто
используют для их разбраковки, т. е. разделения на годные и брак. Так,
если в партии деталей, которая должна быть проверена, размеры
деталей находятся в пределах поля допуска, то естественно, что при
измерении даже со значительными погрешностями не будет неправильно
принятых деталей, поскольку брака в действительности нет, но будут
неправильно забракованные детали из-за погрешности измерения.
Если контролируют партию деталей, все размеры которых выходят за
пределы поля допуска, т. е. все негодные, то в проверенной партии не
будет неправильно забракованных деталей независимо от погрешности
измерения, а будут только детали неправильно принятые. Во всех
остальных промежуточных случаях будут неправильно принятые
бракованные детали и неправильно забракованные годные. При этом
количество таких неправильно забракованных деталей зависит не только от
погрешности измерения, но и от законов распределения отклонений
размеров контролируемых деталей и отношения допуска изделия 1Т
к среднему квадратическому отклонению атех технологического
распределения.
Нормирование погрешности измерений. Погрешность
измерений как характеристику точности нормируют в виде предела Дд
допускаемых значений погрешности средств измерений данного типа.
Характеристикой систематической составляющей погрешности
является предел Дсд допускаемого значения систематической
составляющей, а характеристикой случайной составляющей — предел Дд(ДИзм)
199
допускаемого значения среднего квадратического отклонения,
нормализованная автокорреляционная функция гД„зм (А,) или спектральная
плотность ЯД™ (о) (ГОСТ 8.009—84).
Динамические характеристики средств измерений (важные при
автоматическом измерении параметров деталей в процессе их
изготовления) задают видами функций связи между изменяющимися во времени
входным и выходным сигналами.
Метрологические характеристики точности нормируют для
нормальных условий, предусмотренных методиками их поверки, и для
рабочих условий, в которых производится их эксплуатация; первые
устанавливают для производителей СИ, а вторые — для потребителей.
Они могут быть выражены в единицах измеряемой величины
(абсолютные погрешности), в долях, процентах и т.п. от истинного или
нормируемого значения или предела измерений по шкале
(относительные погрешности).
Погрешность Дру в рабочих условиях может значительно
превышать Дн.у в нормальных условиях, определяемую метрологическим
органом при поверке.
Соотношение между нормативными пределами Днор ру и пределом
Ад. ну может быть представлено в виде
Анор. ру ■" ^нАд. ну,
где ки = 1,3 + 2,6 — коэффициент, зависящий от типа средства
измерений и от условий применения (при линейных измерениях).
В рабочих условиях возникают дополнительные погрешности и
погрешность Д„ линейно-угловых измерений представляет собой
вероятностную сумму
Дизм. ру = Аизм. ну + (Ду + Д/ + Адеф + Дф)>
где ДдСф — погрешность установочной меры; Д, — температурная
погрешность; Дф — погрешность, вызванная макро- и
микроотклонениями формы измеряемого объекта.
Каждая из указанных выше дополнительных погрешностей имеет
в совокупности выполняемых измерений систематическую и
случайную составляющие; они суммируются по общим формулам.
Вместе с этим систематическая составляющая конкретного
экземпляра средств измерений бывает известна лишь в редких случаях. В то
же время отдельные средства измерений одного типа имеют
различные величины систематических погрешностей Дс,(/ = 1, 2, ..., /и), т.е.
для типа Дс является случайной величиной. Ее математическое ожида-
200
ние можно приравнять нулю М(Дс) = 0 и тогда дисперсию будет
характеризовать величина
где т — число средств измерений данного типа.
6.6. Универсальные средства технических измерений
Механические измерительные приборы и инструменты.
Механические измерительные приборы и инструменты подразделяют на
пять разновидностей: бесшкальные инструменты, штангенинструмен-
ты, измерительные головки, микрометрические инструменты,
зубчато-рычажные приборы.
Бесшкальные инструменты. К ним относятся лекальные
и поверочные линейки (ГОСТ 8026—75), предназначенные для
контроля отклонений от прямолинейности на просвет или посредством
щупа с собственным отклонением от прямолинейности от 0,6 (класс 0; 50
мм) до 3 мкм (класс 1; 500 мм); синусные линейки (ГОСТ 4046—80)
для косвенных измерений наружных углов до 45° с погрешностью от
+5" до ±15"; шаблоны с выпуклым и вогнутым радиусами (ГОСТ
4126—82) для контроля на просвет с предельными отклонениями от
+20 до +40 мкм; щупы (ГОСТ 882—75) для контроля зазоров по
вхождению лезвий разных толщин; угольники поверочные 90° (ГОСТ
3749—77) для контроля прямых углов на просвет; поверочные плиты
(ГОСТ 10905—86) для контроля отклонений от плоскостности по
краске; образцы шероховатости поверхности (ГОСТ 9378—75) для
визуального контроля шероховатости поверхности деталей.
Штангенинструменты. Штангенинструмент представляет
собой две измерительные поверхности (губки), между которыми
устанавливается размер, одна из которых (базовая) составляет единое
целое с линейкой (штангой), а другая соединена с двигающейся по
линейке рамкой. На линейке наносятся через 1 мм деления, на рамке
устанавливается или гравируется нониус. В целях повышения
надежности штангенинструменты изготовляют из материалов, не
подвергающихся коррозии с высокой износостойкостью, для чего используют
закаленные стали, хромирование и армирование рабочих поверхностей
твердым сплавом. Выпускают несколько видов и типоразмеров с
размером отсчета 0,05 и 0,1 мм.
В зависимости от назначения и конструктивных особенностей
штангенинструменты разделяют на штангенциркули для измерений на-
201
ружных и внутренних размеров; штангенглубиномер для измерений
глубин пазов и высот уступов; штангензубомер для измерений
толщины зуба шестерни; угломер с нониусом для измерений наружных
и внутренних углов.
Измерительные головки. Под измерительной головкой
понимают механические отсчетные устройства, преобразующие малые
перемещения измерительного наконечника в большие перемещения
стрелки и имеющие шкалу, по которой отсчитывают величины
перемещения наконечника.
В качестве отдельного прибора эти головки не используют, их
устанавливают в устройствах для отсчета перемещений. Поэтому
измерительные головки еще называют «отсчетными головками». Головки
при измерении устанавливают в универсальные приспособления —
штативы и стойки.
По принципу действия измерительные головки подразделяют на
пружинные (ГОСТ 6933—81); рычажно-зубчатые (ГОСТ 18833—73;
ГОСТ 9696—82); рычажные. Измерительные головки устанавливают
на стойки или штативы (ГОСТ 10197—70).
Пружинными измерительными головками называют головки, в
которых передаточным механизмом являются упругие элементы
(пружина плоская или свернутая, торсионный вал) и используются их
упругие свойства. Стандартизованы измерительные головки с механизмом
в виде свернутой пружины. На базе пружинного механизма головки
изготавливают в основном четырех видов: головки пружинные (микро-
каторы); головки измерительные пружинно-оптические (оптикаторы);
головки измерительные пружинные малогабаритные (микаторы) и
головки измерительные рычажно-пружинные (миникаторы).
К рычажно-зубчатым головкам относят: головки с зубчатым
механизмом (индикатор часового типа); рычажно-зубчатые индикаторы
с изменяемым положением измерительного рычага относительно
корпуса для измерений отклонений формы и расположения;
многооборотный индикатор для относительных измерений
наружных размеров; скобы с отсчетным устройством — рычажная и
индикаторная скоба; индикаторный глубиномер; индикаторный толщиномер
для измерений толщин; индикаторный нутромер и нутромеры с
ценами делений 1 и 2 мкм; рычажно-зубчатые измерительные головки
осевого и бокового действия — для относительных измерений наружных
размеров и отклонений формы и расположения; устройство
информационно-измерительное цифровое со струнным преобразователем для
измерения линейных размеров.
202
Микрометрические инструменты. У микрометров
измерительным элементом служит шпиндель, имеющий резьбу с очень
точным шагом. Осевое перемещение шпинделя для полных оборотов от-
считывается при помощи штрихов, нанесенных на стебле, а для
отсчета долей оборота служат радиальные штрихи, нанесенные на барабане
микрометра.
Форма выполнения микрометров различна и в основном зависит от
конструкции его корпуса (скобы), который, собственно, и носит
название измерительного инструмента. Шаг резьбы шпинделя для
метрических микрометров равен 0,5 или 1 мм. У микрометров с шагом 0,5 мм
измерительный барабан имеет 50 штриховых делений. У микрометров
с шагом 1 мм барабан имеет 100 штриховых делений, чтобы можно
было отсчитать 0,01 мм. Длина шпинделя рассчитывается исходя из
пределов измерения по шкале инструмента 25 мм. Избегают
применения шпинделей большой длины вследствие трудности выполнения
микровинтов с точным шагом по всей его длине.
Барабан или гильза могут переставляться, поэтому микрометр
может легко устанавливаться на ноль. Гайка шпинделя обычно
регулируется. Для жесткой установки измерительного шпинделя служит
зажимное устройство. Чтобы всегда измерять с одним и тем же усилием,
измерительный шпиндель снабжен храповиком или фрикционной
муфтой (трещоткой). Микрометрический измерительный инструмент
может быть встроен в различного вида скобы, измерительные приборы,
приспособления.
К микрометрическим инструментам относят ручные микрометры,
микрометрические глубиномеры и нутромеры (ГОСТ 6507—90; ГОСТ
4380—86; ГОСТ 7470—78); головки микрометрические (ГОСТ
6507—90); микрометры настольные; микрометры рычажные (ГОСТ
4381—87); микрометры окулярные.
Микрометры для наружных измерений имеют скобу, размер
которой соответствует измеряемой длине и изменяется ступенями через
25 мм.
Микрометры для внутренних измерений выполняют с губками или
в виде штихмасов. Микрометрические штихмасы имеют на обоих
концах закругленные измерительные поверхности, которые прилегают
к изделию только в одной точке. Они снабжаются удлинителями (от
25 мм) с интервалом 25 мм так, что один микрометрический
инструмент с набором удлинителей имеет большие пределы измерения (от
100 до 500 мм). Для измерения глубин и уступов служат
микрометрические глубиномеры, у которых микрометрическая головка
установлена в траверсе, контактирующая плоская поверхность которой
расположена перпендикулярно оси.
203
Оптические приборы. Действие оптических
(оптико-механических) приборов основано на использовании световой энергии. С
помощью приборов, дающих действительное изображение предмета и
имеющих в плоскости изображений пластинки с делениями или
перекрестием, можно производить измерения двояким путем.
1. Оптическая система вместе с жестко с ней связанной штриховой
пластинкой может перемещаться относительно предмета. Точность
визирования в основном обусловливается увеличением, даваемым
микроскопом. Величина перемещения измерительного прибора равняется
измеряемому размеру изделия. Погрешность при измерении этого
перемещения входит целиком в результат измерения. Определение
масштаба изображения в этом случае не обязательно.
2. Оптическая система неподвижна; штриховая пластина либо
перемещается в плоскости изображения предмета относительно самого
изображения, либо имеет шкалу. Средством измерения является
оптическая система.
Точность визирования (контакта) с измеряемой поверхностью та
же, что и в первом случае. Величина перемещения штриховой
пластинки соответствует размерам действительного изображения.
Следовательно, в результат измерения входит погрешность масштаба
изображения, поэтому она должна быть точно известна, а изображение
строго подобно предмету. Для этого целесообразно применять
телецентрический ход лучей.
Оптические приборы подразделяют на три разновидности:
1) приборы с оптическим способом визирования с измеряемой
поверхностью и механическим измерением перемещения точки
визирования;
2) приборы с механическим соприкосновением с контролируемым
изделием и оптическим измерением перемещения точки
соприкосновения;
3) приборы с оптическим устройством для наблюдения
контролируемого изделия и оптическим измерением перемещения точки
визирования.
1. К приборам первой разновидности относят инструментальные
микроскопы и проекторы.
Микроскопы инструментальные предназначены для
измерения наружных и внутренних линейных и угловых размеров изделий
в прямоугольных и полярных координатах (ГОСТ 8074—82). Они
состоят из головки главного микроскопа и приспособления, с помощью
которого либо сама головка, либо контролируемое изделие могут
перемещаться в одном или двух взаимно перпендикулярных направлениях.
204
Во многих конструкциях микроскопов окулярная штриховая пластинка
может вращаться, что позволяет производить, кроме линейных, и
угловые измерения.
Величина перемещения измерительного стола определяется с
помощью окулярного микрометра, концевых мер или штриховой меры.
Отсчеты по шкалам чаще всего производят с помощью отсчетных
окуляров с неподвижными делениями.
Инструментальные микроскопы используют чаще всего
непосредственно на рабочих местах, а также для измерения параметров резьбы.
Изготовляют в основном двух видов: малая модель — ММИ и
большая модель — БМИ, которые различаются диапазоном измерения.
Прибор ММИ имеет диапазон измерения 75 мм в продольном
направлении и 25 мм в поперечном. Величина отсчета по микропаре
0,01 мм. При размере свыше 25 мм используют концевые меры длины.
Прибор БМИ имеет диапазон измерения до 150 мм в продольном
направлении и 50 мм в поперечном. Величина отсчета на микропаре
0,005 мм, что достигается в основном увеличением диаметра барабана
микропары. Появились микроскопы, у которых микропара снабжается
импульсными устройствами с цифровым отсчетом.
Проектором в машиностроении называется оптический прибор,
в котором оптическое устройство формирует изображение
измеряемого объекта на рассеивающей поверхности, служащей экраном (ГОСТ
19795-82). Проектор служит для контроля и измерения изделий,
имеющих сложный контур (профильные шаблоны). С помощью
отраженного света можно измерять также контуры заточек, канавок, расстояние
между центрами нескольких отверстий. Различают:
контроль увеличенного действительного изображения,
спроектированного на экран или матовое стекло;
измерение с помощью координатного измерительного стола и
измерительного перекрытия на экране.
В первом случае необходимы объектив с телецентрическим ходом
лучей и плоскостность изображения; масштаб изображения должен
быть отъюстирован на расстояние экран—объектив. Поэтому
увеличенный профиль сравнения (эталонный образцовый чертеж) должен
лежать строго в плоскости проекционного экрана;
чертеж не должен быть покрыт стеклянной пластинкой, так как
иначе изменяется оптическая длина пути.
Необходим контроль масштаба изображения, который
производится путем измерения проекционного изображения с помощью точной
шкалы. При необходимости увеличения меняют объектив и
производят подгонку телецентрического хода лучей от осветителя.
205
Во втором случае предмет перемещают в прямоугольной системе
координат; оптическая система является только средством
визирования. Не требуется точной юстировки масштаба изображения, так как
он лишь повышает точность измерения или визирования.
2. Приборы второй разновидности основаны на получении
автоколлимационного изображения. Автоколлимацией называется ход
световых лучей, при котором они, выйдя из некоторой части оптической
системы параллельным пучком, отражаются от плоского качающегося
зеркала и проходят систему в обратном направлении. К этим приборам
относят: оптиметр вертикальный и горизонтальный; оптический
длиномер вертикальный и горизонтальный; интерферометр;
измерительную машину; гониометр. Приборы этой группы применяют для
измерения методом сравнения с установочной мерой (размер концевых мер
длины) или сравнением размера со шкалой, встроенной
непосредственно в прибор.
Оптиметр — прибор для измерения линейных размеров
сравнением с мерой, преобразовательным элементом в котором является
рычажно-оптический механизм. Непосредственно измерительной
головкой в этом приборе является трубка оптиметра, которая бывает
окулярного и проекционного (экранного) типов. В трубке окулярного
типа наблюдатель смотрит в окуляр и отсчитывает значения размера
по шкале, а в трубке проекционного типа отсчет производится на
экране.
Оптиметры изготовляют в двух вариантах: вертикальные — с
вертикальной линией измерения и горизонтальные — с горизонтальной
линией измерения. Вертикальный оптиметр предназначен для
контактных измерений при контроле наружных линейных размеров методом
сравнения измеряемого изделия с концевыми мерами, калибрами или
деталями-образцами. Горизонтальный оптиметр предназначен для тех
же целей, но позволяет кроме измерений наружных размеров
проводить измерения внутренних размеров.
Стол горизонтального оптиметра может совершать ряд линейных и
угловых перемещений, позволяющих проводить точную установку
детали по линии измерения. Как вертикальные, так и горизонтальные
оптиметры выпускают с отсчетом в окуляре или на проекционном экране
(ОВО-1, ОВЭ-02, ОВЭ-1).
Оптический длиномер — прибор для измерения линейных
размеров сравнением со значением по шкале, встроенной в этот
прибор и перемещающейся вместе с измерительным стержнем. Дробные
значения отсчитываются по шкале с помощью нониуса, встроенного
в специальный окулярный или проекционный микроскоп.
206
В зависимости от конструкции стоек, в которых устанавливают
длиномеры, они, как и оптиметры, бывают вертикальные и
горизонтальные (ИЗВ-1; ИЗВ-2; ИЗВ-3). Горизонтальные длиномеры делят на
группы в зависимости от их назначения.
Длиномеры на горизонтальных стойках типа ИЗВ предназначены
для тех же целей, что и горизонтальные оптиметры, но измерения
здесь ведут непосредственно прямым методом, без применения
установочных мер длины. Горизонтальный длиномер типа ИКУ-2
предназначен для измерения наружных и внутренних линейных и угловых
размеров в прямоугольных и полярных координатах.
Длиномеры и измерительные машины относят к группе
приборов, предназначенных для измерения больших длин по одной оси
координат.
Погрешность измерения длиномером зависит от измеряемого
размера и температурных условий. При рекомендуемых условиях
измерения погрешность измерения составляет от 1,5 до 3 мкм при
использовании только шкалы длиномера. При измерении методом сравнения
с концевыми мерами длины первого класса погрешность составляет от
1,5 до 2,5 мкм.
Гониометры служат для измерения углов бесконтактным
методом с помощью автоколлиматора непосредственно по лимбу.
Гониометры выпускают следующих типов: ГС-1, ГС-2, ГС-5, ГС-10, ГС-30
с ценой деления 1; 2; 5; 10 и 30" соответственно и погрешностью
измерения любого угла одним приемом из трех наведений и отсчетов на
любом участке лимба соответственно 1; 2; 5; 10 и 30". Серийно
выпускают гониометры типов ГС-1М, ГС-5, ГС-10 и, ГС-30.
Принципиальная схема устройства гониометров в основном
одинакова. В основании прибора на опорах неподвижно установлена
ось вращения прибора, на которую крепится лимб, алидада и
предметный столик. Лимб может вращаться совместно со столиком или
совместно с алидадой. Алидада имеет отсчетное устройство и
колонку со зрительной трубой, к которой прилагаются
автоколлимационные окуляры.
Отсчетное устройство представляет собой оптический микрометр.
У большинства гониометров на основании неподвижно укреплена
колонка с установленным на нем коллиматором. Коллиматор служит для
измерения углов и других различных оптических измерений.
Более точным и усовершенствованным прибором является
гониометр-спектрометр ГС-1М. Серийно выпускаемые образцы имеют
предел допускаемой погрешности измерения углов +2".
207
Диаметр делительной окружности лимба составляет 412 мм, цена
деления лимба 10", цена деления шкалы оптического микрометра 0,5";
диаметр предметного столика 150 мм.
Гониометры поверяют по ГОСТ 13419—74.
Оптические делительные головки (ОДГ). Головки
предназначены для проведения угловых измерений и делительных работ.
Выпускают делительные головки следующих типов: ОДГЭ-1, ОДГЭ-2,
ОДГЭ-5.
Принцип действия ОДГ основан на сравнении контролируемых
угловых величин с углами поворота их шпинделя, отсчитываемыми по
точному лимбу. Основными деталями головки являются оптический
лимб и шпиндель. Лимб неподвижно укреплен на шпинделе внутри
корпуса. Шпиндель вращается в подшипниках, закрепленных в
корпусе головки. В нижней части корпуса головки расположен червяк,
сцепляющийся с червячным колесом, закрепленным на шпинделе.
Установленные углы отсчитывают с помощью отсчетного микроскопа.
ОДГ могут быть использованы как технологическое
приспособление для поворота изделий на заданный угол при легких работах на
металлорежущих станках.
Делительные головки поверяют по ГОСТ 8.046—73.
Интерферометр — измерительный прибор, основанный на
интерференции света. Принцип действия всех интерферометров
одинаков, и различаются они только способами получения так называемых
когерентных пучков света, т. е. таких складываемых пучков, которые
обладают постоянством разности фаз: при их сложении определяется
амплитуда суммарных колебаний.
Контактные интерферометры предназначены для
измерения наружных размеров с использованием стеклянных пластин (ГОСТ
2923—75).
Диапазон измерения вертикального интерферометра до 150 мм,
горизонтального — до 500 мм.
Погрешность измерения вертикальными интерферометрами при
использовании концевых мер длины второго разряда составляет от 0,25
до 0,4 мкм. Эти интерферометры чаще всего используют для
аттестации концевых мер длины на третий разряд.
Измерительная машина — прибор для измерения линейных
размеров сравнением со шкалой, встроенной неподвижно в этот
прибор, с отчетом дробных значений с помощью дополнительной шкалы,
перемещающейся вместе с одним измерительным наконечником и по
трубке оптиметра (тип ИЗМ-1, 2, 4, 6). Принципиальное построение
машины аналогично оптическому длиномеру, т. е. имеется шкала
208
с большим интервалом, который делится с помощью дополнительной
шкалы, и устройство для отсчета значений с ценой деления 0,001 мм.
Измерительные машины предназначены в основном для измерения
больших размеров (более 1000 мм) и относятся к горизонтальному
типу. Измерения на машине производятся непосредственным методом
или методом сравнения с мерой. При измерении методом сравнения
с мерой отсчитывается отклонение от настроенного размера с
использованием шкалы трубки оптиметра.
Применяют измерительные машины в основном для аттестации
больших концевых мер длины и очень часто для определения размера
микрометрических нутромеров после их сборки.
Технические характеристики задаются интервалом размера в
общем диапазоне до 10 000 мм. Погрешность измерения на машинах
методом сравнения с мерой размеров до 500 мм от 0,4 до 2 мкм. При
измерении методом непосредственной оценки, т. е. с использованием
всех шкал, погрешность измерения при рекомендуемых условиях
составляет от 1 до 20 мкм.
3. Основными представителями третьей разновидности оптических
приборов являются универсальный микроскоп и универсальный
измерительный микроскоп (УИМ). К этому виду приборов относятся и
бесконтактные интерферометры.
Универсальным микроскопом называется оптический
прибор для измерения линейных и угловых размеров в плоскости с
визированием измеряемых точек или линий с помощью микроскопа и
отсчетом значений размера по оптическим шкалам.
УИМ представляет собой двухкоординатную измерительную
машину (КИМ). Если в КИМ определяется размер только в одном
направлении, то в УИМ измерения производятся и в перпендикулярном
направлении. Положение продольных и поперечных салазок определяется по
стеклянным шкалам с помощью отсчетных микроскопов, снабженных
окулярами со спиральным нониусом. При измерении резьб для
повышения точности часто используют измерительные ножи.
УИМ имеет диапазон измерений в продольном направлении 200 мм,
в поперечном — 100 мм. Цена деления отсчетных линейных устройств
0,001 мм, а угломерного устройства Г. Изготовляют микроскопы для
измерения размеров до 500 мм по продольной шкале и 200 мм — по
поперечной. Отсчет размеров может производиться по проекционному
устройству (экранный). В некоторых проекционных микроскопах
имеется цифровой отсчет размера. Приборы обычно снабжаются
всевозможной оснасткой для проведения различных измерений, поэтому они
и называются универсальными.
14-4523 209
Применение лазеров для линейных измерений.
Использование лазеров, особенно газовых лазеров видимого диапазона,
чрезвычайно расширило область применения оптических методов
измерения расстояний и углов. Пространственная погрешность лазерного
света позволяет коллимировать пучки с расходимостью, вызванной
только дифракцией. Благодаря этому приборы с применением лазера
обеспечивают угловую точность около 1 мкрад при работе на
расстояниях порядка сотен метров.
Лазеры создают излучение наиболее высокой интенсивности по
сравнению со всеми известными источниками света. Интенсивность
лазера превышает наибольшую интенсивность неотфильтрованных
некогерентных источников света примерно в 105 раз. Поэтому
визирование можно выполнять путем непосредственной посылки пучка света
в заданном направлении, а интерферометрические измерения
проводить в нормально освещенном помещении и даже на открытом
воздухе. Дистанции, на которых можно выполнять оптические измерения,
возрастают при этом во много раз.
Одним из наиболее простых способов применения лазеров является
метод визирования. Установив лазер, можно идти вдоль его условной
«оптической струны», выверяя положения различных элементов
конструкции. Визирование может быть дополнительно обеспечено серво-
контролем. Технику визирования широко применяют при сборке
и монтаже самолетов, нефтехимического оборудования, кораблей, при
нивелировании, проходке туннелей, юстировке многоэлементных
оптических систем, при строительстве больших сооружений.
Основным и наиболее распространенным методом измерения с
помощью лазеров является измерение длины с использованием обычной
оптической интерференции для коротких дистанций и техники
модулированного света для длинных. Высокая временная когерентность
газового лазера позволяет подсчитать число полос интерференции для
значительно больших оптических путей.
Многие из существующих устройств для интерференционного
измерения длины с помощью лазера имеют высокую точность. Точность
каждого из них определяется главным образом степенью стабилизации
частоты применяемого лазера и реально может быть порядка
Высокая интенсивность луча лазера позволяет получить
интерференционную картину, если в качестве отражателя в одном из плеч
интерферометра использовать поверхность металла. Поэтому с помощью
лазеров можно осуществлять также непрерывный интерферометриче-
ский контроль размеров деталей в производственном процессе.
210
Весьма перспективным является использование лазеров в
многокоординатных устройствах. Лазерные интерферометры и цифровая
техника сделали доступными контроль крупногабаритных изделий по
отклонениям размера, формы и расположения по новым методам оценки.
Особое развитие получает голографическая интерферометрия. Го-
лографический метод позволяет записать на фотоэмульсию
своеобразную картину волнового поля, которую называют голограммой. Такая
запись стала практически возможной с использованием лазера. Голо-
графическая интерферометрия значительно расширяет область интер-
ферометрических измерений и является одним из очень
перспективных направлений развития техники линейных измерений.
В лазерных интерферометрах цехового назначения применяют
лазерный измеритель перемещений ТПЛ-ЭОК1 с устройствами
автоматического управления и ЭВМ. Цифровые растровые системы имеют
унифицированную схему и оснастку, блок цифровой индикации.
Одновременно информация выводится на специальную шину в
двоично-десятичном коде. Имеется кнопка установки нулевого положения
показаний, что дает возможность реализации измерений по методу сравнения
с мерой. Преобразователь перемещается по стойке. Прибор имеет
стойку и измерительный столик, позволяющий проводить измерения
как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости.
Фотоэлектрические устройства широко применяют для контроля
размеров прокатываемых и протягиваемых изделий (полосы, ленты,
трубы, проволока), при автоматизации измерений на проекторах, в
различных контрольно-сортировочных автоматах, а также в
высокоточных растровых и интерференциальных измерительных системах.
Пневматические измерительные приборы. Пневматическими
измерительными приборами называются измерительные средства, в
которых преобразование измерительной информации, т. е. информации,
содержащей сведения об измеряемом размере, осуществляется через
измерение параметров сжатого воздуха в воздушной магистрали при
его истечении через небольшое отверстие.
Принцип действия всех пневматических приборов для измерения
линейных размеров основан на положении газовой механики о том,
что если в какой-либо магистрали воздухопровода (камере) находится
воздух под давлением и выпускается через небольшое отверстие в
атмосферу с номинально постоянным давлением, то расход воздуха
через это отверстие в единицу времени будет зависеть от площади
проходного сечения отверстия и от давления внутри магистрали. При
постоянном давлении расход будет зависеть только от площади проход-
и* 211
ного сечения. Если на пути распространения воздушного потока
вблизи отверстия оказывается препятствие, то расход воздуха и давление
внутри магистрали около отверстия меняются.
Деталь, линейный размер которой надо измерить, располагают
перед торцом сопла на определенном расстоянии. В зависимости от
размера детали изменяется зазор (расстояние между деталью и торцом
сопла), отчего изменяется расход воздуха (объем воздуха, проходящего в
единицу времени через калиброванное отверстие — сопло). Обычно
прибор настраивают по размеру образцовой детали или концевым
мерам длины.
Прибор имеет узел подготовки воздуха, в котором осуществляется
его очистка и стабилизация давления; отсчетное или командное
устройство, преобразующее изменение расхода или связанного с ним
давления в воздухопроводе в значение определяемого размера;
измерительную оснастку с одним или несколькими соплами (диаметр
отверстия 1—2 мм), из которых воздух вытекает на деталь. По видам от-
счетных устройств приборы разделяют на ротаметрические и
манометрические.
В приборе ротаметрического типа сжатый воздух под
постоянным давлением поступает в нижнюю часть расширяющейся
конической прозрачной (обычно стеклянной) трубки, в которой находится
поплавок. Из верхней части трубки воздух подводится к измерительному
соплу и через зазор выходит в атмосферу. В соответствии со
скоростью воздуха поплавок устанавливается на определенное расстояние
от нулевой отметки шкалы, которая отградуирована в единицах длины.
В приборах манометрического типа сжатый воздух под
постоянным давлением поступает в рабочую камеру, в которой
находится входное сопло, далее в измерительное сопло и через зазор — в
атмосферу. Давление в камере, зависящее от зазора 5, измеряется
манометром, шкала которого отградуирована в единицах длины.
Применяют приборы манометрического типа высокого (30—40 кН/м2) и
низкого (5—10 кН/м2) давления.
Пневматические измерительные приборы используют в системах
активного контроля и в контрольных автоматах. В качестве
чувствительного элемента используют упругие элементы (трубчатые пружины,
сильфоны, мембранные коробки, упругие и вялые мембраны) или
жидкостные дифманометры (Ц-образные и чашечные). Приборы разделяют
на бесконтактные (воздух из измерительного сопла обдувает
непосредственно деталь) и контактные (воздух из измерительного сопла
направлен на торец измерительного стержня или на одно из плеч рычага,
второй конец которого входит в контакт с деталью).
212
В метрологическом анализе точности пневматического
измерительного прибора особое значение уделяется анализу точности
пневматической системы. К преимуществам приборов относят: сравнительную
простоту конструкции, возможность бесконтактных измерений при
очистке измеряемой поверхности струей воздуха, большое увеличение
при измерении (до 10 тыс. раз) и, как следствие, высокую точность,
возможность определения размеров, погрешностей формы,
суммирования и вычитания измеряемых величин, получение непрерывной
информации и дистанционного измерения. К недостаткам относят:
необходимость иметь очищенный воздух со стабилизированным давлением;
инерционность пневматической системы; колебание температуры в
зоне измерения.
Перспективными являются созданные конструкции, в которых
сочетаются преимущества пневматического метода с использованием
индуктивных или других преобразователей.
Электрические приборы. В электрических приборах для
линейных измерений процесс измерения осуществляется путем превращения
линейной величины в электрическую, которая в зависимости от
целевого назначения прибора в свою очередь превращается либо снова
в линейную величину (например, перемещение стрелки по шкале),
либо в сигнал, либо в механическую величину перемещения отдельных
элементов в автоматических контрольных, регистрирующих или
регулирующих устройствах. Измеряемая линейная величина превращается
в электрическую с помощью электромеханических преобразователей
(головок), чувствительные элементы которых ощупывают
контролируемое изделие.
Превращение линейного перемещения в электрическую величину
с последующим измерением ее электрическими приборами дает ряд
преимуществ по сравнению с механическими или оптическими
измерительными приборами:
возможность территориального разделения места измерения и
места получения результатов;
возможность использования результатов измерения в виде
электрических величин как в электромеханических показывающих,
регистрирующих и сигнализирующих приборах, так и в автоматических
контролирующих и обрабатывающих машинах;
удобство эксплуатации.
Электрические измерительные приборы для линейных измерений
представляют собой приборы, в которых результат снижается в виде
электрической величины, или приборы с электрическими передаточны-
213
ми устройствами. Обычно они состоят из преобразователя,
показывающего прибора, содержащего шкалу или сигнальные лампы, выходные
элементы схемы, не смонтированные в датчике преобразователя.
В соответствии с принципом действия преобразователя различают
электроконтактные, индуктивные, емкостные и болометрические
измерительные приборы.
Электроконтактные измерительные приборы.
Приборы преобразуют определенное изменение контролируемой величины
в электрический сигнал через замыкание (размыкание) электрических
контактов цепей, управляющих исполнительными элементами
системы. Контакты обычно изготовляют из вольфрама, реже, из
благородных металлов. Включение прибора происходит при срабатывании
прерывателя измерительного устройства в зависимости от размера
контролируемого изделия. Если рычаг прерывателя не контактирует с
контактами, то изделие изготовлено в допуске. Если изделие выходит за
пределы поля допуска, контакты замыкаются и загораются лампочки.
Различные виды преобразователей по принципу настройки
разделяют на две группы. К первой группе относят преобразователи,
настройка которых производится с помощью точных установочных винтов, не
имеющих делений, по параллельным концевым мерам или
специальным установочным калибрам. Ко второй группе относят приборы,
преобразователи которых настраиваются на нулевое положение с
помощью только одного калибра с номинальным размером
контролируемого изделия по зазору. С помощью преобразователя устанавливают
пределы изменяемого размера, а по его шкале — фактическую величину
контролируемого изделия.
Контроль размеров с помощью электроконтактного
измерительного прибора имеет ряд преимуществ по сравнению с некоторыми
шкальными приборами или жесткими калибрами. Наряду с меньшей
утомляемостью контролера и получением меньшей погрешности
измерений значительно сокращается время контроля. Указанные
преимущества делают возможным создание многомерных
контрольно-измерительных приборов, у которых электроконтактные преобразователи
расположены таким образом, что за один установ изделия на
измерительную позицию автоматически проверяются несколько размеров.
Наиболее подходящими для многомерных приборов являются
электроконтактные преобразователи, так как они обладают сравнительно малыми
габаритами (модели 228-2, 228-5, 248-6 и др., ГОСТ 3899—81).
Применяя электромагниты, которые воздействуют на специальные стрелки,
передающие импульсы от контактов преобразователя на точное реле,
конструируют автоматические контрольно-сортировочные приборы.
Электроконтактные преобразователи применяют в адаптивных систе-
214
мах управления станками для подачи управляющих импульсов на при-
вод или подающий механизм для измерения режима обработки детали
при достижении настроенных предельных размеров.
Путем включения в измерительную цепь сигнальных ламп с
электросчетчиками, которые считают всю совокупность контролируемых
изделий, одновременно с операции контроля можно получать данные
для оценки качества технологического процесса.
Индуктивные измерительные приборы. Определение
действительных размеров деталей в цеховых измерениях
рекомендуется проводить электроиндуктивными методами.
Принцип работы индуктивных измерительных приборов
заключается в том, что с изменением размера контролируемого изделия
изменяется воздушный зазор в замкнутом дросселе и сопротивление в цепи
переменного тока. Электросхема прибора представляет собой
мостовую схему. Измеряемая величина находится в определенной
зависимости от тока, протекающего в цепи и выпрямленного для измерения,
сортировки или регулирования; необходимые управляющие процессы
осуществляются с помощью специального реле. Ввиду того, что
магнитная цепь индуктивных преобразователей обладает очень малыми
воздушными зазорами, незначительное изменение измеряемой
величины соответствует сравнительно большому изменению магнитного
сопротивления. Существенным преимуществом индуктивных приборов
для контроля размеров является отсутствие в преобразователе
чувствительных опор, шарниров, контактов, которые вызывают
чувствительность прибора к сотрясениям, ограничивают его надежность и срок
службы при эксплуатации.
Снимаемые с прибора электрические величины имеют простейший
вид и не зависят от внешних влияний.
Принцип действия индуктивного измерительного преобразователя
поясняется. У индуктивного преобразователя положение подвижного
якоря между обеими измерительными магнитными катушками
определяется величиной контролируемого изделия. Если якорь находится
посередине между катушками, то воздушные зазоры, а вместе с ними
и индуктивности обеих измерительных катушек равны между собой,
если же якорь приближается к одной из катушек, то ее сопротивление
увеличивается, в то время как сопротивление другой катушки
уменьшается. Так как обе измерительные катушки включены в смежные
ветви электрического измерительного моста, то переменное напряжение,
приложенное к соответствующей диагонали моста, является мерилом
контролируемой величины. Равновесие моста, т. е. установку якоря
в среднее положение, осуществляют с помощью концевых мер.
215
По сравнению с предельными электроконтактными
преобразователями индуктивные преобразователи более дорогие, однако они имеют
следующие преимущества: отсутствие обратного механического
воздействия на измерительный штифт; надежны в эксплуатации;
возможна электрическая настройка необходимых пределов измерения;
возможна настройка на несколько полей допусков в зависимости от задач
измерения.
Индуктивные преобразователи имеют модели 212, 276, 76503 и др.
Емкостные измерительные приборы. Изменение
контролируемого размера влечет изменение величины воздушного зазора
между пластинками конденсатора и, следовательно, изменение емкости.
Так как емкость преобразователя составляет около 100 пФ, то
измерение емкости практически возможно только с помощью
высокочастотных методов с применением дорогостоящих вспомогательных
устройств. Однако значительное преимущество емкостного метода
заключается в возможности изготовления легких и жестких подвижных
электродов и достижения высокой собственной частоты. Кроме того,
по сравнению с индуктивным емкостной преобразователь имеет еще
то преимущество, что у него значительно меньше обратное
воздействие на измерительный шток, так как силы, возникающие от
напряжения, приложенного на подвижные электроды, значительно меньше
магнитных сил в индуктивном преобразователе. В конструктивном
отношении емкостной преобразователь должен обладать незначительным
рассеиванием, тщательно выполненной экранировкой,
высококачественной изоляцией, простотой выполнения и достаточной механической
жесткостью. Преобразователи изготовляют в виде двухпластинчатого
конденсатора, из которых одна пластина подвижная, либо в виде трех-
пластинчатого конденсатора с одной подвижной и двумя
неподвижными пластинами.
Фотоэлектрические приборы (ФЭП). В ФЭП информация
о перемещении меры относительно указателя поступает в виде
световых сигналов на фотоэлемент. С помощью фотоэлемента информация
преобразуется в электрические сигналы, по разности амплитуд или фаз
которых определяют изменение контролируемой величины.
В качестве оптических мер в приборах используют измерительные
растры, дифракционные решетки, штриховые меры, кодовые решетки,
шкалы длин волн и другие меры.
Измерительно-информационная система. В развитии
современной измерительной техники наметились общие тенденции, из которых
главными являются: переход от единичных приборов к измерительным
системам, в том числе к самонастраивающимся и адаптивньгм системам;
развитие измерительных подсистем в робототехнических комплек-
216
сах и совершенствование систем активного контроля; применение
микропроцессоров в измерительных системах и устройствах для
переработки измерительной информации, применение числового
программного управления процессом измерений, приведшим к созданию
информационно-измерительных систем (ИИС).
Измерительно-информационная система — комплекс
измерительных устройств, обеспечивающих одновременное получение
необходимой измерительной информации о состоянии точности объекта.
Задача, решаемая ИИС, обратная задаче отдельного измерительного
устройства: не расчленять параметры объекта измерения с целью
выделить и воспринять их по отдельности, а объединить данные о всех
главных параметрах объекта и создать тем самым достаточно полное,
совокупное его описание. Таким образом, отличительными
особенностями ИИС являются: одновременное измерение многих параметров
объекта (т. е. многоканальность) и передача измерительной
информации в единый центр; представление полученных данных, в том числе
их унификация, в виде, наиболее удобном для последующей обработки
получателем.
Создание ИИС связано с решением системных вопросов:
метрологическая унификация средств измерений (датчиков, преобразователей,
указателей) независимо от вида измеряемых величин; оптимизация
распределения погрешностей между различными средствами
измерений, входящими в ИИС; наиболее целесообразное размещение
указателей перед оператором.
Датчики воспринимают различные параметры объекта измерения
и передают по каналам связи сигналы в единый пункт сбора данных.
Программное устройство воспринимает информацию датчиков и
передает ее получателю информации.
В ИИС наиболее перегруженным звеном оказывается получатель
информации, который практически не в состоянии одновременно
воспринять показания многих приборов. Для облегчения его работы
применяют мнемонические схемы, т. е. схематические изображения
объекта измерения, на которых приборы заменены условными
сигнализаторами. Обычно сигнализаторы показывают уже не абсолютные
значения измеряемых величин, а их отклонения от заранее установленной
нормы. При очень большом числе точек контроля приборы заменяют
световыми сигнализаторами с условным цветовым кодом.
Источником управляющих сигналов являются аналоговые или
цифровые измерительные преобразователи, служащие для восприятия
величин, характеризующих, например, процесс обработки на станке
217
с числовым программным управлением (линейные и угловые
перемещения, силы резания, вращающий момент, температура, потребляемая
мощность). Источником командных сигналов является постоянное и
программное запоминающие устройства.
Постоянные запоминающие устройства служат для хранения
неизменных программ. Они выполняются в виде коммутационных схем
и на интегральных схемах. Оперативные запоминающие устройства
содержат программоносители в виде дискет.
Вычислительная машина в соответствии с заданной программой
отрабатывает командные сигналы, результаты измерения, включая
анализ, а затем выдает результат измерения.
ИИС нашли широкое применение при контроле линейных и
угловых величин, резьб, зубчатых колес, в аддаптивном управлении
технологического процесса, в метрологическом обеспечении в условиях
модульного производства корпусных конструкций.
Создание автоматизированных поточных линий, являющихся
неотъемлемой частью модульного производства крупногабаритных
корпусов, предусматривает использование встроенных в общий
технологический поток автоматических измерительных устройств ИИС. При
этом методы измерений должны обеспечивать возможность измерений
без предварительного выравнивания конструкций по контрольным
линиям. Измерения должны выполняться при тех пространственных
положениях конструкций, которые определяются технологией их
изготовления.
Создан автоматизированный комплекс, состоящий из лазерного
профилографа, системы сбора измерительной информации и
микро-ЭВМ с программным обеспечением.
Лазерный профилограф включает светодальномер, работающий от
диффузно-отражающих поверхностей, какими являются поверхности
металлов, сканатор для бесконтактного измерения текущих
радиусов-векторов от центра вращения сканатора до контролируемых точек
профиля цилиндрического корпуса.
Система сбора результатов измерения предназначена для
автоматической записи полученных данных заданного сечения в переносной
модуль памяти, выдачи команды на устройство автоматической смены
точки измерения с определенным шагом по типу «от точки к точке»,
хранения записанной информации в модуле памяти, сопряжения
модуля памяти с каналом ЭВМ и ввода результатов измерения в ЭВМ.
Вычислительная машина обрабатывает результаты измерения по
разработанной программе и выдает требуемые данные на экран дисплея или
выводит на печать в форме таблицы.
218
6.7. Координатно-измерительные машины
В машиностроении свыше 60% деталей следует измерять
координатными методами. Контроль сложных деталей, таких, как зубчатые
колеса, пространственно искривленные поверхности (турбинные
лопатки, гребные винты, детали винтовых насосов), проводят
координатным методом при использовании ЭВМ. Координатно-измерительная
машина (КИМ), основанная на этом методе, отличается
универсальностью, экономически оправдана и имеет легкость в обслуживании.
Универсальность КИМ делает эти машины незаменимыми средствами
измерения на предприятиях с мелкосерийным производством. В
крупносерийном и даже массовом производстве это свойство может
предопределять области эффективного применения КИМ на участках
опытного производства, в измерительных лабораториях, инструментальных
цехах, отделах контроля качества.
К основным характеристикам КИМ относят возможность
измерения в любой из трех систем прямоугольных координат: в машинной
системе, соответствующей осям, по которым перемещается
измерительная головка; в нормальной системе, соответствующей осям детали
(деталь может быть смещена по трем координатам относительно осей
машинной системы); во вспомогательной системе, которая может быть
смещена по трем координатам относительно нормальной системы (эта
система обеспечивает измерение элементов, расположенных на
наклонных поверхностях детали).
Размеры, полученные при измерении в нормальной системе, могут
быть быстро пересчитаны во вспомогательную систему (или наоборот)
переключением на пульте управления или с помощью определенного
кода, записанного на дискете.
При описании различных систем координирования обращается
внимание на базовые элементы ориентации осей детали. Для
линейно-угловых измерений деталей неправильной формы ручное
базирование является наиболее трудоемкой и длительной операцией, поэтому
возможность автоматизировать базирование составляет одно из
преимуществ КИМ в сочетании с ЭВМ.
Программа математического базирования позволяет
контролировать деталь в любом положении пространства измерений КИМ и
устраняет необходимость в зажимных приспособлениях и ручном
базировании с помощью измерительных средств.
Для деталей призматической формы КИМ обеспечивает
возможность подвода щупа к пяти сторонам призматической детали; шестая
сторона, на которую укладывается деталь, служит измерительной
базой. При измерении сложных деталей отсутствие необходимости изме-
219
нять базу измерения составляет значительное преимущество КИМ по
сравнению с традиционными средствами измерения.
Для математического базирования используют настольный
калькулятор, который служит для устранения влияния неточности
базирования измеряемой детали. Он корректирует результаты для
последующих измерений, учитывая расстояние между осями машины и осями
детали.
В КИМ имеется измерительная головка с щупом, перемещения
которой контролируются фотопмпульсной системой. Смещение щупа
с нулевого положения по отношению к головке, вызванное неточным
расположением измерительной поверхности, корректируется с
помощью трехкоординатного датчика.
Области применения КИМ весьма различны и условно могут быть
разделены на две категории: контроль размеров механически
обрабатываемых деталей и контроль формы деталей, ограниченных
непрерывной поверхностью.
В первом случае основным требованием является проверка или
контроль размеров известной детали для сравнения полученных
результатов с теоретическими при соблюдении допусков, заданных на
чертеже. Измерением «от точки к точке» пользуются при контроле
корпусов, валов, фасонного литья, зубчатых колес.
Во втором случае основное требование заключается в измерении
поверхности неизвестного тела для запоминания его формы, а также
представления этой формы с помощью графика в соответствии с
требованиями.
6.8. Автоматизация процессов измерения и контроля
Средства автоматизации и механизации контроля.
К средствам начального уровня стандартизации^автоматизации и
механизации контроля размеров относятся приспособления, в которых
операции загрузки и съема осуществляются вручную. Действие
автоматизированных приспособлений основано на использовании различного
рода измерительных преобразователей. Измерительный первичный
преобразователь — это средство измерения, предназначенное для
выработки сигнала в форме, удобной для передачи, дальнейшего
преобразования, обработки и хранения. Измерительный преобразователь
как составной элемент входит в датчик, который является
самостоятельным устройством, и кроме преобразователя содержит
измерительный шток, рычаг с наконечником, передающий механизм, элементы
настройки. Наибольшее распространение получили измерительные
220
средства со следующими преобразователями: функциональные узлы
к управляющим приборам, индикаторы контакта, электроконтактные,
пневмоэлектроконтактные, пневматические, фотоэлектрические,
сортировочные, механотропные, индуктивные, электронное реле, лазерный
измеритель перемещений.
Блоки управления являются отсчетно-командным устройством,
выдающим в соответствующей цепи соответствующие управляющие
команды.
Устройства активного контроля и
самонастраивающиеся контрольные системы. Обработка деталей проводится
методом пробных проходов, управлением по программам, с помощью
активных измерительных устройств.
В методе пробных проходов станок останавливается между
двумя технологическими операциями, и деталь измеряется. Станок из
протяженности штучного времени (т работает только в течение
основного технологического времени /0,и отношение ^Ди всегда
меньше единицы.
Метод управления обработкой деталей по программе
характеризуется тем, что станок налаживается один раз, а затем в процессе работы
подналаживается. Контроль осуществляется выборочным путем или
с помощью контрольного автомата, включаемого в технологический
процесс после обработки на станке. Отношение ?о/1ш уменьшается
с уменьшением времени наладки, которое зависит от величины
допуска и износа инструмента. Отношение ^(ш становится еще более
благоприятным при использовании активных измерительных устройств.
С помощью активных измерительных устройств после достижения
предписанных размеров вручную или автоматически отключается
станок. Время измерения и основное время совпадают, исключается
время пуска и остановки, на изделие назначаются более узкие допуски.
Повышается производительность обработки без снижения качества,
сокращается вспомогательное время на остановку станка для измерения
детали, и возрастает возможность многостаночного обслуживания.
Повышается качество изделий от автоматического поддержания заданных
режимов обработки. Облегчается труд, снижается квалификация и
создаются безопасные условия работы станочника.
Основная область применения приборов активного контроля — это
массовое и серийное производства.
Устройствами активного контроля называются средства,
предназначенные для измерения деталей в процессе обработки их на станке,
в результате чего получают информацию о необходимости изменения
режимов обработки или об изменении взаимного расположения заго-
221
товки и режущего инструмента, или о необходимости прекращения
процесса обработки. Название «активные» эти средства измерения
получили из-за того, что они непосредственно участвуют в
технологическом процессе изготовления продукции, а не «пассивно» фиксируют ее
качество после окончания изготовления.
Устройства активного контроля должны иметь большое
передаточное отношение, малую погрешность измерения, должны быть
нечувствительны к шлифовальной пыли, колебаниям, сотрясениям, средствам
охлаждения при обработке, просты и удобны в обслуживании.
Управление автоматическими станками, агрегатами и линиями должно быть
удобным.
Измерение должно осуществляться или во время обработки, или
между подачами, но на вращающихся или перемещающихся изделиях.
Приборы активного контроля по основным видам делятся в
зависимости от места использования, от вида обрабатывающих станков, по
способу выдачи измерительной информации, по воздействию на
технологическое оборудование.
В зависимости от места использования приборы активного
контроля разделяются на приборы, устанавливаемые непосредственно на
станке, и приборы, устанавливаемые вне станка. Приборы,
устанавливаемые на станке, обычно управляют режимами резания и выдают
команды на остановку станка при достижении требуемых размеров.
Приборы, устанавливаемые вне станка, измеряют деталь после обработки
и дают команду на подналадку станка (т. е. необходимо изменить
взаимное положение инструмента и заготовки). Чаще всего приборы,
устанавливаемые вне станка, называют подналадчиками. По своей
принципиальной схеме подналадчики близки к контрольным автоматам.
В зависимости от вида обрабатывающих станков приборы
разделяются на приборы для круглошлифовальных, плоскошлифовальных
станков. Наибольшее применение приборы активного контроля
получили на шлифовальных станках, так как на этих станках размер
изменяется медленно, и есть возможность непрерывно следить за
изменением размера и выдавать команды на изменение режима обработки,
т. е. на параметр, которым можно управлять.
По способу выдачи измерительной информации приборы
активного контроля разделяются на показывающие, когда значение размера
определяется непосредственно оператором по шкале отсчета
устройства, и командные, когда сигнал на подналадку в станок подается без
участия оператора. В командных приборах выдается световой сигнал
о режиме работы и имеется шкала для отсчета значения текущего
размера.
По воздействию на технологическое оборудование различают
четыре вида устройств активного контроля: управляющие автотолераторы,
регулирующие автоподналадчики, защитные устройства и
автоблокировщики.
Автотолераторы автоматически изменяют характер процесса при
достижении действительным контролируемым параметром
предписанного значения. Автоподналадчики автоматически осуществляют
настройку производственной системы, обеспечивая равенство
контролируемых параметров предписанным значениям. Защитные устройства
предотвращают попадание в рабочую зону изделий, параметры
которых выходят за предписанные значения. Автоблокировщики
прекращают течение процесса при выходе контролируемых параметров изделий
за предписанные значения или при возникновении других
недопустимых критических ситуаций. Самонастраивающиеся системы способны
автоматически, самостоятельно изменять свои параметры настройки,
обеспечивая предписанные показатели качества при изменяющихся
условиях.
Большинство устройств активного контроля являются
контактными: одноконтактными, двухконтактными, трехконтактными и с
контактом поверхности. На работу одноконтактных приборов влияют:
погрешность установки контролирумой детали на станке и ее прогиб;
влияние прогиба ослабляют расположением линии измерения
перпендикулярно действию силы. Прогиб детали отражается и на
результатах измерений с помощью двухконтактных приборов, поскольку при
настройке прибора по калибру и образцовой детали последние не
подвергаются силовым воздействиям. При отжатии детали на
величину Ау за счет измерения по хорде, смещенной на х относительно
правильного положения измерительных наконечников, очевидно,
составит Д г =2(г-л/г2 -х2), где г — радиус детали. Трехконтактные
приборы базируются на измеряемой детали и поэтому погрешность
установки детали на станке и погрешность за счет прогиба не влияют на
их показания. Однако перемещение у измерительного наконечника
зависит не только от изменения Аг радиуса детали, но и от
центрального угла ф между радиусами в точках контакта изделия с опорами,
т.е. определяется соотношением у = (\ +1 /5Шф/2Дг). Эти
погрешности практически не отражаются на точности активного контроля,
если настройку выполняют по калибру и сигнал подается только по
достижении определенного размера.
На рис. 6.4 показана структурная схема командного прибора
для активного контроля, с помощью которого измеряется размер
223
1
2
ООООО
кч\Л«Ш///4/
5
4
3
6
Рис. 6.4. Структурная схема прибора для измерения в процессе обработки
детали непосредственно во время обработки и с помощью команд,
выдаваемых этим прибором на станок, изменяются режимы
обработки.
На станке располагается измерительный узел 2, который измеряет
деталь 1 во время ее обработки. Сигнал с измерительного узла 2,
характеризующий размер детали, поступает одновременно в блок отсчет-
ного устройства 5, светофорный блок 4 и командный блок 5. Сигнал
после усилителя 6 поступает на станок для изменения режимов
обработки в зависимости от размера детали в момент измерения. На блоке
3 по стрелке можно отсчитать отклонение размера от настроенного,
а по блоку 4, в зависимости от того, какая лампочка горит, можно
определить, на каком режиме работает станок.
Контрольные автоматы. Контрольные автоматы широко
применяют в массовом производстве для стопроцентного контроля
деталей, имеющих простую форму и небольшую массу (колец, шариков
и роликов подшипников качения, поршневых колец, пальцев).
В зависимости от назначения различают автоматы разбраковочные,
осуществляющие контроль и разбраковку изделий на годные и по
видам брака; сортировочные, выполняющие рассортировку изделий на
группы по размерам, например для селективной сборки;
автоматы для аттестации и комплектовки, например производящие
аттестацию и комплектовку колец подшипников качения с заранее
рассортированными на группы шариками.
На рис. 6.5, а показана схема контрольного автомата с
электроконтактным преобразователем измерительного импульса.
Проверяемая деталь 73, поступающая из лотка бункера 75,
подается толкателем 14 под измерительный наконечник первичного
преобразователя 1 и выдерживается в таком положении некоторое время,
достаточное для успокоения детали и измерения. Перед концом
измерения прерыватель замыкается, соединяя преобразователь с электронным
блоком 3.
224
о) б)
Рис. 6.5. Контрольные автоматы:
а — с электроконтактным преобразователем; б — с фотоэлектрическим преобразователем
Если размер детали находится в пределах допуска, то контактный
рычаг первичного преобразователя / занимает среднее положение, не
касаясь контактов 2. Заслонки 8 и 10 остаются закрытыми. Деталь 13
сталкивается толкателем 14 на лоток 12 и, скатываясь по закрытым
заслонкам, попадает во всегда открытый ящик 4 годной продукции.
Если размер детали выходит за нижнюю границу допуска, то
нижний контакт преобразователя остается замкнутым и электромагнит 6
отпускает якорь. При этом пружина 5 поворачивает заслонку 8,
открывая отверстие ящика 7, куда и попадает бракованная деталь. При
увеличенном размере детали замыкается верхний контакт
преобразователя, срабатывает электромагнит 9 и открывается заслонка 10.
Бракованная деталь попадает в ящик 11.
На рис. 6.5, б показан общий вид автомата для многодиапазонной
сортировки колец шарикоподшипников по диаметру желоба. В
автомате применен фотоэлектрический преобразователь 7 измерительного
импульса, созданный на базе оптикатора. Наибольшее число группы
сортировки 50.
Система автоматизированного контроля в гибких
производственных системах. Системы автоматизированного
контроля (САК) разрабатываются для полной номенклатуры деталей,
сборочных единиц и технологических процессов гибких
производственных систем (ГПС). САК может охватывать процессами
автоматизированного контроля полное или неполное множество контролируемых
параметров. Функции САК ГПС приведены в табл. 6.1.
Помимо вышеотмеченных функций САК может обеспечить
локальный или общий контроль других подсистем ГПС: оборудования
подготовки инструментального обеспечения и оснастки, автоматизированных
гранспортно-складских систем, стендов сборки заготовок в пакеты.
15 — 4523 225
Таблица 6.1
Уровень структуры
ГПС
Гибкий
производственный
модуль (ГПМ)
ГПС в целом
Функции САК
Идентификация поступившей детали. Контроль положения
деталей перед обработкой. Активный контроль в процессе обработки.
Оптимизация снимаемого припуска и режимов обработки. Контроль
выполнения операции вне станка. Контроль наличия, целостности
и износа инструментов. Коррекция положения инструментов и
рабочих органов. Счет обработанных деталей. Контроль технологических
режимов работы оборудования. Регистрация времени
функционирования элементов технологической системы. Телеметрирование и
контроль функционирования оборудования
Автоматизация процесса контроля в безлюдном и малолюдном
режиме. Обработка измерительной информации при координатных и
других измерениях. Обеспечение статистического управления
точностью производственного процесса. Оптимизация режимов контроля,
обеспечение статистического приемочного контроля. Управление
взаимодействием элементов САК и технологического оборудования.
Информационное обеспечение производственного и
технологического процессов. Оптимизация информационных потоков.
Определение и анализ аварийных ситуаций. Контроль
прохождения и реализации управляющих команд. Выдача информации в АСУ
ТП для организации гибкого управления ГПС
Внедрение САК проводится поэтапно с учетом максимальной
экономической и технической эффективности, повышения качества
продукции и производительности труда в зависимости от точности и
стабильности технологических процессов ГПС.
На первом этапе реализуется применение гибких измерительных
модулей, средств электронного контроля, координатно-измерительных
машин; на втором этапе — внедрение структур САК на уровне ГПМ
группы или участка станков, отделения приемочного контроля; на
третьем этапе — полный САК ГПС с постепенным расширением ее
функций.
В состав САК входят следующие технические средства:
пункт приемочного контроля, оборудованный
автоматизированными рабочими местами контролеров, измерительными стендами,
столами, шкафами и стеллажами для хранения контрольно-измерительных
инструментов, приборов, оснастки и др.;
посты технического контроля с пультами ввода измерительной
информации;
контрольно-измерительные позиции;
накопители деталей;
устройства транспортирования и подачи деталей на измерительные
позиции, в том числе на основе промышленных роботов;
226
изоляторы брака;
координатно-измерительные машины, измерительные роботы,
гибкие (переналаживаемые) измерительные модули (ГИМ);
контрольно-измерительные приборы на основе индукционных,
фотоэлектрических и других преобразователей, инструменты и
приспособления для обеспечения технологических процессов технического
контроля;
приборы для настройки инструментов к станкам с ЧПУ;
электронные блоки и компараторы для статконтроля;
индикаторы контакта;
контрольно-измерительные наладки на основе электронных
приборов;
эталоны и эталонные детали для настройки и поверки средств
измерения;
аппаратура передачи данных и каналы связи;
средства вычислительной техники;
периферийные устройства ЭВМ, печатающие устройства,
графопостроители.
На рис. 6.6 приведен контрольный автомат мод. 1282,
обслуживаемый промышленным роботом (ПР). С загрузочного лотка 1
механизмом поштучной выдачи 2 деталь типа вал подается в зону действия
охвата 3. Робот 4 подает деталь 8 для контроля на измерительную
станцию 5, где она базируется в роликовой паре 6. При вращении детали от
привода 7 плавающая скоба 9 перемещается вдоль оси. Проконтроли-
Рис. 6.6. Роботизированный контроль деталей на автоматах
15*
227
рованная по винтовой линии деталь за счет срабатывания магнитоуп-
равляемых упоров 10 направляется в лоток-исполнитель П.
САК является подсистемой ГПС и полностью с ней интегрирована.
Структура и состав САК определяется структурой конкретной ГПС,
номенклатурой и типом контролируемых деталей, программой
выпуска, принятой технологией контроля, требуемой достоверностью
контроля. Сведение элементов САК в единую систему выполняется на
различной структурной основе.
Оптимальное решение задач автоматизированного контроля
возможно только на основе системного подхода к построению САК с
позиции определения ее места в составе ГПС и взаимосвязей с другими
автоматизированными системами — САПР, АСТПП, АСЧ. В контуре
ГПС обратная связь САК с внутренними модулями и системами
осуществляется через систему управления (СУ) на основе результатов
контроля. По каналу связи СУ — САК осуществляется управление
системой контроля (команды на смену алгоритмов и программ, другие
диспетчерские команды).
Принципы организации контроля в ГПС. При
разработке принципов организации контроля в ГПС рекомендуется
руководствоваться следующими общими положениями.
1. Необходимо стремиться к сокращению расходов на обеспечение
качества изделий за счет более раннего
обнаружения и рационального сокращения потерь
из-за дефектности (кривая 2) в достижении
оптимального качества (рис. 6Л). С
экономической точки зрения все усилия по
повышению технического уровня качества
промышленной продукции выражаются в форме
затрат, направленных либо на увеличение
доходов от расходов по обеспечению качества по
базовым показателям, либо на сокращение
издержек производства для установления
соответствия показателей качества продукции
техническим условиям. Обычно высокая
степень соответствия техническим условиям
может быть достигнута путем использования
более дорогостоящих производственных
процессов, затрат на основные издержки
производства и расходов на контроль.
Использование дорогостоящих производственных
процессов снижает потери из-за дефектности
и повышает качество продукции. Чем основа-
228
ежное выражение
I
IV!
1 ^\.
--НСп
О Р0 100
(100) (0)
Степень соответствия
техническим требованиям
_ Процент дефектности
Рис. 6.7. Оптимальное
качество продукции:
/ — расходы на контроль
качества; 2 — потери из-за
дефектности; 3 — общая сумма издержек
на производство; 4 — основные
издержки производства
тельнее осуществляется контроль, тем скорее снижаются потери,
связанные с дефектностью; при этом резко возрастают расходы на
контроль. Допускается возможность существования оптимума качества,
который соответствует точке минимума в кривой общих затрат.
Следовательно, точка С0, отражающая минимальные издержки производства,
показывает оптимальное значение Р0 (см. рис. 6.7).
2. Организация контроля должна обеспечивать управляемость
производственной системы по результатам контроля.
3. Необходимо включать в область рассмотрения решение задач
контроля параметров, не имеющих эксплуатационного значения, но
определяющих возможность и точность выполнения
автоматизированных операций и их элементов.
4. В качестве контролируемых следует рассматривать три группы
параметров: изделий, процессов и оборудования.
5. Выбор рационального соотношения уровня расходов на
реализацию контроля производится на основе определения ущерба (потерь) от
недостатка информации по каждому параметру соответствующей
группы при максимальной эффективности функционирования.
По аналогии с типовой структурой системы управления ГПС
структура САК должна содержать три уровня: верхний, средний, нижний.
Методы контроля в ГПС. Основная задача САК в ГПС —
обеспечение возможности предупреждения брака. Это достигается
путем оперативного получения информации непосредственно в
параметрах изготовляемого объекта или с помощью косвенных методов в
процессе изготовления.
При измерении параметров деталей в САК наиболее широкое
распространение получили методы и средства активного прямого контроля.
Основными направлениями развития автоматических средств
измерения параметров деталей являются как средства измерения
параметров деталей, встраиваемых в станки, так и средства выносных позиций
контроля: средства измерения, встраиваемые в станки с ЧПУ;
встраиваемые координатно-измерительные машины; измерительные работы;
лазерные измерительные устройства и др.
Контроль деталей непосредственно на станке в процессе обработки
с помощью встраиваемых измерительных систем, основанных на
использовании измерительных щупов, является наиболее оперативным.
Станок выполняет функции координатно-измерительной машины.
Для выполнения измерений измерительные инструменты
помещаются на одной из позиций инструментального магазина и для контроля
автоматически устанавливаются в шпиндель станка. Процесс
измерения осуществляется по определенному циклу, предусмотренному
229
в программе станка. Получаемая информация передается в
вычислительное устройство блока коррекции.
Роботизация контрольных операций в САК. Для
повышения производительности контроля изделий, снижения затрат на
контроль, сокращения доли монотонного утомительного труда в
производственном процессе требуется автоматизировать и вспомогательные,
к которым относятся операции загрузки, ориентирования, установки,
снятия, сортировки по результатам контроля и т. д. С ростом степени
автоматизации контрольного оборудования оператору в основном
остается выполнять именно эти малоквалифицированные операции.
Применение промышленных роботов (ПР) на контрольных
операциях развивается в двух направлениях: для загрузки и разгрузки
позиции контроля или в качестве устройства сканирования с установкой на
манипуляторе устройств неразрушающего контроля.
Важным и экономически целесообразным направлением
роботизации технологического контроля является входной контроль. Это
обусловлено, с одной стороны, возрастающим объемом входного контроля
по мере усложнения элементной базы и самих изделий, повышением
требования к их параметрам, а с другой — весьма ощутимой долей
затрат времени на вспомогательные операции, все увеличивающиеся по
мере совершенствования измерительных средств и уменьшения
времени непосредственно измерений.
Для автоматизации технологического контроля размеров, формы и
расположения в условиях мелкосерийного производства ПР
применяются совместно с цифровыми измерителями линейных перемещений
и статистическими анализаторами. В условиях крупносерийного и
массового производства используют автоматические стенды и линии
контроля, сортировки и разбраковки деталей по линейным и
диаметральным размерам, включающие в себя специализированные
манипуляторы. Каждый параметр контролируется на отдельной измерительной
позиции, выполненной в виде унифицированного модуля.
Помимо ПР в состав ГПС входят устройства контроля и
разбраковки изделий, а также специализированные устройства связи
контрольных устройств, робота и объекта контроля.
6.9. Сертификация средств измерений
В России создана Система сертификации средств измерений,
которая носит добровольный характер и удостоверяет соответствие
измерительных средств Заявителей метрологическим правилам и нормам.
При организации Системы принимались во внимание и в большой сте-
230
пени учитывались нормативные документы международных
организаций ИСО, МЭК, Системы сертификации ГОСТ Р.
Организационно в Систему входят: Управление метрологии
Госстандарта РФ — Центральный орган системы, Координационный
Совет, Апелляционный комитет, Научно-методический центр —
Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы
(ВНИИМС), органы по сертификации, испытательные лаборатории
(центры) средств измерений.
Основные цели Системы: обеспечение единства измерений,
содействие единства измерений. Основные задачи Системы: проверка и
подтверждение соответствия средств измерений установленным в
распространяющихся на них нормативных документах метрологическим
нормам и требованиям;
проверка и подтверждение соответствия средств измерений
установленным в распространяющихся на них нормативных документах
метрологическим нормам и требованиям;
проверка обеспеченности сертифицируемых средств измерения
методами и средствами калибровки для передачи размеров от
утвержденных Госстандартом России эталонов;
проверка соответствия средств измерений дополнительными
требованиями, указанными заявителем.
Система открыта для вступления и участия в ней юридических
лиц. Предусмотрен свободный доступ изготовителям, общественным
организациям, органам по сертификации, испытательным
лабораториям, а также всем другим заинтересованным предприятиям,
организациям и отдельным лицам к информации о деятельности в Системе, ее
правилах, участниках, результатах аккредитации, сертификации.
Система обеспечивает конфиденциальность информации, составляющей
коммерческую тайну.
Сертификацию средств измерений осуществляют аккредитованные
органы по сертификации средств измерений с учетом результатов
испытаний, проведенных аккредитованными на техническую
компетентность и независимость испытательными лабораториями. Проведение
испытаний в лабораториях, аккредитованных только на техническую
компетентность, допускается при наличии лицензионного соглашения
с органом по сертификации, который в таких ситуациях несет
ответственность за объективность и достоверность результатов.
Аккредитацию органов по сертификации проводит Центральный орган Системы.
Сертификат соответствия выдает заявителю Центральный орган
Системы или орган по сертификации на основе лицензионного
соглашения с Центральным органом: они устанавливают и срок действия
231
сертификата. Центральный орган Системы организует инспекционный
контроль за работой аккредитованных органов по сертификации.
Введение в действие Системы сертификации средств измерений
основано на соответствующих рекомендациях по порядку проведения
работ, аккредитации органов по сертификации, Реестру Системы (МИ
2277—93—МИ 2279—93).
Порядок проведения сертификации в общем случае включает:
представление заявителем в Центральный орган заявки на
проведение сертификации;
рассмотрение заявки и принятие по ней решения;
направление заявителю решения по заявке;
проведение испытаний;
сертификацию производства или системы качества, если это
предусмотрено принятой схемой сертификации;
анализ полученных результатов и принятие решения о
возможности выдачи сертификата соответствия;
регистрацию материалов испытаний и выдачу сертификата
соответствия;
информацию о результатах сертификации.
6.10. Международные организации по метрологии
Международная организация мер и весов. Испытания
и контроль качества продукции, сертификация, аккредитация
метрологических лабораторий сопряжены с действиями, основанными на
национальных системах измерений. При оценке соответствия продукции
требованиям стандартов осуществляются измерения различных
параметров, начиная от характеристик самой продукции до параметров
внешних воздействий при ее хранении, транспортировке и
использовании. При сертификационных испытаниях, устанавливающих
соответствие товара обязательным требованиям, методика и практика измерений
прямо сказываются на сопоставимости результатов, что
непосредственно связано с признанием сертификата. Следовательно, метрология
будет обеспечивать интересы международной торговли, если
соблюдается единство измерений как необходимое условие сопоставимости
результатов испытаний и сертификации продукции. Эта задача и
является важнейшей в деятельности международных организаций по
метрологии, благодаря усилиям которых в большинстве стран мира принята
Международная система единиц физических величин (СИ), действует
сопоставимая терминология, приняты рекомендации по способам
нормирования метрологических характеристик средств измерений, по ис-
232
пытаниям средств измерений перед выпуском серийной продукции.
Международные метрологические организации работают в контакте с
ИСО и МЭК, что соответствует более широкому международному
распространению единства измерений.
Наиболее крупные международные метрологические организации —
Международная организация мер и весов (МОМВ) и Международная
организация законодательной метрологии (МОЗМ).
В 1875 г. 17 странами (в том числе и Россией) была подписана
Метрическая конвенция, цель которой — унификация национальных
систем единиц измерений и установление единых фактических этапов
длины и массы (метра и килограмма). На основе этой Конвенции была
создана межправительственная Международная организация мер и
весов. Официальный язык организации — французский. Среди
инициаторов создания организации была Петербургская Академия наук.
Метрическая конвенция действует по сей день. Членами ее состоят около
50 государств мира. В соответствии с Конвенцией было создано
Международное бюро мер и весов (МБМВ) — первая международная
научно-исследовательская лаборатория, которая хранит и поддерживает
международные эталоны: прототипы метра и килограмма, единицы
ионизирующих излучений, электрического сопротивления и др.
Деятельностью МБМВ руководит Международный комитет мер и весов
(МКМВ). Главная практическая задача МБМВ — сличение различных
единиц измерений. Фактически МБМВ координирует деятельность
метрологических организаций более 100 государств.
Научное направление работы организации — совершенствование
метрической системы измерений. МБМВ постоянно совершенствует
международные эталоны, разрабатывает и применяет новые методы
и средства точных измерений, создает новые и заменяет устаревшие
концепции основных единиц измерений, координирует
метрологические исследования в странах-членах.
Программы научной и практической деятельности МБМВ
утверждает Генеральная конференция по мерам и весам — высший
международный орган по вопросам установления единиц, их определений и
методов воспроизведения. В ее работе участвуют все страны,
присоединившиеся к Конвенции. Генеральная конференция собирается не реже
одного раза в четыре года. В промежутках между конференциями работой
МОМВ руководит избираемый на конференции Международный
комитет мер и весов. В состав комитета входят крупнейшие физики и
метрологи мира, всего 18 членов. В составе Международного комитета мер
и весов работают 8 Консультативных комитетов, которые
подготавливают материалы и решения для генеральных конференций.
233
Важным следствием участия в работе МОМВ является синхронный
переход стран на новые единицы измерения или новые эталоны
основных единиц. Участие России в МОМВ положительно сказывается на
сохранении позиций и международного авторитета российской
метрологии и содействует процессу присоединения России к ВТО и
вступления в Европейский союз.
Международная организация законодательной
метрологии. Международная организация законодательной метрологии
(МОЗМ) учреждена на основе межправительственной Конвенции, где
Россия участвует как правопреемница СССР. Организация объединяет
более 80 государств. Цель МОЗМ — разработка общих вопросов
законодательной метрологии, в том числе установление классов точности
средств измерений; обеспечение единообразия определения типов,
образцов и систем измерительных приборов; рекомендации по их
испытаниям для унификации метрологических характеристик, порядок
проверки и калибровки средств измерений; гармонизация поверочной
аппаратуры, методов сличения, проверок и аттестация эталонных,
образцовых и рабочих измерительных приборов; выработка оптимальных
форм организации метрологических служб и обеспечение единства
государственных предписаний по их ведению; установление единых
принципов подготовки кадров в области метрологии.
На 4-й Международной конференции МОЗМ в 1972 г. ее цели
были дополнены более обобщенной формулировкой, отражающей суть
основных задач международного сотрудничества. На последующих
конференциях задачи дополнялись в соответствии с развитием
сертификации, а также стандартизации систем управления качеством на
основе международных стандартов ИСО серии 900.
Высший руководящий орган МОЗМ — Международная
конференция законодательной метрологии, которая созывается раз в четыре
года. Решения МОЗМ носят рекомендательный характер и лишь
морально обязуют страны внедрить их.
Россию в МОЗМ представляют Госстандарт РФ, а также 12
министерств и ведомств. Участие в МОЗМ дает возможность активно
влиять на содержание принимаемых документов, добиваясь их
соответствия российским метрологическим стандартам, позволяет
совершенствовать метрологическую работу в стране, гармонизировать ее с
международными правилами и нормами, что необходимо для вхождения
в ВТО.
Особо следует отметить деятельность МОЗМ по сертификации
средств измерений. Сертификат МОЗМ — это документ,
подтверждающий соответствие средства измерений определенной Международной
рекомендации (МР) МОЗМ. МР содержит технические требования,
234
описание процедуры испытаний и форму отчета по испытаниям.
Сертификат МОЗМ дает гарантию изготовленным средствам измерений
в том, что изделие соответствует международным требованиям,
которые признаются большинством государств мира.
Основные международные нормативные документы по
метрологии. Для реализации на практике единства измерений в
международном масштабе необходимы соответствующие нормативные
документы, устанавливающие рекомендации, позволяющие обеспечить
единство измерений, и введенные в национальные системы нормы и
правила в области метрологии. Международные нормативные
документы по содержанию и области применения охватывают четыре
составляющие метрологической практики:
терминологию в области метрологии;
единицы величин, их наименование, обозначение и определение;
требования к метрологическим характеристикам средств
измерений;
способы выражения погрешностей результатов измерений величин.
Перечисленные составляющие изложены в разделах главы.
Контрольные вопросы
1. Какие задачи решает метрология в экономике народного хозяйства? Соблюдение
каких основополагающих условий необходимо для обеспечения единства измерений и
роль в этом единиц физических величин СИ?
2. Как поддерживают единство измерений с учетом сопутствующих факторов?
3. Какое толкование терминов метрологии дает нормативная документация? Что
понимается под техническими измерениями?
4. Какими характерными особенностями обладают измерения, контроль, испытания
и в чем проявляется взаимосвязь между ними?
5. Как стандартизация обусловила метрологическое обеспечение народного
хозяйства? Поясните назначение стандартизации в системе технического контроля, измерения,
испытания и роль, выполняемую прикладными фондами стандартов. Определите
нормативно-правовые основы и статус стандартизации в метрологии.
6. Какая принята классификация средств измерений и какая методическая основа
заложена в проектировании и выборе средств измерений?
7. Назовите методы измерения в существующей классификации, и какими
рекомендациями пользуются при их выборе?
8. Виды погрешностей измерения и их оценка по видам.
9. В чем состоит назначение автоматизации контроля в машиностроении?
10. Обсудите процедуру выдачи сертификата по системе сертификации средств
измерения. Какое нормативное обеспечение имеет сертификация средств измерений?
ГЛАВА 7
УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ
И СТАНДАРТИЗАЦИЯ
7.1. Методологические основы управления
качеством
В условиях научно-технического прогресса качество изделий
машиностроения (продукции) в большей степени проявляется через их
технический уровень. В связи с этим возрастающую роль будет
играть такое направление в решении проблемы значительного
повышения качества, как оптимальное управление техническим уровнем
изделий.
Рассматривая проблемы организации управления качеством
изделий машиностроения с этих позиций, необходимо выделить
возрастающее значение кибернетического подхода. Сущность нового подхода
к решению проблемы качества состоит в объединении разрозненных
мероприятий в единую систему целеустремленных, постоянно
осуществляемых действий на всех стадиях жизненного цикла изделий. Такая
постановка задачи выдвинула множество сложных методологических
проблем, не возникавших ранее. Управление с кибернетическим
подходом опирается на несколько основополагающих принципов, которые
применительно к управлению качеством продукции могут быть
сформулированы следующим образом.
Изучение объекта управления и проблемы
управления. Управление применимо только к объектам, параметры которых
либо сами отклоняются от заданного технического уровня, либо их
нужно изменять в соответствии с изменяющимися условиями.
Качество изделий машиностроения относится именно к таким объектам, так
как оно теряет свои свойства под влиянием физических причин,
воздействующих на технический уровень изделия.
236
При этом возникла необходимость решения проблемы управления
с решением вопросов выработки управляющих решений, реализации
этих решений посредством управляющих воздействий (процессов
управления) на объекте управления. К числу таких вопросов следует
отнести разработку процессов управления, опираясь на приоритетные
направления ускорения научно-технического прогресса, связанные с
повышением качества продукции, например стандартизация,
метрологическое обеспечение и технический контроль, оптимизация параметров
объектов управления на базе математического моделирования с
помощью ЭВМ.
Выбор методического подхода. В организации управления
качеством изделий машиностроения можно выделить два
методических подхода — детерминированный и кибернетический.
Детерминированный подход предусматривает аналитическое
представление процесса управления, при котором для данной совокупности
входных значений на выходе объекта управления может быть получен
единственный результат, однозначно определяемый оказанным на него
управляющим воздействием. Этот подход может быть представлен
в аддитивной и стохастической постановках. Управляющим
воздействием, дающим однозначное решение, может быть разовое техническое
решение или применение технического контроля. Модель управления
в детерминированном подходе принимается строго однородной и
совершенной, в отношении которой предполагается полное отсутствие
отклонений в виде погрешностей, ограничений, отказов, случайных
возмущений; управление носит дискретный разовый характер в малом
диапазоне изменения переменных параметров.
Кибернетический подход свободен от недостатков
детерминированного подхода, и все перечисленные отклонения, не учитываемые
последним, не рассматриваются как какое-то бедствие, а являются
естественными и даже в какой-то мере необходимыми в повышении
технического уровня управления качеством продукции. В этих системах
контроль качества не подменяет управление, а является лишь одним из
процессов управления.
Кибернетический подход является направлением методологии
специально научного познания, в основе которого лежит исследование
объектов как систем. На его развитие оказали влияние выводы теорий
информации, программирования, систем управления, исследований
операций. В проблеме значительного повышения качества
рассматриваются системы управления качеством продукции, и они, как всякая
система, состоят из взаимосвязанных частей и в определенном смысле
представляют собой замкнутое целое.
237
Фактор организации управления качеством изделий
машиностроения с позиции кибернетического подхода рассматривает его в двух
аспектах: структурном и функциональном (как процесс управления).
Требования управления. Научно-технический прогресс
связывают с общим санкционированием хозяйственного механизма
общественного производства. Научно-технический прогресс — это не
только новые методы производства, машины и технологические процессы,
это также совершенствование управления на всех уровнях, включая
управление качеством изделий машиностроения. В развитии
научно-технического прогресса рассматривают ряд требований теории
управления качеством продукции.
Первое требование связывают с выработкой стратегии и критерия
управления. Управление любым объектом всегда имеет определенную
цель и стратегию, которая достигается при управлении.
Применительно к качеству продукции это требование означает
выбор путей повышения качества продукции, оптимизирующих
технический уровень изделий по критерию, оценивающему результативность
управления. Неудачно выбранный критерий приводит к
нежелательным результатам. Например, ориентация в системе народного
хозяйства на критерий по «валу» и «весу» длительное время приводила к
утяжелению отечественных конструкций в сравнении с зарубежными.
Примером использования противоречивых критериев может служить
раздельное управление по количеству и качеству продукции. В теории
управления рекомендуется сводить критерии во взаимоувязанную
систему исходя из максимума общей полезности продукции при
минимальной ее стоимости. В связи с этим развивается тенденция
планирования повышения качества в натуральных единицах (тонны, штуки)
при соблюдении оптимальных показателей качества. При оптимизации
технического уровня изделий в интересах эффективности производства
количество продукции может быть уменьшено.
Разработка критерия оптимального управления технического
уровня изделий всегда затруднена наличием значительного числа
неопределенностей технического и экономического характера. Причем с
развитием научно-технического прогресса непрерывно возрастает доля
таких неопределенностей.
Второе требование теории управления относят к эффективной
обратной связи (процессам управления), обеспечивающей наблюдение за
реализацией стратегии управления и в случае отклонений
принимаются меры для их предупреждения. При управлении качеством изделий
это требование реализуется на основе изучения потребностей, а также
осуществления контроля и испытаний на соответствие техническим
требованиям. Эта работа проводится заказчиком и создателем продук-
238
ции. Особая роль в соблюдении требования обратной связи в системе
управления качеством изделий машиностроения в техническом аспекте
принадлежит системам стандартизации, оптимизации параметров
изделий, технического контроля.
Обратная связь устанавливается по каждому виду изделия и от
каждого уровня управления. Таким образом, в системе управления
качеством изделий обратная связь имеет сложный характер и
непосредственно связана с процессами управления.
Третье требование теории управления качеством — наличие
резервов. В любой системе управления возникают непредвиденные
обстоятельства — неувязки в планировании, аварии, задержки поставок,
недостатки в функционировании изделий. Поскольку они
непредсказуемы, то нет иного способа справиться с этими случайностями иначе,
как с помощью плановых материальных запасов, резервных
мощностей, комплектующих изделий. Случайные перебои обходятся дороже,
чем запланированные резервы.
Четвертым требованием теории управления является учет роли
человеческого фактора. Человек — «активная система» со своими
желаниями, целями. Несомненно, что такие системы с участием людей
рассматриваются как сложные, эффективность которых наряду с чисто
техническими факторами зависит от психологических факторов во
всей их сложной взаимосвязи. Известны разнообразные стимулы,
направляющие стремления отдельных людей и коллективов по пути,
целесообразному для народного хозяйства. Общая ответственность
исполнителей в функционировании системы управления за соблюдение
заданного уровня качества, а не одних контролеров, привела к
развитию самоконтроля на рабочих местах. Развитие системы самоконтроля
одновременно с совершенствованием техники измерения позволило
количественно определить соотношение ответственности за брак.
В процессе функционирования система управления качеством
изделий машиностроения непосредственно связана с научно-техническим
прогрессом, так как чем выше уровень качества выпускаемой
продукции, тем полнее находят практическое воплощение в производстве
передовые научно-технические достижения. Система управления
качеством изделий машиностроения в техническом аспекте по характеру
объекта, проблеме и программе управления существенно отличается от
привычных систем крупномасштабного управления качеством
продукции с организационно-экономическими положениями. Она также
отличается как по методам ее создания, так и внедрения в инженерную
практику.
239
Внедрение систем управления качеством в инженерную практику
кроме достижения основной цели — значительного повышения
качества выпускаемой продукции — позволило также реорганизовать
управление предприятиями в целом, повысить эффективность производства,
послужило основой автоматизации управления.
Практическая реализация систем управления качеством вызвала
необходимость перестройки организационной структуры
промышленных предприятий. Начали создаваться специальные подразделения для
координации работ по управлению качеством в масштабах
предприятия. Основные задачи, возлагаемые на эти подразделения, сводятся
к следующему: разработка показателей, определяющих оптимальный
уровень качества на основе анализа требований потребителя и
возможностей производства; создание системы управления качеством и
контролем за ее работой.
Принципы теории управления. Приложение основных
принципов теории управления к любому объекту возможно при
некоторых положениях, а именно:
1) наличие программы поведения управляемого объекта или
плановых значений параметров этого объекта;
2) объект должен стремиться уклоняться от заданной программы
или плановых значений;
3) необходимо иметь средства для обнаружения и измерения
отклонения объекта от заданной программы или плановых значений;
4) необходимо располагать возможностью влиять на управляемый
объект с целью устранения возникающих отклонений от программы
или плановых значений.
Первые два положения относятся к характеру объекта положения,
к его природе. Два следующих — к механизму управления.
Программные, плановые показатели качества продукции
выдвигаются в планах экономического и социального развития всех уровней,
в договорных на проектирование и изготовление продукции, в планах
новой техники, заданиях проектно-конструкторским организациям,
планах производства, в коллективных и индивидуальных
обязательствах. Требования к качеству продукции устанавливаются и
фиксируются в многочисленных документах, технических условиях на
продукцию, в технических заданиях на проектирование или модернизацию,
в чертежах и другой технической документации, в технологических
картах и технологических регламентах, картах контроля качества,
в описаниях характера услуг.
Из перечисленного становится очевидно, что первое требование
общей теории управления применительно к качеству продукции
удовлетворяется.
240
Во втором положении следует рассмотреть несколько ситуаций.
Прежде всего это потеря технического состояния и качества в
результате физического износа. Со временем при использовании и
эксплуатации большинство изделий постепенно теряют первоначальное
техническое состояние — уменьшается прочность основных элементов
конструкции, металлические элементы подвергаются коррозии, одежда
теряет форму и т. д. С продукцией происходят и другие бесчисленные
изменения, которые ухудшают техническое состояние. В практической
деятельности отслеживают процесс потери технического состояния
и качества, измеряют, оценивают эти измерения. Для того чтобы
замедлить процесс физического износа, устанавливаются благоприятные
эксплуатационные режимы, применяются различного рода
профилактические работы по техническому обслуживанию и текущему ремонту.
Если ухудшение переходит границы допустимых отклонений, то
проводится капитальный ремонт.
Одновременно с физическим износом продукция морально стареет.
Моральное старение — это процесс относительной потери продукцией
своего качества при сохранении абсолютных значений его показателей
в пределах установленных требований. Моральное старение
охватывает абсолютно все виды продукции. Этот экономический закон не
имеет исключений и находится в прямой зависимости от
научно-технического прогресса.
Неустойчивость, изменчивость качества продукции проявляется не
только в рассмотрении двух основных тенденций ухудшения качества.
Имеются многочисленные примеры неустойчивости качества и в
процессе производства, ее параметры при изготовлении под влиянием тех
или иных производственных причин то и дело не укладываются в
заданные технологические нормы. Неустойчивость качества продукции
определяется и его зависимостью от качества производственного
процесса, качества средств производства, качества труда (рис. 7.1). Таким
Качество производственного процесса
Качество средств производства
*—рСачестео предметов
труда
I
Качество средств
труда
1
I
Качество
труда
| Качество продукции |
Рис. 7.1. Факторы качества продукции
241
образом, качество продукции по своей сущности является объектом
неустойчивым, стремящимся отклониться от заданного уровня,
заданных параметров. Следовательно, качество продукции полностью
отвечает первым двум условиям общей теории управления и поэтому
может служить объектом управления.
В условиях научно-технического прогресса качество продукции
(изделия машиностроения) в большей степени проявляется через их
технический уровень. В связи с этим возрастающую роль будет играть
такое направление в решении проблемы значительного повышения
качества, как оптимальное управление техническим уровнем изделий.
Сложность решения проблемы качества в современных условиях
заключается в ее межотраслевом и межрегиональном характере, когда
качество конечной продукции обеспечивают предприятия различной
отраслевой и территориальной принадлежности. Поэтому для ее
решения необходим системный подход, который охватывал бы все стадии
жизненного цикла продукции: разработку, изготовление, реализацию
и эксплуатацию.
Развитие экономики определяется усилением взаимозависимости
производства и потребления. Повышается роль потребителя в оценке
качества продукции и затрат на ее производство и потребление.
Экономическая интеграция производителя и потребителя привела к тому,
что на качество продукции стали устанавливаться полные затраты, т. е.
затраты изготовителя, обусловленные необходимостью повышения
качества выпускаемой им продукции, и экономия потребителя,
достигаемые за счет использования им продукции высокого качества.
Взаимная экономическая заинтересованность и ответственность
между изготовителями и потребителями является основой перехода от
действующей цены производства со всеми ее негативными
последствиями к цене воспроизводства, в которой заранее отражаются затраты
труда и его экономия. Таким образом формируется потребительно-сто-
имостный подход к обеспечению качества продукции, имеющей своей
целью создание условий для снижения издержек производства на
единицу полезного эффекта потребительной стоимости, а тем самым
повышение степени удовлетворения потребностей за счет увеличения
полезности и качества продукции. Он входит органически составной
частью в механизм экономических отношений между производством
и потреблением, изготовителями и потребителями. При этом
экономика становится по самой своей природе одновременно
социально-ориентированной, а обобществление производства и потребления —
наиболее полным. Это открывает широкие возможности для действия закона
потребительной стоимости.
242
В современных условиях определяющее значение приобретают
корпоративные формы организации производства. В рамках
корпорации в соответствии с законом потребительной стоимости вступает
в действие экономический механизм создания и распределения
результатов производства по эффективности труда в каждом ее
производственном этапе. Этот механизм отражает единство
организационно-технологической и экономической сторон обобществления производства.
Эффективность труда — это критерий, экономический стимул и
источник оплаты труда всех категорий работников за повышение качества
выпускаемой продукции. В практическом отношении используют
производный критерий — коэффициент эффективности труда,
обусловленный влиянием создаваемой системы управления качеством продукции
(Л*?тск)- Значение этого показателя определяется по формуле
где АЭТПОт — величина приращения экономии или высвобождаемого
труда в потреблении единицы продукции после внедрения системы
управления качеством продукции; АЗП — величина приращения затрат
живого труда, обусловленного разработкой и внедрением системы
управления качеством продукции.
При рационально функционирующей системе управления
качеством
ДЭТпот > АЗП или Кэтск > 1.
Таким образом, результатом создания и функционирования
системы управления качеством продукции является повышение
эффективности удовлетворения потребностей, обусловленное использованием
в потреблении высококачественной продукции.
По факторам эффективности сформулированы основные формы
интеграции управления качеством, К ним относятся: экономическая,
нормативная, организационная и информационная формы.
Интеграция управления качеством. Современный этап
развития экономики характеризуется углублением общественного
разделения труда, ростом числа производственных связей, усилением
роли кооперации производителей. Вместе с тем все более жесткие
требования предъявляются к хозяйственному механизму как единой
целостной системе, в которой функционирование отдельных частей и
элементов должно быть подчинено общей цели» На этом этапе развитие
рыночных отношений в условиях расширенного воспроизводства
связано с усилением неценовой конкуренции товаропроизводителей,
16* ' 243
главную роль в которой играет повышение качества объектов
машиностроения. Оно выступает важнейшим фактором роста
эффективности удовлетворения потребностей и конкурентоспособности продукции
на мировом рынке и, таким образом, в значительной мере определяет
цель функционирования хозяйственного механизма.
Это обстоятельство в значительной степени обусловливает
необходимость интеграционного подхода к управлению качеством объектов
машиностроения, обеспечивающего усиление взаимосвязей между
отдельными элементами системы управления качеством, стадиями
жизненного цикла продукции, уровнями управления.
Необходимость интеграционного подхода к управлению качеством
определяется также тем, что с ростом сложности объекта управления
объективно растет степень взаимозависимости его параметров.
Оптимальность поведения объекта управления в условиях внешних
воздействий, внутреннего развития может быть достигнута только при
условии взаимной согласованности во времени и пространстве процессов
управления каждым объектом по стадиям жизненного цикла.
При интеграционном подходе появляется возможность
использовать такие новые факторы обеспечения эффективности управления
качеством, как:
усиление экономических взаимосвязей между производством и
потреблением (маркетинг), возрастание роли потребителя в оценке
качества продукции и затрат на ее производство и потребление,
расширение воспроизводственного влияния конечного потребления на
производство предметов потребления;
внедрение во взаимоотношениях между предприятиями
основополагающего принципа конкурентоспособности продукции «высокое
качество — низкая цена»;
усиление единства экономических интересов производителей и
потребителей в области качества продукции.
Процессы интеграции стали все в большей степени отражать
фундаментальные закономерности общественного развития. Появились
многочисленные успехи на создание:
общей методологической базы для описания интеграционных
процессов, в том числе использование моделирования для исследования
технических систем производства;
интегрирование отраслей знания, например логистики как науки
о едином процессе материальных и информационных
производственных потоков;
интегрированных информационных систем.
Наиболее общей и важной характеристикой функционирования
объектов машиностроения является их качество.
244
В связи с этим процесс интеграции управления качеством объектов
машиностроения приобретает приоритетное значение.
Сквозной механизм управления качеством. В создании
новых прогрессивных изделий участвуют три стороны: потребитель
(маркетинг), разработчик и изготовитель. Уровень качества
закладывается в процессе разработки продукции, обеспечивается в производстве,
поддерживается и реализуется в эксплуатации, потреблении. Для
соблюдения строгой последовательности формулируется эффективный
механизм сквозного управления качеством, реализуемый
соответствующими системами управления.
Формированием сквозного механизма соблюдения строгой
последовательности устанавливают взаимное согласование критериев
эффективности между всеми смежными звеньями и системами. В
совершенствовании управления качеством продукции главную роль отводят
отработке механизма взаимодействия потребителя, разработчика и
изготовителя. Наряду с внедрением экономических методов и
устранением излишней регламентации их деятельности большое значение здесь
имеет и четкое определение их прав и взаимной ответственности за
достижение высокого конечного результата.
7.2. Сущность управления качеством продукции
7.2.1. Понятие управления качеством продукции
Процесс создания новых изделий является одним из наиболее
сложных и трудных для моделирования. Прежде всего это объясняется
тем, что он состоит из большого числа крупных и мелких этапов
операций и других последовательно или параллельно совершаемых актов
перехода от менее совершенного и завершенного к более
определенному и законченному. Каждый этап, акт процесса может отличаться от
предыдущего и последующего по форме и содержанию; они могут
быть разнесены в пространстве и во времени, иметь различную
длительность, выполняться на разных предприятиях и в подразделениях
одного предприятия, быть в начале или конце цикла разработки.
Вместе с тем это разнообразие путей создания изделия сводят к такому
множеству свойств, которое, с одной стороны, было бы реально
обозримо для исследования, а с другой — позволило бы формализовать
как сам процесс создания изделия, так и процесс его анализа.
Процесс создания изделий укрупненно можно представить в вчиде
схемы, показанной на рис. 7.2, а. Три стадии жизненного цикла —
проектирование, производство и эксплуатация изделий — включают
в себя три взаимосвязанных процесса:
245
Проектирование Производство
4.^,1 < 1 - 1 О
|
Гз~
1 , Обеспечение
Т"
]~3~
Эксплуатация
[ | Поддержание
! 1^.1 / 1 - 1 о
1 ' |
=Гз
*;
Проект решении _ |
* 1
1
>
Вход ДО
Изм<
»
грен*
*
—~
УпраВпенне
_|
+
Процесс (г)У-
—»•
*е х I Измерение
Контроль
. I
\
Выход (у)
2.
| "*
Измер
б)
Рис. 7.2. Схема создания по стадиям жизненного цикла изделий (а) и модель системы
сложных процессов управления в процессе создания изделий (б):
I — достижение; 2 — контроль; 3 — управление
формирование, обеспечение, поддержание качества продукции;
контроль качества продукции;
управление качеством продукции (УКП).
Эта последовательность присуща созданию как сложных, так
и простых изделий.
Под управлением качеством продукции (УКП) понимают действия,
осуществляемые при создании и эксплуатации или потреблении
продукции, в целях формирования, обеспечения и поддержания
необходимого уровня ее качества (ГОСТ 15467—79), УКП осуществляет
воздействие на вход и процесс, имеет свой объект, проблему и программу
управления (рис. 7.2, б).
Под управлением качеством продукции непосредственными
объектами управления понимаются процессы функционирования изделия
с учетом совокупности свойств качества, изготовления, создания
изделий и организации производства.
Под проблемой управления понимают достижение определенных
по величине показателей качества продукции, при которых
достигаются максимальная рациональность, эффективность, совершенствование
использования.
246
Рациональность предполагает удовлетворение некоторых
ограничений, пороговых или качественных требований, позволяющих отличить
«нерациональное» от «рационального».
Эффективность связана с поиском и выбором в множестве
допустимых наилучших значений показателей качества в заданном
диапазоне условий работы изделия. Эффективность нельзя понимать в смысле
обязательного повышения технических или физико-химических
показателей качества продукции. В действительности не всегда
целесообразно повышать скорость, мощность, точность, надежность; затраты на
их повышение должны быть оправданы получением соответствующего
эффекта.
При достижении эффективности соблюдают следующие
требования: функционирование изделия по совокупности показателей качества
с учетом их полноты и детализации. Полнота качества продукции
характеризует уровень охвата управляющих параметров и тем самым —
полностью работу изделия. Детализация заключается в доведении
отклонений (допусков) качества продукции до допусков на каждый
параметр и каждый вид его отклонения (размер, форма, шероховатость,
волнистость, расположение поверхностей).
Адекватной изменению показателей качества и условий
функционирования изделия является совершенствование. Оно концентрирует
внимание на создании такого механизма управления, который бы
обеспечил развитие и совершенствование объекта управления, изменение
его структуры в соответствии с динамикой условий
функционирования. Более совершенна та система, которая успешно адаптируется
к более широкому диапазону условий работы.
Информацию о фактическом состоянии предмета управления
получаем из сопоставления реальных его параметров с параметрами,
заданными программой управления качеством продукции. Программа
управления гарантирует качество и включает две фазы создания изделий:
разработку изделия, количественные характеристики которого
экономичны с точки зрения его использования;
разработку ряда технологических процессов на экономически
приемлемых условиях, обеспечивающих достижение заданного уровня
качества продукции.
Программой в системе управления качеством является стандарт на
технические условия изделия.
Хотя принято считать, что степень соответствия техническим
условиям должна сопровождаться по возможности низким процентом
дефектности, однако это вовсе не значит, что он должен быть
непременно нулевым, без отклонений.
247
7.2.2. Формирование качества изделия
при проектировании
При проектировании изделия в него закладывается необходимый
уровень качества продукции.
Комплекс мероприятий по управлению качеством осуществляется
на следующих этапах:
выполнение научно-исследовательских работ;
разработка, рассмотрение и утверждение технического задания
(ТЗ);
разработка, рассмотрение и утверждение эскизного проекта (ЭП);
разработка, рассмотрение и утверждение технического проекта
(ТП);
разработка, рассмотрение и утверждение рабочего проекта;
изготовление, испытание и доводка, освоение опытного образца.
Техническоезадание. ТЗ является основным исходным
документом при создании новой продукции и соответствующей
документации; оно разрабатывается на основе результатов
научно-исследовательских и экспериментальных работ, научного прогнозирования,
анализа передовых достижений отечественной и зарубежной
промышленности. В ТЗ, согласно ГОСТ 15.001—73, должны включаться
прогнозируемые показатели технического уровня и качества продукции с
отражением уровня стандартизации и унификации. Его подготовку, как
правило, ведет разработчик продукции. Для предварительной оценки
возможности реализации требований технического задания вводится
этап ТП.
При разработке ТП рассматривается, как правило, ряд вариантов
структурных схем конструкции. Анализ выполнимости различных
возможных структурных схем может быть проверен на основе
использования опыта, с помощью моделирования и функционального анализа,
лабораторного экспериментирования и испытаний, создания макетов
или сочетания указанных методов.
В результате анализа выполняется отбор допустимых
конструктивных решений, удовлетворяющих требованиям ТЗ по показателям
качества.
Эскизный проект. На этапе ЭП решаются задачи выбора
принципиальных конструктивных решений, дающих общее представление
об устройстве и принципе работы изделия. ЭП должен содержать
данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные
размеры разрабатываемых изделий. На этом этапе выполняется
предварительный расчет функциональных параметров и показателей
качества разрабатываемого изделия.
248
Признаками нормального формирования качества изделий на этапе
ЭП являются:
правильный выбор конструктивных решений, зависящий от
качественного расчета, удачных компоновок и выбора материала,
обоснованного назначения допусков, конструкции кинематических узлов,
достаточной жесткости конструкции, учета требований технологии;
правильный выбор решений технологического характера,
зависящий от технологичности деталей и самого изделия, выбора точности
обработки, выбора методов контроля и вида соединения (сварка,
пайка, механическое крепление);
отсутствие ошибок производственного характера из-за применения
некачественного сырья, материалов и комплектующих изделий,
использования оборудования, станков, инструмента, не соответствующих
технологическим требованиям, отступления от технологических
режимов, нарушения правил контроля и приемки;
^ отсутствие ошибок, вызванных эксплуатацией; применением
несоответствующих топлив, смазок и других эксплуатационных
материалов; нарушением правил технического обслуживания, условий и
режимов эксплуатации.
При разработке эскизного проекта для выбора вариантов основной
схемы и общей конструкции машины применяют методы инверсии,
аналогии, конструктивной преемственности; при этом особо выделяют
требования к соблюдению показателей качества, технической эстетике,
увеличению рентабельности машин и повышению экономического
эффекта в течение всего периода работы.
Расчет обеспечения качества осуществляется в процессе эскизного
проектирования, когда становятся известны варианты конструктивной
схемы изделия.
Технический проект. На этом этапе проводится всесторонняя
теоретическая и экспериментальная проработка схемных и
конструктивных решений разрабатываемого изделия. ТП должен содержать
расчетное подтверждение соответствия отдельных функциональных
параметров и показателей качества заданным требованиям. На данном
этапе проводится всесторонняя проверка предлагаемых вариантов
изделия на макетах или специальных установках.
При наличии перегруженных элементов изделия разрабатываются
мероприятия по их разгрузке. Эти мероприятия, как правило, влияют
на увеличение массы и стоимости изделия, поэтому окончательное
решение является результатом компромисса между параметрами и
качеством изделия посредством применения методов оптимизации.
После выбора элементов и определения режимов их использования
проводится оптимизация показателей качества изделия.
249
При больших запасах работоспособности расширяют допуски на
элементы, а при отсутствии запасов — наоборот, ужесточают их.
На этапе ТП должны решаться также вопросы обеспечения
ремонтопригодности и контролепригодности, являющиеся составными
частями технологичности.
При отработке изделия на ремонтопригодность следует обращать
внимание на следующие требования:
простота и удобство разборки и сборки;
доступ к деталям и узлам, обладающим повышенными
требованиями качества при замене;
степень применения унифицированных деталей и узлов;
наличие маркировки элементов.
При отработке изделия на контролепригодность следует обращать
внимание на обеспечение необходимой точности и достоверности
контроля при условии снижения трудоемкости, стоимости и уменьшения
цикла технического контроля. Комплекс выполняемых при этом работ
в общем случае включает рассмотрение возможности повышения
серийности при техническом контроле посредством группирования
изделий и их элементов по контролируемым параметрам, использования
универсальных, стандартных и прогрессивных средств контроля,
механизации и автоматизации контроля, применения
высокопроизводительных типовых процессов контроля и методов контроля, а также
удобство контроля. Отработка конструкции на контролепригодность
производится также на всех последующих стадиях разработки изделия, при
технологическом оснащении производства и изготовления изделия.
По окончании этапа ТП составляется заключение о качестве
изделия.
Этап опытных образцов. Проводится разработка
конструкторской документации опытного образца (опытной партии),
изготовление, испытание опытных образцов, корректировка конструкторских
документов по результатам испытаний. Специалисты по качеству и
надежности обращают внимание на реализацию всех рекомендаций,
разработанных на предыдущих этапах. При необходимости определяются
режимы и продолжительность технологической приработки,
направленной на выявление ранйих отказов. В зависимости от специфики
изделия на данном этапе проводятся испытания на надежность. На
основании подробного анализа результатов испытаний производится
корректировка конструкторской документации, улучшающая качество
проекта, и принимается решение о сдаче проекта государственной
комиссии.
250
Общий порядок разработки, согласования и утверждения ТЗ,
проведения экспертизы технической документации, испытаний опытных
образцов, выдачи разрешений для постановки на производство новой
и модернизированной продукции устанавливает ГОСТ 15.001—73.
Основными положениями стандарта являются:
организационные функции, выполняемые заказчиком,
разработчиком, изготовителем и потребителем продукции;
порядок разработки, согласования и утверждения технических
заданий;
порядок проведения экспертизы технической документации;
порядок проведения испытаний опытного образца;
порядок проведения контрольных испытаний продукции.
Частью проведения экспертизы технической документации,
осуществляемой в соответствии с ГОСТ 15.001—73, является метрологическая
экспертиза конструкторской и технологической документации. Она
проводится с целью анализа и оценки технических решений по выбору
параметров, подлежащих измерению, установлению норм точности и
обеспечению методами и средствами измерений процессов разработки,
изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта изделий.
В ГОСТ 15.001—73 предусмотрен порядок проведения авторского
надзора при освоении и производстве новой и модернизированной
продукции. Целью авторского надзора является обеспечение
изготовителем реализации технических решений разработчика,
предусмотренных технической документацией, и своевременное устранение
выявленных недостатков продукции.
Объектами авторского надзора являются:
продукция или ее составные части;
техническая документация;
материалы, полуфабрикаты и комплектующие изделия;
технологический процесс;
метрологическое обеспечение.
Авторский надзор проводит предприятие-разработчик.
7.2.3. Обеспечение качества продукции
в процессе производства
Обеспечение качества продукции в процессе производства зависит
от следующих важнейших внутрипроизводственных факторов:
организация и обеспечение ритмичности работы предприятия и его
цехов;
качество поступающих и комплектующих изделий;
уровень метрологического обеспечения производства;
251
управление технологическим процессом;
контроль и испытания продукции.
Организация и обеспечение ритмичности работы предприятия
и его цехов является одной из предпосылок выпуска
высококачественной продукции.
К мероприятиям, обеспечивающим равномерный запуск и выпуск
продукции, относят:
равномерное снабжение цехов сырьем, материалами и
комплектующими изделиями;
надлежащее хранение и транспортирование заготовок, деталей,
узлов, агрегатов и готовой продукции;
организацию оперативно-производственного планирования и
работу по графику;
создание и поддержание оборотных заделов;
внедрение научной организации труда и управление его качеством.
Требуемый уровень качества выпускаемой продукции при
заданных затратах обеспечивается комплексом мероприятий по управлению
качеством потребляемых предприятием материалов, сырья и
комплектующих изделий. Для этого службы предприятия должны решать
следующие основные задачи:
получение объективной, необходимой и достаточной информации
о качестве поступающих на предприятие сырья, материалов и
комплектующих изделий;
взаимодействие с предприятиями-поставщиками и
предприятиями-смежниками с целью совершенствования требований к качеству
сырья, материалов, комплектующих изделий, а также принятой на этих
предприятиях системы контроля качества поставляемых ими сырья,
материалов и комплектующих изделий;
совершенствование и оптимизация технологии входного контроля
сырья, материалов и комплектующих изделий.
На предприятиях создается метрологическая служба с целью:
повсеместного соблюдения требований нормативно-технических
документов Государственной системы обеспечения единства
измерений;
планомерного внедрения методик измерений, отвечающих
современным требованиям производства и обеспечивающих выпуск
продукции высокого качества;
постоянного контроля за состоянием и правильностью применения
средств измерения.
Структура, задачи и функции метрологической службы, ее
взаимодействие с подразделениями предприятия могут быть определены
стандартом предприятия.
252
Основной целью управления технологическим процессом является
обеспечение информации о ходе процесса и оказание помощи в
выпуске качественных изделий. Главным здесь является не постоянное
участие в процессах контроля и сортирования продукции, а
предупреждение появления дефектных изделий.
Управление технологическим процессом предполагает
определение:
возможностей процесса производства;
степени соответствия изделия техническим условиям;
причин отклонений от норм;
причин несоответствия техническим условиям;
управляющих воздействий, необходимых для устранения
отклонений, вызывающих несоответствие продукции техническим условиям.
Управляемым технологическим процессом является такой процесс,
для которого установлены входные управляющие воздействия и
выходные параметры. Зависимости между ними определены методами
измерения входных воздействий и выходных параметров и методами
управления процессом.
Управляемыми переменными являются:
параметры технологического процесса;
состояние средств технологического оснащения;
технико-экономические показатели производства изделий,
формируемые в ходе технологического процесса (производительность,
себестоимость, точность, выход годной продукции и др.).
Среди управляемых переменных параметров особо выделяют
точность технологических процессов.
Оценка точности и стабильности технологических процессов
проводится на стадии технологической подготовки и в процессе
установившегося производства при плановых и неплановых проверках по
ГОСТ 27.201—83 и ГОСТ 27.201—81.
Для того чтобы обеспечить необходимое состояние и точность
технологического оборудования и оснастки, гарантирующие выполнение
требований нормативно-технических документов при изготовлении
продукции, определяют сроки, методы и средства проверки состояния
технологического оборудования и оснастки, условия проведения их
технического обслуживания и ремонта, а также порядок их
модернизации или замены.
На предприятиях, располагающих автоматизированной системой
управления предприятием (АСУП), в ее состав вводят подсистему
управления качеством — автоматизированные системы управления
технологическими процессами (АСУТП), общие требования к которым
установлены в ГОСТ 24.104—85. АСУТП должна обеспечивать управ-
253
ление технологическим объектом в реальном времени в соответствии
со сформулированной целью управления (критерием управления).
Автоматизированную подсистему управления качеством продукции
используют для решения задач управления качеством на этапе
подготовки производства изделий в условиях функционирования АСУ.
На стадии подготовки производства новых изделий в обязанности
технолога машиностроительного предприятия входит разработка
технологических процессов на выпускаемые изделия, конструирование
необходимой технологической оснастки, разработка технологических
процессов ее изготовления, а также организация и управление
процессами подготовки производства и отладка производственных процессов,
включая их функционирование.
На машиностроительных предприятиях — серийный тип
производства. Поэтому все возрастающая номенклатура выпускаемых изделий
с одновременным усложнением их конструкции и технологических
процессов производства требует увеличения объема проектно-конст-
рукторских работ, численности инженерно-технических работников. С
применением АСУТП значительно сокращается объем упомянутых
работ с устранением рутинных работ, что имеет особое значение в
гибких производственных системах.
В настоящее время наилучшая форма организации процесса
проектирования достигается использованием систем автоматизированного
проектирования (САПР), основными частями которых являются
технические средства, общее и специальное программное и математическое
обеспечение и как основная часть — сам проектировщик.
Повышению производительности труда технолога-проектировщика
способствуют совершенствование системы проектирования,
комплексная автоматизация умственно-формальных, нетворческих функций
проектировщика, разработка математических моделей для машинного
воспроизведения.
Проектирование технологических процессов начинается с анализа
ТЗ на проектирование, затем разрабатывается принципиальная схема
технологического процесса, проектируется технологический маршрут
обработки детали, технологических операций, разрабатываются
управляющие программы.
Экономическая эффективность автоматизации проектирования
технологических процессов в условиях действующего вычислительного
центра определяется по формуле
АЭ = АЭП + АЭК,
где АЭП — прямой, АЭК — косвенный экономический эффекты,
соответственно.
254
Для обеспечения нормального хода технологических процессов
и их стабильности должны быть выполнены следующие мероприятия:
организация и проведение исследований состояния
технологических процессов;
сбор замечаний и предложений исполнителей технологических
операций по качеству нормативно-технической документации, анализ
и обобщение этих замечаний и предложений для принятия мер по
ним;
разработка графиков и планов материально-технического
обеспечения ритмичной работы производства, своевременная подача заявок
и реализация фондов;
управление технологическими процессами (УТП). Основные
положения по УТП производства изделий машиностроения устанавливает
ГОСТ 16.001—76.
УТП — комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение
эффективности производства в соответствии с выбранным критерием
оптимальности при заданных технологических, экономических и других
производственных ограничениях. Комплекс мероприятий состоит из
сбора, обработки и анализа информации о технологическом процессе
и осуществления на основе этой информации контроля и
регулирования технологических процессов с помощью средств автоматизации
и методов организации и управления производством с использованием
вычислительной техники. Основными критериями УТП являются
повышение производительности труда, улучшение качества продукции,
экономия материальных ресурсов, снижение себестоимости,
улучшение условий труда и культуры производства.
В управлении технологическим процессом активно используется
контроль технологической дисциплины в процессе производства на
предприятиях машиностроения и приборостроения.
Технологическая дисциплина является необходимым условием
и основой обеспечения требуемого качества изготовляемой продукции.
Цель контроля технологической дисциплины — предупреждение
возможных нарушений технологических процессов, уменьшение
производственного брака, повышение стабильности качества выпускаемой
продукции, предотвращение преждевременного выхода из строя
оборудования и технологической оснастки, уменьшение издержек
производства и повышение культуры производства.
При контроле технологической дисциплины должны решаться
следующие основные задачи:
определение соответствия технологического процесса изготовления
изделия требованиям конструкторской и технологической
документации;
255
определение характера и причин нарушений;
разработка мероприятий по предотвращению нарушений
технологического процесса;
определение уровня технологической дисциплины.
Объектами проверки при контроле технологической дисциплины
являются:
отдельные изделия или их составные части;
отдельные технологические процессы или технологические
операции;
отдельные средства технологического оснащения.
Технологическая дисциплина базируется на следующем:
выполнение требований технологической, конструкторской и
организационно-технической документации, действующей на предприятии;
укомплектованность рабочих мест требуемой по документации
технологической оснасткой, оборудованием, приспособлениями,
инструментом требуемого качества.
В управлении технологическим процессом активно используются
статистические методы управления качеством продукции, которые
подразделяются на два вида: статистическое регулирование
технологических процессов и статистический приемочный (выборочный)
контроль изделий.
7.2.4. Контроль качества продукции
Основные положения систем контроля качества. Для
существенного повышения эффективности всего общественного
производства и обеспечения функционирования систем управления
качеством продукции разрабатывают системы контроля качества. Целью
создания систем контроля качества является внедрение в
промышленность единых объективных методов и средств контроля,
алгоритмизация всех способов и видов контроля с дальнейшей их автоматизацией
и переходом на автоматизированную систему контроля качества в
общей автоматизированной системе управления качеством. Системы
контроля качества изделий машиностроения строятся на тех же
принципах, что и системы управления качеством продукции.
Задачами систем является проверка установления и обеспечения
соответствия:
проектно-конструкторских разработок требованиям современного
технического уровня;
процесса изготовления изделий требованиям конструкторской
и технологической документации;
256
обеспеченности организационно-технического уровня производства
требованиям проектно-конструкторской документации;
уровня качества продукции установленным требованиям;
качества технического обслуживания и ремонта изделий
требованиям нормативно-технической документации;
качества выполнения исполнителями возложенных на них
обязанностей установленным требованиям.
Объектом системы контроля качества является общественный
процесс производства, состоящий из следующих составных частей:
труд людей, которые осуществляют процесс производства;
средства труда, т. е. вся совокупность применяемого оборудования,
оснастки, инструмента, производственных сооружений;
предметы труда, т. е. вся изготовляемая и выпускаемая продукция
на различных стадиях ее создания, производства, эксплуатации и
ремонта.
Построение систем контроля качества необходимо
рассматривать в трех направлениях, в которых строятся системы, подсистемы,
части подсистем, элементы частей и т. д., образующие
иерархические уровни:
первое направление (по вертикали) — уровни функционирования
системы: государственный, отраслевой и уровень предприятия;
^ второе направление (по горизонтали) —
организационно-технические проблемы: состав, структура и функциональная связь служб
контроля, объекты, виды, методы и средства контроля и регулирования
производства;
третье направление — этапы: проектирование, изготовление,
эксплуатация и ремонт.
Подсистемой системы контроля качества на этапе производства
является система технического контроля — совокупность средств
контроля и исполнителей, взаимодействующих с объектом контроля по
правилам, установленным соответствующей документацией.
Виды контроля качества продукции. НТД определяет вид
контроля как классификационную группировку контроля по
определенному признаку. Многообразие контроля качества продукции (ККП)
привело к ее систематизации.
В зависимости от возможности использования
проконтролированной продукции различают разрушающий контроль и неразрушающий
контроль.
Разрушающий контроль делает продукцию непригодной к
дальнейшему использованию.
17-4523 257
В зависимости от объема контролируемого материала различают
сплошной контроль, при котором контролируются все единицы
продукции, и выборочный контроль, при котором контролируется
относительно небольшое количество единиц продукции из совокупности,
к которой она принадлежит. Выборочный контроль, процедуры и
правила которого основаны на законах математической статистики,
называется статистическим контролем качества продукции.
Различают ККП для решения ее годности и приемки —
приемочный контроль (не обязательно готовой продукции) и ККП для оценки
состояния технологических процессов. Последний вид контроля
является статистическим и называется статистическим
регулированием технологических процессов.
Контроль может быть активным и пассивным. При активном
контроле принимаются решения по улучшению качества продукции, при
пассивном контроле только фиксируется брак.
В зависимости от места ККП в процессе ее изготовления
различают входной контроль, операционный контроль, контроль готовой
продукции, иногда именуемый финишным. Входной контроль не является
обязательным, но в ряде случаев он необходим; используется перед
запуском продукции в производство.
Важное значение имеет операционный контроль. Своевременное
выявление брака на операциях позволяет исключить пропуск его
потребителю и направлено на повышение эффективности производства.
Несколько особое место среди перечисленных видов контроля
занимают инспекционный и летучий контроль. Инспекционный контроль —
это контроль уже проконтролированной продукции, из которой
исключен обнаруженный брак. Летучий контроль также носит
инспекционный характер.
В зависимости от средств получения информации о показателях
качества различают визуальный, органЪлептический и
инструментальный контроль.
Средства контроля (СК) — это техническое устройство для
проведения контроля. СК и их характеристики должны быть указаны в
стандартах на правила приемки и методы контроля.
Многообразие СК требует определенной классификации. В основу
такой классификации положены следующие признаки: по средству
получения информации, по требованию к контролируемому параметру,
по точности СК, по конструкции СК.
Наиболее совершенный вид контроля — инструментальный —
осуществляется с помощью всевозможных средств измерений,
являющихся в этом случае СК.
258
Контроль функционирования ряда технических устройств принято
считать испытаниями (четкого различия в понятиях контроль и
испытания для широкой области условий нет). В этом случае СК
отождествляются со средствами испытаний.
Результаты контроля и принимаемые по ним решения существенно
зависят от точности СК. Точность традиционных средств измерений,
применяемых в качестве СК, обычно характеризуется предельной
погрешностью. Эта погрешность представляет допустимое отклонение
результата измерения от истинного значения измеряемой величины, за
которое принимается результат измерений той же величины,
полученной эталоном.
При выборе СК важное значение имеет обоснование требования
к их точности. Характер конструкции СК в значительной степени
определяется видом контролируемого параметра: линейно-угловой
весовой, тепловой, электрический, механический и др. Многообразие
конструкции СК может быть представлено автоматизированными и
неавтоматизированными, переносными и стационарными, универсальными
и специальными и т. д.
Планы контроля. Согласно ГОСТ 15895—77,планом контроля
(ПК) называется совокупность данных о виде контроля, объемах
контролируемой партии продукции, выборок или проб, о контрольных
нормативах и решающих правилах. В соответствии с ГОСТ 23853—79 ПК
включаются в стандарты на правила приемки продукции, методы
контроля и документацию на технологию контрольных операций.
ПК устанавливается в процессе разработки технологии
контрольных операций, а также других документов по контролю качества
продукции.
7.2.5.Испытание промышленной продукции
Испытанием называют экспериментальное определение
количественных или качественных характеристик свойств объекта как
результата воздействия на него, при его функционировании, моделировании
объекта и воздействий. Под объектом понимают продукцию —
изделие или материалы, подвергаемые испытаниям. Испытания
осуществляют по заданным программам.
Испытания, обеспечивающие получение объективной, достоверной
информации о фактических значениях показателей качества
продукции, являются тем органом в системе управления качеством, без
которого не может осуществляться обратная связь, являющаяся
важнейшим звеном любой системы управления.
п* 259
Испытания опытных образцов, установочных и первых
промышленных партий, контрольные периодические испытания серийной
продукции — это основа построения всей системы разработки и
постановки продукции на производство, установленной ГОСТ 15.001—73.
Постоянное повышение требований к качеству выпускаемой
продукции, рост сложности современной техники, создание новых видов
продукции с использованием последних достижений науки и техники
определили значительное расширение видов испытаний, увеличение
их сложности и трудоемкости.
Диапазон современных задач в области испытаний продукции
в определенной степени характеризуется разнообразием видов
испытаний, проводимых на различных стадиях жизненного цикла продукции.
Испытания подразделяют следующим образом:
по назначению — на исследовательские, контрольные,
сравнительные, определительные;
по уровню проведения — на государственные, межведомственные,
ведомственные;
по этапам разработки продукции — на доводочные,
предварительные, приемочные;
по испытаниям готовой продукции — на квалификационные,
предъявительские, приемо-сдаточные, периодические, инспекционные,
типовые, сертификационные;
по продолжительности — на нормальные, ускоренные,
сокращенные;
по виду воздействия — на механические, климатические,
термические, радиационные, электрические, электромагнитные, магнитные,
химические, биологические;
по результату воздействия — на неразрушающие, разрушающие,
испытания на прочность и устойчивость;
по определяемым характеристикам объекта — на функциональные
испытания на надежность, безопасность, транспортабельность,
граничные, технологические.
Следует отметить, что тенденция роста трудоемкости испытаний
сохраняется и в настоящее время, несмотря на имеющиеся достижения
в области их автоматизации. Так, в производстве интегральных схем
трудоемкость испытаний и контроля доходит до 70—80% от общей
трудоемкости их изготовления, в прецизионном приборостроении —
до 50—60%.
Испытания являются неотъемлемой частью взаимоотношений
заказчика и изготовителя продукции, предприятия-изготовителя
конечной продукции и предприятий-смежников, поставщика и потребителя
при внутреннем и международном товарообмене.
260
Появились новые виды испытаний. Введенная сертификация
продукции по категориям качества привела к необходимости проводить
специальные сертификационные испытания для выявления
сравнительных характеристик сертифицируемых изделий.
* Во всем мире остро стоит проблема сокращения материальных
средств и труда, затрачиваемых на испытания, исключения
дублирования испытаний у поставщика и потребителя. Поэтому в последнее
время стало уделяться все большее внимание сертификации продукции
как на национальном, так и на международном уровнях. Для этих
целей продукция, главным образом идущая на экспорт, подвергается
испытаниям на соответствие международным или национальным
стандартам, в признанных и получивших право на проведение
сертификационных испытаний испытательных лабораториях (центрах). Такие
испытания проводятся в первую очередь в части безопасного
использования и охраны окружающей среды. При этом испытательные центры
проводят зачастую не только испытания образцов, но и периодические
инспекционные испытания продукции для контроля стабильности ее
качества на предприятиях, выпускающих эту продукцию.
Важнейшей составной частью требований, предъявляемых при
аттестации к испытательным лабораториям, являются требования к
метрологическому обеспечению методов и средств испытаний как
основному фактору достижения требуемой точности, воспроизводимости и
достоверности результатов испытаний.
7.2.6. Поддержание качества изделий при эксплуатации
К важнейшим условиям поддержания качества изделий при
эксплуатации можно отнести обеспеченность информацией.
Применительно к изделиям машиностроения необходима информация о
процессах формирования их состояний. Большое значение здесь имеют
количественные и качественные характеристики состояний, динамика их
изменений.
Дальнейшим этапом поддержания качества и повышения
эффективности управления техническим состоянием является применение
средств инженерного воздействия с учетом требований эксплуатации
для оптимизации самого состояния. К распространенным средствам
такого воздействия относят защиту изделий от коррозии и старения,
техническую диагностику изделий и в предельных случаях принимается
решение о снятии продукции с производства.
Сбор и анализ информации о качестве продукции.
Информация о качестве продукции должна быть достоверной,
своевременной и полной. Эта информация может быть трех видов:
261
внутренняя информация предприятия-изготовителя (результаты
стендовых, заводских испытаний, данные отдела технического
контроля и др.);
информация о качестве изделий, ранее выпущенных данным
предприятием и находящихся в эксплуатации у потребителей (сведения
о надежности, ремонтных издержках и др.);
информация о качестве отечественной и зарубежной продукции,
аналогичной или родственной той, которая изготовляется данным
предприятием (данные отечественных и международных выставок,
материалы отечественной и иностранной литературы и др.).
При наличии на предприятии вычислительного центра с ЭВМ
определяется порядок поступления информации на ЭВМ, ее обработки
и хранения. При отсутствии ЭВМ определяются методы ручной
обработки информации и правила ее хранения.
Защита изделий от коррозии и старения
(антикоррозионная защита) — комплекс средств защиты металлов и сплавов
металлических изделий от коррозии. Антикоррозионную защиту следует
предусматривать на всех стадиях производства и эксплуатации
изделий из металла — от проектирования объекта и выплавки металла до
сборки изделий, хранения готовых изделий, транспортирования и
эксплуатации. Потери от коррозии составляют около 12% от годовой
выплавки металла. Коррозия металлов приводит не только к
безвозвратным их потерям, но и к преждевременному выходу из строя
дорогостоящих и ответственных изделий, к нарушению технологических
процессов и простоям оборудования. В ряде случаев коррозия вызывает
аварии.
К основным методам антикоррозионной защиты относятся:
легирование металлов, термообработка, ингибирование
окружающей металл среды, деаэрация среды, водоподготовка, защитные
покрытия, создание микроклимата и защитной атмосферы.
Для защиты изделий разработана Единая система защиты от
коррозии и старения (ЕСЗКС) для машин, приборов и других технических
изделий. Стандартизация в рамках ЕСЗКС предусматривает:
допустимые и недопустимые контакты металлов, различные неметаллические
покрытия — лакокрасочные, пластмассовые, каучуковые, масла
и смазки; различные металлические покрытия; консервационные
материалы (масла, смазки и нефтяные ингибированные тонкопленочные
покрытия); методы ускоренных испытаний защитных свойств.
Старение металлов и сплавов выражается в изменении их свойств
и обусловлено термодинамической неравномерностью исходного
состояния и постепенным приближением структуры к равновесному
состоянию.
262
К основным методам защиты изделий от старения относятся
методы термообработки.
В защите конструкций от коррозии важное значение имеет
оптимальное конструирование. С его помощью устраняют уязвимые для
коррозии места конструкций (щели, зазоры, застойные места),
исключают неблагоприятные контакты разнородных металлов, усиливающих
коррозию.
Снятие продукции с производства. Установлен общий
порядок снятия с производства устаревшей и другой продукции (ГОСТ
15.801—80). Порядок распространяется на продукцию всех отраслей
промышленности, включая товары народного потребления.
Своевременное снятие с производства продукции обеспечивает:
систематическое обновление изготовляемой промышленностью
продукции за счет увеличения выпуска новой продукции (при
рациональном использовании сырья, материалов, топлива и энергии в
процессе ее использования) для удовлетворения потребностей народного
хозяйства, населения и экспорта;
исключение расходов на производство продукции, не имеющей
спроса у потребителя;
предотвращение выпуска продукции, у которой обнаружены при
эксплуатации свойства, требующие прекращения ее выпуска.
Задания по снятию с производства продукции должны
предусматриваться в проектах годовых планов наряду с заданиями по освоению
новых видов промышленной продукции, при этом необходимо
учитывать тенденции изменения технического уровня продукции.
Снятие продукции с производства означает прекращение ее
промышленного выпуска в стране по следующим причинам:
несоответствие технического уровня и качества выпускаемой
продукции современным требованиям;
сокращение номенклатуры данного вида продукции вследствие
работ по унификации;
отсутствие в течение установленного времени заказа на поставку
продукции или покупательского спроса.
Кроме того, должна быть предусмотрена своевременная замена
устаревшей продукции.
Техническая диагностика изделий машиностроения.
Выявление дефектов до возникновения отказа, прогнозирование
аварий, оценка качества изготовления отдельно взятого изделия,
планирование профилактических работ успешно решают с помощью
технической диагностики. Техническая диагностика позволяет установить
начало появления опасного дефекта задолго до того времени, когда
потребуется немедленное прекращение работы изделия. В любой момент
263
времени в состоянии изделия (машины) существует неопределенность,
выявить которую можно только с помощью технической диагностики.
Для получения соответствующей информации о состоянии изделия
разработана система технического диагностирования, включающая
методы и средства измерения, номенклатуру показателей
диагностирования, методы диагностирования, правила обеспечения
контролепригодности.
К системе технической диагностики и к диагностическим
приборам предъявляются противоречивые требования: с одной стороны,
получение более подробных сведений о состоянии изделия, с другой —
система диагностики и приборы не должны быть чрезмерно сложными
и дорогостоящими, а затраты времени и средств были бы
минимальными.
Задача технической диагностики в связи с конечным значением
разрешающей способности любого метода измерения и любого
измерительного прибора должна быть ограничена. Создание методов
и приборов, обеспечивающих этот уровень технической диагностики,
дает большую экономию средств, затрачиваемых на ремонт в период
эксплуатации, и обеспечивает достоверный выходной контроль при
выпуске изделий.
Установлена следующая номенклатура показателей
диагностирования: вероятность ошибки диагностирования, апостериорная
вероятность ошибки диагностирования, вероятность правильного
диагностирования, средняя оперативная продолжительность диагностирования,
средняя стоимость диагностирования, средняя оперативная
трудоемкость диагностирования, глубина поиска дефекта (ГОСТ 23564—79).
Показатели диагностирования определяют при проектировании,
испытании и эксплуатации системы диагностирования; их включают в
техническое задание на изделие. Показатели нормируют, исходя из
условия обеспечения максимальной эффективности использования изделия
с применением технического диагностирования на основе расчетов
технико-экономического обоснования систем диагностирования.
Показатели диагностирования используют при сравнении различных
вариантов систем диагностирования.
Метод диагностирования опирается на решение основных задач:
по принятому от изделия сигналу требуется определить,
исправлено оно или нет;
путем измерения параметров изделия требуется определить
величину параметров состояния, например, не разбирая изделия, нужно
измерять зазоры в кинематических парах, качество поверхности пар
трения, погрешности шестеренчатых зацеплений и другие нарушения в
конструкции.
264
73. Инженерно-технический подход
обеспечения качества
7.3.1. Исходные данные обеспечения качества
При обеспечении качества изделий машиностроения необходимо
уметь количественно оценивать параметры изделия, показатели
качества, критерии, ограничения.
Параметр изделия количественно характеризует любые его
свойства, в том числе и входящие в состав качества изделий
машиностроения. Параметры, используемые при оценке качества и
технического уровня, являются показателями качества и подразделяются в
зависимости от целей квалиметрического анализа, учета, структурного
соотношения свойства изделия. Параметры, вызывающие изменение
показателей качества, называют функциональными. К ним относят
геометрические, структурные из числа физических, механических,
энергетических, кинематических, динамических, они бывают номинальные,
предельные и имеют допуск. Геометрические параметры продукции
обеспечиваются, как правило, конструктивно, а структурные —
конструктивно и технологически.
Вид функциональной зависимости показателей качества
продукции от ее параметров связывают с наличием двух признаков —
качественного и количественного (см. рис. 7.2). Количественный признак
изделия определяется исключительно его параметром.
Параметр при обеспечении качества изделий должен
соответствовать следующим требованиям:
определяться при любом изменении изделия;
быть статистически эффективным, т. е. определяться с наибольшей
точностью, что позволит сократить до минимума дублирование
опытов;
быть информационным, т. е. всесторонне характеризовать изделие;
иметь физический смысл;
быть однозначным, т. е. должно максимизироваться или
минимизироваться только одно свойство изделия или его составных элементов.
По степени воздействия на процесс управления качеством
параметры делят по признакам управляемости и дискретности и числу
возможных значений.
По первому признаку различают три вида параметров:
неуправляемые, управляемые с периодической настройкой и управляемые в
процессе функционирования изделия. Числовое значение неуправляемых
параметров фиксировано и может изменяться только в процессе
эксплуатации изделия вследствие деформаций, изнашивания. Задача обес-
265
печения в этом случае заключается в определении его оптимального
значения. Параметры с периодической настройкой изменяются за счет
компенсации регулированием или пригонкой. Применение
компенсации упрощает изготовление отдельных деталей, но осложняет сборку
и эксплуатацию.
В этом случае задача обеспечения сводится к определению
оптимального диапазона регулирования и оптимального числа интервалов
регулирования. Управляемые параметры изменяются оператором или
автоматически без прерывания работы изделия. Задача обеспечения
при этом включает оптимизацию «закона управления».
По дискретности возможных изменений значений параметры
изделий делятся на непрерывные, которые могут в некотором интервале
принимать любое значение, и на дискретные, которые могут иметь
счетное число значений.
По числу возможных значений параметров различают:
параметры, которые могут принять только малое число значений
и их легко «перебрать»;
параметры, которые могут принять конечное число значений, но их
трудно «перебрать»;
параметры, которые могут принять бесконечно большое число
значений.
Наличие параметров первой и второй группы у деталей изделий
значительно упрощает процедуры вычисления.
Из перечисленных требований и видов параметров следует, что
необходимо выбрать оптимальные посредством оптимизации их
значений. Оптимизация параметров заключается в установлении таких
значений и такого их изменения во времени, при которых достигается
максимально возможная в определенных условиях эффективность.
Оптимизация параметров имеет конкретный смысл только для
определенных показателей качества, при выбранном критерии и установленных
ограничениях.
Критерий — признак, на основании которого производится
оценка качества функционирования изделия. Частным случаем
критерия является критерий оптимальности, используемый для выделения
наиболее предпочтительного, эффективного среди различных
вариантов способа достижения оптимальных показателей качества. В
моделировании обеспечения качества критерию оптимальности соответствует
математическая форма — целевая функция, выражаемая через
параметры. Экстремальное значение целевой функции характеризует
оптимальный уровень качества. При формализации целевой функции
допускается использовать технические, денежные и условные величины.
266
Экстремальным значениям целевой функции соответствует:
в технических величинах — максимизация желательного и
минимизация нежелательного эффектов;
в денежных величинах — минимизация приведенных суммарных
затрат или минимизация одной из дефицитных составляющих затрат
(на материал, энергию, труд).
В технических величинах представляют критерии массы, энергии,
информации, и по их сочетанию выделяют классы машин. Например,
по сочетанию или одному критерию выделены следующие
технические комплексы:
энергии — пружинные приводы, электрические двигатели;
энергии и массы — паровые котлы, компрессоры, технологические
аппараты;
энергии, массы и информации — металлорежущие станки,
контрольно-информационные системы, вычислительные машины.
В денежных величинах выражают улучшение качества с
возрастанием затрат на обеспечение качества.
К критерию предъявляются следующие требования: полнота,
делимость, простота, чувствительность. Полноту связывают с охватом
целиком всей задачи управления качеством. Делимость позволяет
упростить процесс оценки, разбив его на части. На практике добиваются,
чтобы размерность задачи управления качеством оставалась по
возможности минимальной. Чувствительность состоит в способности
критерия меняться в ощутимых пределах при сравнительно малых
изменениях функциональных параметров.
В обеспечении качества стараются пользоваться одним критерием
(или стремятся к этому) при непосредственной оптимизации в случае
простых задач с прямыми и противоположными критериальными
зависимостями. Задачи записываются в следующем виде:
прямая
у =/(*), (у = л™) -> (* = хорд;
противоположные критериальные зависимости
к\ =/\ (х), к2 =/2 (х), (*1 + к2 -> кт1П) ->(х-> хор!).
В тех случаях, когда необходимо применять несколько критериев,
их ранжируют, располагая в порядке важности, и последовательно
отыскивают решение, оптимальное по первому из них, затем по
следующему и т. д. В некоторых случаях второй и последующие критерии
267
превращают в ограничения и строят сводный критерий, учитывающий
влияние разных критериев.
Критерий, как и показатель качества, выбирают на всех уровнях
функционирования изделия и его составных частей и увязывают в
единую логическую схему.
На практике случается, что критерий оптимальности слабо
реагирует на изменение значений показателей качества, которые являются
его аргументами. При этом определение оптимальных значений
показателей качества, если нет лучшего критерия оптимальности, не
представляет интереса. Оптимизация значений показателя качества полезна
только тогда, когда значение принятого для оценки качества
продукции обобщенного показателя при оптимальных значениях
показателей-аргументов существенно отличается от значения обобщенного
показателя при других значениях показателей-аргументов.
Ограничения — это фиксированные условия, при которых
действительны расчеты, основанные на использовании математической
модели оптимизации.
Ограничения вводятся в математическую модель оптимизации
параметров изделий для формализации целей, которые не записаны в
целевой функции, т. е. не использованы в качестве критерия
оптимальности, описания связей между параметрами изделия, уменьшения
размерности (числа степеней свободы) задачи оптимизации для
упрощения ее постановки и решения.
В моделировании обеспечения качества ограничения делят на
областные и функциональные (уравнения связи).
Областные ограничения, т. е. интервалы варьирования значений
параметров функциональных элементов, можно менять в некоторых
пределах значения параметров без существенного изменения конструкции.
Диапазоны, в которых могут применяться эти значения, определяются
технологическими и конструктивными факторами.
Функциональные ограничения, т. е. уравнения связи или
неравенства, характеризуют зависимости показателей качества и
функциональные параметры изделия.
Строгий учет функциональных связей между элементами и
изделием, требований технологии, стандартных рядов предпочтительных
чисел, ограниченного пространства при размещении, конечного
числа выбираемых марок материала порождает ограничения внешние
— на показатели качества и внутренние — на функциональные
параметры. Ограничения вызывают изменение показателей качества
и функциональных параметров в свободных и жестких пределах.
268
Ограничения в жестких пределах могут
оказаться сопоставимыми с допусками, влиять на
размещение и отсчет допуска показателя
качества в оптимальной области его изменения.
Наличие ограничений обусловливает
комплексный характер оптимизации параметров
объектов обеспечения; при этом требуются
совместные уточненные расчеты функциональных па- °>10\~
раметров и допусков.
При обеспечении качества
машиностроительных изделий совокупность оптимальной
номенклатуры показателей качества и ограничений
вводят в исходные данные, формирующие
программу управления.
Пример. Определить оптимальное значение, диапазон изменения, направление
отсчета и область размещения допуска на диаметр </ исходя из способности вала
передавать наибольшую мощность N. Изменение момента М, вызывают временные перегрузки
от внешних факторов, учитываемые ограничением^ и удельный крутящий момент
#>#тш. Приняты:
функция цели Ц- N = Л/,ю,
уравнения связи (функциональные ограничения)
10 25 50 <У,мм
Рис. 7.3. К решению
задачи
ттл^кплш\г = *с1<с1ъгц
ограничения (областные)
8 &п
2л
где # — удельный крутящий момент, учитывающий ограничение # > #пи„ изменением
Л/,, вызываемым временными перегрузками, обусловленными внешними факторами;
Кп — величина, обратная эффективному коэффициенту концентрации напряжений
(коэффициент проектирования); п — коэффициент запаса прочности; Ь — длина вала.
Подстановкой уравнений и ограничений в функцию цели получим
N
32
<° ** а/ («"Л
— о,—; Л' = —
п 'Кп [12 )
0) С
1
1/4 ъг \Мшпвт
у
Область наибольшей передаваемой валом мощности с предельным
ограничением диаметра можно найти, воспользовавшись графиком
Л^-с/, построенным по функции цели для разных материалов (рис. 7.3).
Изменению мощности на графике для материалов 7, 2 соответствуют
отрезки (утолщенные), для материалов 3, 4 — точки. Оптимальное
значение диаметра равно с1тм, а его допуск должен располагаться
в пределах проекции области передаваемой мощности на ось с1.
269
7.3.2. Последовательность и содержание этапов
обеспечения качества
Математическое моделирование определило теоретическую основу
содержания этапов обеспечения на всех стадиях жизненного цикла
изделия. Последовательность этапов обеспечения качества издехшй
машиностроения с позиции системного подхода поясняется схемой
обеспечения (рис. 7.4).
На первом этапе схемы дается постановка задачи обеспечения,
включающая выявление объекта обеспечения, определение проблемы
управления, составление программы управления с выделением
исходных данных, включающих совокупности показателей качества и
совокупности ограничений. Уточняются границы комплексности
управления качеством изделий.
На втором этапе уточняют физический принцип работы
изделия для конкретных показателей качества и функциональных
параметров пб их значению и отклонению. При уточнении происходит отсев
некоторых альтернатив (параметров) и включение новых.
Показатели
качества
ь_
Критерии
г оптимальности
1
Ограничения
"г-"
7. Постановка 1
\задачи \
*
1 2. Выбор параметров
| обеспечения
*
13, Построение
функциональных структур изделия
*
4. Моделирование:
функциональной
структуры
функционирования
прогнозирования
оптимизации
Г 1
*
5. Принятие решения об
эффективности
использования изделия
* ) 4
Производство
Технический 1 1
контроль 1 |
Анализ
результатов
1
Стандартизация
Рис. 7.4. Последовательность этапов обеспечения качества изделий машиностроения
270
На третьем этапе уточняется рациональное техническое
решение при заданном физическом принципе и строятся функциональные
структуры изделия, включающие материальные и нематериальные
комплексы.
Четвертый этап посвящен математическому моделированию
с построением и изучением математических моделей исследуемых
объектов с помощью ЭВМ. Среди математических моделей различают
следующие:
математические модели функционирования из совокупности
математических уравнений, отражающих применение физических
принципов;
математические модели оптимизации, включающие
предшествующие модели, функцию цели, совокупность ограничений
(функциональных и областных).
После построения моделей следует выбор вычислительного
алгоритма, составление программ и проведение вычисления на ЭВМ.
Пятый этап завершается проведением анализа результатов,
сопоставлением их с чисто теоретическими прогнозами и данными натурного
эксперимента. Выясняется, удачно ли выбраны математическая модель
и вычислительный алгоритм. При необходимости они уточняются,
и цикл математического моделирования повторяется на более
совершенной основе.
Задачи при моделировании можно разделить на виды:
по содержанию модели — объекты обеспечения, процессы
управления;
по количеству критериев — задачи с одним критерием,
многокритериальные в натурных или стоимостных единицах измерения;
по временному фактору — статические, динамические;
по области изменения переменных — модели непрерывные,
дискретные, смешанные;
по виду функциональной зависимости — линейные, нелинейные,
смешанные;
по степени определенности — детерминированные, стохастические
(с риском);
по значению параметров — расчет номинальных величин и
предельных отклонений параметров, расчет допусков;
по методам исследования — анализ, синтез, контроль (рис. 7.5, а).
Анализ включает в себя этапы: математическое описание качества
функционирования по заданным структуре изделия и исходным
данным; построение математической модели функционирования; решение
уравнений; анализ результатов (рис. 7.5, б).
271
Метод
исследования
Анализ
Синтез
Контроль
Вход х
+
+
-
Процесс т.
+
-
+
Выходу
-
+
+ |
а)
Функциональная
структура
изделия
Анализ
Решение
Нет
Оптимизация
\Да
Остановка
б)
Рис. 7.5. К задачам моделирования:
а — методы исследования; 6 — структурный синтез
Синтез делится на простой и структурный. Простой синтез
включает в себя этапы: определение исходных данных функционирования
изделия; моделирование структуры изделия; построение
математической модели функционирования (уравнение связи) по показателю
качества; построение математической модели оптимизации параметров.
Структурный синтез включает в себя этапы: поиск
предварительной структуры компоновки изделия; проведение анализа; выбор
оптимальной структуры компоновки изделия; проведение простого
синтеза.
На последнем, пятом, этапе устанавливают точнос+ь
производственных процессов и для целей управления этими процессами и
свойствами изделий используют технический контроль и стандартизацию.
Здесь анализируются результаты обеспечения по показателям качества
и критериям оптимальности и выносятся суждения об эффективности
использования продукции и разработанной системы обеспечения. При
необходимости корректируют систему управления.
7.3.3. Разработка систем обеспечения качества
При разработке систем обеспечения качества прибегают к
специальному приему — описанию систем. Система может быть описана
с помощью двух способов: структурного (анализа внутреннего
устройства) и функционального (анализа взаимоотношений со средой и
между частями системы).
272
Состав частей системы обеспечения. Основными
частями системы являются вход, процесс формирования, обеспечения
и поддержания качества, выход, процесс управления, обратная связь
(см. рис. 7.2, б).
Вход системы является комплексным понятием. Во-первых, он
субстанция, которая поступает в систему и подвергается
определенным преобразованиям, изменяется при протекании данного процесса.
У входа различают виды и компоненты.
Входы могут быть трех основных видов:
результат предшествующего процесса, последовательно связанного
с данным;
результат предшествующего процесса, случайным образом
связанного с данным;
результат процесса того же комплекса, который вновь вводится
в него через обратную связь.
Компонентом входа является рабочий вход (то, что «обрабатывается»).
Во-вторых, вход — внешняя среда, или совокупность факторов
и явлений, воздействующих на систему. В-третьих, к понятию входа
системы относятся и установленные способы функционирования ее,
например программа управления — стандарт.
Ко входу системы управления относят процессы управления и
возмущающие воздействия внешней среды. К возмущающим
воздействиям относят воздействия, возмущающие нормальное функционирование
и развитие системы в желательном направлении. Выработка
управляющих решений в системе производится в процессах управления и
передается через переменные параметры.
Обратная связь представляет собой канал связи между выходом
и входом рассматриваемой системы, функционирующий либо прямо,
либо через другие части системы (например, через параметр процесса
управления). Обратная связь передает данные о функционировании
рассматриваемой системы с ее выходом на объект обеспечения, где
она сравнивается с данными, задающими содержание и объем работы
по обеспечению качества.
Процесс переводит вход в выход и является процессом
функционирования рассматриваемой системы. Процессом могут быть
производственные процессы обработки и сборки, процесс функционирования
изделия, математические вычисления и т.п.
Выход является результатом деятельности рассматриваемой
системы и относится либо к получению полезного результата — эффекта
(мощность на валу двигателя, производительность станка), либо к
сопутствующим результатам, не дающим положительного эффекта (шум,
тепловыделение, вибрация).
18 — 4523 273
Обобщенные модели системы обеспечения качества, составленные
из перечисленных частей, показаны на рис. 7.2. Модель системы на
рис. 7.2, а предполагает наличие в системе дополнительных блоков
(процесс управления и обратная связь), которые получают
информацию о входе и процессе достижения качества и увязывают ее с
информацией о выходе. Однако она не отвечает на вопрос, кто и как
получает и анализирует эту информацию. Предполагается, что разработчик
системы настолько изучил вопрос, что ему достаточно знать лишь об
отклонениях выхода, чтобы определить причину и необходимые вид
и величину воздействия на вход или процесс. Это справедливо для
простых систем обеспечения. Для отображения сложных процессов
обеспечения прибегают к модели системы (см. рис. 7.2, 6),
устанавливающей взаимосвязь информации о входе х, процессе г и выходе у.
Помимо измерения переменных параметров х, у, г и сопоставления их
с установленными нормами производится запоминание и анализ
данных, в результате чего устанавливается взаимосвязь у =/(*, г). Эта
модель позволяет наблюдать за входом, процессом и выходом,
запоминать различные сочетания их отклонений и по накопленным
статистическим данным устанавливать влияние входа и процесса на результат.
Субстанция составных частей определяет два вида систем
обеспечения —материальные и абстрактные (информационные). Между
материальными и абстрактными системами существует следующая связь:
одна и та же материальная система может быть описана или изучена
с помощью некоторого множества различных абстрактных систем.
В равной степени это относится и к абстрактной системе.
С применением теории множеств ниже даны структурное и
функциональное описание систем обеспечения.
Структурное описание. Для структурного описания системы
рекомендуется применять следующие четыре множества:
5 = {5; К, а, К},
где Е = {Е,} — множество состава и свойств элементов, внутрь
каждого элемента описание структуры не проникает; К= {^} — множество
назначений и характера связей; а — множество устойчивости
структуры; К — множество построений структуры.
Все множества принимаются конечными, и среди них различают
следующее.
1. Во множестве элементов Е:
состав — гомогенный (содержащий однотипные элементы),
гетерогенный (содержащий разнородные элементы), смешанный;
свойства элементов — информационные, материальные,
энергетические.
274
//
\" ЗЗШгй
а)
III
IV
1
21
1
Г
/
-7
-г
2
1
1
2. Во множестве связей V:
назначение связей — информационные, материальные,
энергетические;
характер связей — прямые, обратные.
3. Во множестве устойчивости структуры а: детерминированная,
вероятностная (стохастическая).
4. Во множестве построения К: иерархические, многосвязные
комплексы (последовательные, параллельные, смешанные).
Перечисленные комплексы представляют
совокупность двух и более элемен- /
тов (рис. 7.6, а, б).
Элемент комплекса — часть
комплекса, у которого
теоретически или экспериментально
можно определить вход и выход
и установить зависимость выхода
от входа, определяемую
природой элемента. Вход и выход
элемента представляют собой
скалярные или векторные величины,
имеющие определенный
физический смысл. Элементы
соединения делятся на одномерные
и многомерные.
Одномерный элемент —
элемент соединения, вход и выход
которого представляют собой
скалярные величины (рис. 7.6, а, I).
Многомерный элемент —
элемент соединения, вход и выход
которого представляют собой
векторные величины (см. рис. 7.6,
а, II).
Последовательное —
соединение элементов комплекса с
помощью односторонних связей
(рис. 7.6, б, III),
Параллельное — соединение,
состоящее из завершенных
элементов с ограниченной
заменяемостью. Завершенный элемент
комплекса — элемент комплекса,
1
Г
1
+-1
2
1
+-1
п&
VI
1
Г
\з
1
-1
-1
-1
2
1
1
"з]
1\
±]
Г"
/
\г
[з
1
-1
-1
2
-Г
•1
Т|
1\
1
_т]
VII
1
Г
\з
1
-1
•1
1
2
1
1
-7
7]
«7
7
б)
в)
Рис.
7.6. Виды комплексов и их элементы:
а — элементы комплекса (/ — одномерный,
// — многомерный); б — виды комплексов (III —
последовательный, IV — параллельный, V —
расходящийся, VI — сходящийся, VII —
замкнутый); в — матричная запись
275
обладающий следующими свойствами: элемент может
функционировать независимо от функционирования остальной части комплекса;
в случае прекращения функционирования элемента остальная часть
комплекса может функционировать, однако эффективность комплекса
при этом снижается (рис. 7.6, б, IV).
Элементарные комплексы (рис. 7.6, ///—VII) поясняются таблицей
матричной записи. В таблице номера строк и столбцов обозначают
отношения преобразования. Каждое отношение имеет свои номера
столбца и строки. Входы и выходы комплексов находятся на пересечении
строки и столбца одного и того же отношения. Вход обозначается
знаком минус, выход — плюс. Если вход отношения в строке является
входом отношения в столбце, то связь имеет знак плюс, если
отношение преобразования в строке находится после отношения
преобразований в столбце, то связь имеет знак минус.
В материальных и нематериальных комплексах изделий обычно
рассматривают вертикальную и горизонтальную структуры.
Вертикальную структуру составляют различные уровни иерархии, на
которых обеспечивается качество изделий. Горизонтальную структуру
качества изделий составляют ее отдельные элементы, обеспечивающие
выполнение частных задач обеспечения качества комплекса изделия,
на заданном уровне иерархии. Например, электродвигатель состоит из
ротора и статора, которые сами состоят из различных деталей.
Автомобиль скомплектован из двигателя, трансмиссии, ходовой части,
кузова и т. п.
Все узлы (сборочные единицы) и детали изделия представляют
собой элементы качества изделия, расположенные на различных
уровнях. Условный пример пред-
Уровни
I
II
III
IV
Рис. 7.7. Условный пример структуры
изделия
ставления качества изделия
в горизонтальной и
вертикальной (иерархической) структуре
приведен на рис. 7.7.
Функциональное
описание. В функциональном
описании систем обеспечения
обычно используются два типа
уравнений связи:
уравнения связи элемента,
характеризующие
индивидуальные свойства каждого элемента
безотносительно к возможным
соединениям с другими
элементами;
276
уравнения связи комплекса, отражающие характер соединения
различных элементов безотносительно к их индивидуальным
свойствам.
В одномерном элементе с первым типом уравнений связи вход
и выход называют входным вектором х = (1, 2, ..., хп) и выходным
вектором у = (уь уг, ..., уп)- Оба вектора — входной и выходной —
подчиняются правилам векторной алгебры.
Отношение между состояниями входов и выходов или способ
действия системы 5 можно выразить математически как преобразование
вектора х в вектор у и записывается в виде (у = Р(х)).
Множество допустимых значений вектора х называется областью
преобразования, а множество допустимых значений вектора у — полем
преобразования. Символ Р называется оператором преобразования; он
выражает правило, на основе которого происходит преобразование
вектора х в вектор у. Это правило можно записать с помощью
векторной матрицы. Преобразование выразим векторным уравнением у = Ах
к,
|я2.
<
{а„\
Я,2
агг
<*л
Сьп }
>
ТОП )
Многомерный элемент описывается системой уравнений,
связывающей функциональные параметры в элементе. Иногда многомерные
элементы представляются схемной моделью, состоящей из
одномерных элементов, каждый из которых описывается соответствующей
функциональной зависимостью. Но в отличие от обычных одномерных
элементов такие зависимости могут содержать величины, связанные
другими элементами схемной модели. В конечном счете, изделие в
записи структурной схемой всегда может быть представлено схемой,
состоящей из одномерных элементов.
В роли уравнений связи обычно выступают фундаментальные
физические законы, выражающие условия равновесия и непрерывности.
В каждом конкретном случае эти уравнения получают из
рассмотрения структуры.
В многомерном элементе с первым типом уравнений для
функционального описания системы используется математический аппарат
теории множеств, где систему управления 5 определяют как
преобразование входа X в выход У посредством некоторого оператора Р процесса
функционирования 2 (см. рис. 7.2).
277
8:Х—?->У9
где Х9 У — множества, имеющие реальное содержание.
В системе помимо входных и выходных частей имеется множество
процессов управления IV. В случае, когда необходимо зафиксировать
роль множества IV, система задается как отображение
8\ХФ—Е->Г.
Если в системе 5 действуют неопределенные внешние возмущения
е, то отображение дополняется:
8:Х №е—^->У.
Цель управления качеством изделий машиностроения состоит в
оптимизации целевой функции. Аналитически это записывается так:
задана система, осуществляющая отображение X IV——>У,
и пусть # 'Х- IV- У {О} — функция отображающая множество
входных, управляющих и выходных частей в множество {С}, частично или
полностью упорядоченное ограничением > 0. В этом случае # назовем
целевой функцией, а множество {О} — множеством состояний цели.
Функция # может быть задана двумя функциями
Р\Х-1Г->У и С:Х- IV- 7 или % (х9 и) = С[х9 и9 Р(х9 и)]9
где и € IV, х е X.
Если роль управляющих воздействии не акцентируется, то §
задается соотношениями Р :Х ->У; С:Х -У -»{С}.
В этом случае # (х) = 0[Х9 Р(х)]9 где х е X.
Для функционального задания системы 5 функция Р(х) называется
моделью функционирования или уравнением связи, С — целевой
функцией.
Поскольку цель всей системы состоит в оптимизации функции
качества % (х)9 то задача оптимизации, отражающая условие цели,
состоит в следующем: дано подмножество О/сх, требуется найти хх е И/
такое, что для всех х из В{
ё(хк)>ё(х)-
Здесь I)/— множество допустимых решений, а элемент Xх есть
решение задачи (#, I)/). В определении #(х*) цель системы состоит в
отыскании $ир %(х*)
278
7.3.4. Вариант системы управления
В целях упорядочения управления качеством изделий
машиностроения развивается вариант технической системы управления — система
обеспечения качества изделий машиностроения. Выбор процесса
управления производят в зависимости от стадии жизненного цикла
изделия с целью формирования, обеспечения и поддержания необходимого
уровня качества изделий машиностроения с применением систем
оптимизации параметров, технического контроля, стандартизации,
технологического обеспечения.
Понятие «техническая система» возникло как выражение
системного подхода к постановке и решению проблемы управления качеством.
Благодаря такому подходу решение сложной проблемы управления
сводится к процессу взаимосвязанных решений менее сложных
проблем обеспечения в соответствии с требованиями качества. Для
упорядочения технической системы выделяют некоторые ее характерные
свойства.
1. Система представляет собой целостный комплекс
взаимосвязанных элементов процессов управления и объектов обеспечения. Для
каждого элемента теоретически или экспериментально можно
определить входные и выходные параметры и установить зависимость между
ними, определяемую природой элемента. Входные и выходные
параметры элемента представляют собой скалярные или векторные
величины, имеющие определенный технический смысл при
функционировании изделия. Расчленение системы на элементы определяется
требуемой точностью, целью обеспечения и наличием данных о связях
между параметрами процессов управления объектом обеспечения.
2. В системе предусмотрены управляющие воздействия в целях
оптимизации процессов управления (оптимизация параметров изделий,
технический контроль и измерения, стандартизация, технологическое
обеспечение).
3. Система представляет собой неотъемлемую часть других систем
более высоких порядков.
4. Система обеспечения качества составных частей изделий
является системой обеспечения более низкого порядка.
Главные свойства системы обеспечения качества изделий
машиностроения описывают в структурном и функциональном видах.
При разработке варианта технической системы управления
качеством используется нормативно-техническая и методическая
документация для обеспечения единства и регламентации действия по
управлению.
279
В условиях создания системы управления качеством продукции
важную роль играет формирование межотраслевого НТД,
регламентирующей общие требования и правила, которые затем, с учетом видов
продукции и отраслевых особенностей производства,
конкретизируются в отраслевом фонде НТД.
Стандартизация выполняет свою роль в управлении качеством
в виде взаимосвязанного целостного комплекса активных регуляторов,
воздействующих на функции управляющих органов. Взаимосвязанный
целостный комплекс таких регуляторов совместно с другими
процессами управления (технический контроль, технологическое воздействие)
образует систему управления качеством. Цель системы достигается
разработкой и освоением производства в заданные сроки новых видов
продукции, которая по технико-экономическим характеристикам
соответствует достижениям мировой науки и техники или превосходит их;
увеличением удельного веса выпуска серийной сертифицированной
продукции в общем объеме производства; планомерным улучшением
показателей качества всей выпускаемой продукции и повышением
конкурентоспособности ее на внешнем рынке; своевременным
снятием, заменой или модернизацией устаревшей продукции; сохранением
качества готовой продукции в процессе транспортирования и
хранения; поддержанием и восстановлением уровня качества готовой
продукции в процессе ее эксплуатации или потребления.
Система управления строится на следующих основных принципах:
1. Исходным принципом построения и функционирования системы
является ее органическая связь с менеджментом качества. Это
положение предоставляет основы построения и функционирования
технической системы.
2. Управление качеством продукции осуществляется на уровне
управления предприятием с привлечением основополагающих
стандартов.
3. Функции управления качеством продукции определяются на
основе системного подхода и охватывают весь круг задач, решаемых
технической системой. Процесс управления носит циклический,
относительно замкнутый характер. Он включает сбор информации о
состоянии объекта управления; принятие решения по улучшению
качества продукции, оформленное стандартами; организацию выполнения
принятого решения; регулирование и координацию деятельности по
улучшению и обеспечению качества, учет и контроль выполнения
решения; активизацию и стимулирование деятельности по повышению
качества продукции. Эти общие функции специализируются
применительно к конкретным задачам управления качеством. Наиболее
280
важные из них — прогнозирование потребностей и перспективного
уровня качества продукции; сертификация продукции; разработка
и постановка новой продукции на П(5ОИЗВОдСТВО; организация
технологической подготовки и метрологинеского обеспечения
производства; организация материально-технического снабжения; обеспечение
стабильного уровня качества выпускаемой продукции,
эффективности производства и экономичности ее эксплуатации (использования);
подбор, расстановка, воспитание и о§учение кадров; стимулирование
повышения качества продукции, в тщм числе при ее использовании;
государственный надзор за соблюдеИием стандартов и технических
условий и состоянием средств изме&ений; правовое обеспечение
качеством продукции.
4. Управление качеством продукцНи осуществляется на всех
стадиях ее жизненного цикла — исследовала и проектирования,
изготовления, обращения и реализации, эксплу^тации (потребления). Этот
принцип обусловливает проведение единой технической политики и
взаимосвязь управления на всех стадиях *ИЗНенного цикла. На стадии
исследования и проектирования научно^ехнический потенциал
предприятия используется для создания продукции оптимального уровня
качества. На стадии изготовления (серийн0го производства) система
технологической подготовки производства обеспечивает развертывание
производства новой продукции в кратчайш„е срош и в необходимых
количествах, а также изготовление проДукци„ с первых изделий в
полном соответствии с образцами и тр*бованиями стандартов
(технических условий). На стадии эксплуатацИи (потребления) управление
качеством направлено на организацию Правильной эксплуатации
продукции, глубокое изучение качества п^ду^и при ее использовании
и проведение профилактических мероприятий по максимальному
сохранению свойств продукции.
5. Принцип комплексности и скв^НОго управления качеством
определяет условия, согласно которым Оазработка и реализация
технических, организационных, экономически и социальных мероприятий по
улучшению качества продукции проводятся в их тесной взаимной
увязке.
Особое внимание при осуществлении этого принципа уделяется
усиленно роли и ответственности разработчиков за высокий уровень
качества новой продукции на всех этапах опытно-конструкторских
работ.
Верхним иерархическим уровнем технической системы управления
качеством является менеджмент качества
281
7.4. Менеджмент качества
7.4.1. Предпосылки развития менеджмента качества
Наличие конкурентной среды в условиях рыночной экономики
обязывает уделять огромное внимание проблемам качества. По
методам осуществления конкуренция делится на ценовую (вытеснение
конкурентов путем снижения, сбивания цены) и неценовую, при которой
за ту же цену предлагается товар с более высокими качественными
параметрами и комплексом услуг, что называется на языке маркетинга
«товар с сопровождением».
Серьезная конкурентная борьба обусловила в странах с развитой
рыночной экономикой разработку программ повышения качества.
Возникла необходимость выработки объективных показателей для оценки
способностей предприятий производить продукцию с необходимыми
качественными характеристиками. Эти характеристики
подтверждаются сертификатом соответствия на продукцию. Многие
предприятия-производители имеют системы качества, соответствующие
международным стандартам.
В настоящее время именно сертификат, подтверждающий
соответствие продукции международным стандартам на систему качества,
служит решающим фактором для заключения контракта на поставку
продукции. Успешная реализация качественного продукта
потребителю является главным источником существования любого предприятия.
Качество, как его понимает производитель, и качество, как его
понимает потребитель, в системе управления качеством понятия
взаимосвязанные. Основное различие в понимании качества определяется
различиями в условиях командно-административной и рыночной
экономики.
В условиях командно-административной экономики качество
трактуется с позиции производителя. В рыночной экономике качество
рассматривается с позиции потребителя. Качество изделия может
проявляться в процессе потребления. Понятие качества продукции с
позиции его соответствия требованиям потребителя сложилось именно
в условиях рыночной экономики.
В рыночной экономике производитель и потребитель сами находят
себя на рынке, мотивация их деятельности основывается на
финансовом выигрыше и максимизации потребительского эффекта. При этом
потребитель имеет выбор между наилучшими товарами различных
производителей. Потребитель, являясь главной фигурой, определяет
направления развития производства, приобретая товары и услуги в
соответствии с собственным желанием.
282
Говоря о проблеме качества, следует отметить, что за этим
понятием всегда стоит потребитель. Именно он выбирает наиболее
предпочтительные потребительские свойства.
Между качеством и эффективностью использования
промышленной продукции существует прямая зависимость. Повышение качества
способствует повышению эффективности использования продукции,
приводя к снижению затрат и увеличению доли рынка.
В теории и практике управления качеством выделены две
проблемы: качество продукции и менеджмент качества.
Обеспечение качества требует немалых затрат. До недавнего
времени основная доля в затратах на качество приходилась на
физический труд. Но сегодня высока доля интеллектуального труда.
Проблема качества не может быть решена без участия ученых, инженеров,
менеджеров. Должно быть гармоническое сочетание всех
составляющих профессионального влияния на качество.
Качество в машиностроении непосредственно связано с
обеспечением функционирования предприятия, зависящего от качества
руководства и управления (планирование, анализ, контроль). Степень
ответственности руководства за качество определяют международные
стандарты ИСО 9000.
Руководство предприятия отвечает за разработку политики в
области качества, за создание, внедрение и функционирование системы
управления качеством, что должно четко определяться и оформляться
документально. К обязанностям руководства относятся подбор
специалистов и выделение необходимых ресурсов для производственного,
контрольно-измерительного и испытательного оборудования,
программного обеспечения ЭВМ. Руководство должно устанавливать
требуемый уровень компетенции, следить за своевременностью повышения
квалификации персонала. На руководителей предприятий возлагается
обязанность выявлять те показатели качества продукции, которые
влияют на рыночную устойчивость. Руководство отвечает и за
определение целей, которые обусловливают решение о производстве новых
товаров или представлении новых услуг в пользу потребителей. Выпуск
новых товаров и предоставление дополнительных услуг связаны с
подготовкой новых программ качества, за что также ответственно
руководство предприятия.
От качества планирования (разработки стратегии, системы планов
и т.п.) зависят достижение поставленных целей и качество
предприятия. Именно руководство высшего звена должно исходить из
стратегии, что способно на большее по сравнению с прошлым. В
организационной структуре предприятия могут быть предусмотрены
специальные подразделения, занимающиеся координацией работ по управле-
283
нию качеством. Распределение специальных функций управления
качеством между подразделениями зависит от объема и характера
деятельности предприятия. Призывы к повышению качества реализуются,
когда руководители подразделений относятся к качеству как образу
жизни.
Предприятия, функционирующие в рыночной экономике,
формулируют политику в области качества таким образом, чтобы она касалась
деятельности каждого работника, а не только качества предлагаемых
изделий и услуг. В политике четко определяются уровни стандартов
качества работы для конкретного предприятия и аспекты системы
обеспечения качества. При этом продукция заданного качества должна
быть поставлена потребителю в заданные сроки, в заданных объемах
и за приемлемую цену.
До недавнего времени считалось, что качеством должны
заниматься специальные подразделения. Переход к рыночной экономике
обусловливает необходимость изучения опыта ведущих компаний мира
в достижении высокого качества, считающих, что на достижение
качества должны быть направлены усилия всех служб. Ключевую роль
в повышении качества играют оценки и требования потребителей,
информация о неисправностях, просчетах и ошибках. Появилось понятие
«культура качества». Культура качества — комплексное, включающее
качество сервисного обслуживания, качество отчетной документации,
качество выполнения производственных операций и др. Наметился
переход к тотальному (всеобщему) контролю качества, усиливающему
воздействие запросов потребителей на качество продукции. Кроме
того, тотальное качество входит в число критериев оценки работы
менеджеров. Менеджеры предприятий относятся к повышению качества
не как к одному из рядовых моментов управления, а отдают ему
приоритетное значение.
Исследования, проведенные в ряде стран, показали, что в
предприятиях, мало уделяющих внимания качеству, до 60% времени может
уходить на исправление брака.
Сегодня в управлении качеством важное значение имеет
сертифицированная система менеджмента качества, являющаяся гарантией
высокой стабильности и устойчивости качества продукции. Сертификат
на систему качества позволяет предприятию сохранить конкурентные
преимущества предприятия на рынке. Появление сертификата на
системы качества обусловлено эволюцией подходов к менеджменту
качества, рассмотренных ниже.
Являясь важным инструментом в борьбе за рынки сбыта,
менеджмент качества обеспечивает конкурентоспособность товара. Он
устанавливает технический уровень продукции и полезность товара для
284
потребителя через функциональные, социальные, эстетические,
эргономические, экологические свойства. При этом конкурентоспособность
определяется совокупностью качественных и стоимостных
особенностей товара, которые могут удовлетворять запросы потребителя, а
также расходами на приобретение и потребление соответствующего
товара. Следует учитывать, что среди продукции аналогичного назначения
большей конкурентоспособностью обладает та, которая обеспечивает
наивысший, полезный эффект по отношению к суммарным затратам
потребителя. Безусловно, повышение качества сопряжено с затратами,
однако они окупятся благодаря полученной прибыли.
Значение повышения качества достаточно многообразно. Решение
этой проблемы позволит установить новые и прогрессивные
пропорции между отраслями и внутри отраслей, например между
металлургической промышленностью и машиностроением. Эти пропорции
могут быть достигнуты путем совершенствования технологии
производства машиностроительной продукции и повышения ее
экономичности. Повышение же качества продукции машиностроения имеет
значение для автоматизации производственных процессов в других
отраслях.
7.4.2. Генезис и проблематика менеджмента качества
Взаимосвязь общего менеджмента и менеджмента качества.
Основой менеджмента общего и менеджмента качества является система
Ф.У. Тэйлора (рис. 7.8). Он создал концепцию научного менеджмента,
обратил внимание на необходимость учета вариабельности
производственного процесса и оценил важность ее контроля. Система включала
понятия верхнего и нижнего пределов качества, поля допусков,
вводила контрольные инструменты (калибры, шаблоны), обосновала
необходимость независимой должности инспектора по качеству,
разнообразные системы штрафных санкций для бракоделов, форм и методов
воздействия на качество продукции.
В дальнейшем на длительный период времени (с 1920 до 1980 г.)
пути развития общего менеджмента и менеджмента качества разошлись.
Главная проблема качества воспринималась и разрабатывалась
специалистами преимущественно как инженерно-техническая проблема
контроля, управления вариабельностью продукции с целью повышения
уровня функционирования и процессов производства, а проблема
менеджмента — как проблема в основном организационного и даже
социально-психологического характера. Примечательно, что в 50—80-е гг.
285
I
ТОМ, иОМ, ОМ на основе ИСО 9000
14 принципов Деминга
к^:
гос. олъс,
Кружки качества ОиаШу ОгсИез, ОС
Семь инструментов качества
20 (ноль дефектов)
Инжиниринг качества (Методы
Тагути, ОРД "Дома качества* и т.д.
зос
Теория надежности
Планирование
эксперименте
Классическая
школа
менеджмента.
Доктрина
'человеческих
отношений'
В России: БИП,
КАНАРСПИ,
НОРМ, СБ
КС
и тду
МВО
УКПу
Матричная
организационная
структура.
Системный,
ситуационный и
поведенческий
подходы
Отраслевой
менеджмент:
• финансовый;
• персональный;
• в проектиро-
• инновационный;
• в маркетинге;
• в производстве
А-
Общий менеджмент
\1 этап (1900-1920) 2 этап (1920-1950) 3 этап (1950-1980) 4 этап (19вОиаст. время)
Принятые сокращения:
МВО ~ МападетегЛ Ьу ОиаШу - Менеджмент на основе качества;
МВО ~ Мападетегй Ьу Оо}есиуез - Управление по целям;
ТОМ - Тс4а1 ОиаШу Мападетепх - Всеобщий менеджмент качества;
1ЮМ - ОпЫегва! ОиаШу МаладетеШ - Универсальный менеджмент качества;
ОМ - ОиаШу МаладетеШ - Менеджмент качества;
ТОС - ТоШ ОиаШу СоШгЫ - Всеобщий контроль качества;
СУУОС - Сотрапу Мое ОиаШу СопЪЫ - Контроль качества в масштабе всей компании;
ОС - ОиаШу ОлЗез - Кружки контроля качества;
20 -2его ОеЬа - Система 'Ноль дефектов';
ОРО ~ ОиаШу РипсОоп Оеркуутепх - Развертывание функции качества;
ЗОС - 81аИ$Нса1 ОиаШу СоШгЫ - Статистический контроль качества
Рис. 7.8. Взаимоотношения общего менеджмента и менеджмента качества
даже самые широкомасштабные внутрипроизводственные системы
в стране и за рубежом еще назывались системами контроля. С 1980 г.
начинают появляться системы управления качеством, использующие
научно-методический инструментарий менеджмента.
Началось историческое движение навстречу друг другу общего
менеджмента и менеджмента качества. Это движение объективно и исто-
286
рически совпало, с одной стороны, с расширением представлений о
качестве продукции и способах воздействия на него, а с другой — с
развитием внутрипроизводственного менеджмента.
Решение задач качества потребовало создания адекватной
организационной структуры. В эту структуру стали входить все
подразделения, каждый работник предприятия в жизненном цикле продукции,
что породило всеобщий менеджмент качества (ТОМ) и универсальный
менеджмент качества (1ЛЗМ). Начался переход от всеобщего
(тотального) менеджмента управления качеством к тотальному менеджменту
качества (ТОМ). В это время появились новые международные
стандарты на системы качества серии ИСО 9000; МС 9000; 03 9000; ИСО
14000.
В то время как представление о менеджменте качества включало
в свою орбиту новые элементы производственной системы,
накапливали и интегрировали их, общий менеджмент — напротив,
распадается на ряд отраслевых, достаточно независимых составляющих
(финансы, персонал, инновации, маркетинг и т.п.), а в теоретическом
плане предстает как управление по целям (МВО). Основная идея
этой концепции заключается в структуризации и развертывании
целей, а затем проектирования системы организации и мотивации
достижения этих целей.
Формируется мощный набор теоретических и практических
средств, который получил название менеджмент на основе качества
(МВО). В активе менеджмента качества сегодня:
24 международных стандарта ИСО семейства 9000 (включая
и ИСО 14000 в области экологического менеджмента);
международная система сертификации систем качества,
включающая сотни аккредитованных органов по сертификации;
международный реестр сертифицированных аудиторов систем
качества (1ЯСА), в котором уже работают 10000 специалистов из многих
стран мира;
практически сложившаяся система аудита менеджмента;
аналогичная система аудита на многих региональных и
национальных уровнях;
70000 фирм мира, имеющих сертификаты на внутрифирменные
системы качества.
Можно констатировать, что менеджмент качества — менеджмент
четвертого поколения — становится в наше время ведущим
менеджментом предприятий и отраслей. Одновременно происходит процесс
сращивания МВО и МВО (как было на первом этапе в системе Тэйло-
ра), но уже на новом, качественно другом уровне. Сегодня ни одно
287
предприятие, продвинутое в области менеджмента качества и
экологии, не может рассчитывать на успех в бизнесе и какое-либо
общественное признание.
Документированные системы качества. Системы
управления качеством на этапах своего развития в XX в. соответствовали
определенным концепциям и были документированы (см. рис.7.8).
Документирование систем охватывало организационную структуру
управлением предприятием, а также систему управления процессами
создания продукции. Организация рассматривалась и как функциональная
структура, и как совокупность процессов.
Документированная система качества включала следующие стадии
функционирования:
а) использование средств мотивации для персонала (штрафы за
дефекты, брак, увольнение, материальное стимулирование, мотивации
к внедрению технической документации);
б) обучение по вопросам профессиональным и менеджмента
качества;
в) выстраивание правильных отношений с потребителями;
г) взаимодействие с поставщиками, чтобы вовремя получать от
них необходимую продукцию заранее установленного качества.
В истории развития документированных систем качества выделяют
пять этапов.
1. Первый этап соответствует начальным этапам системного
подхода, когда появилась первая система — система Тэйлора. Обучение
сводилось к профессиональному обучению и обучению работать с
измерительным и контрольным оборудованием, умению пользоваться
системами точности на типовые соединения. Взаимоотношения с
поставщиками и потребителями строились на основе требований,
установленных в технических условиях (ТУ), выполнение которых
проверялось при приемочном (входном и выходном) контроле.
Особенности системы Тэйлора делали ее системой управления
качеством каждого отдельно взятого изделия.
2. Второй этап переносит акцент качества с конкретного изделия
(сборочная единица, деталь) на производство как совокупность
процесса, делая из него объект управления. Прогрессивной формой
управления производством становится статистический контроль в трех
видах:
статистический приемочный* контроль партий продукции;
непрерывный статистический приемочный контроль;
статистическое регулирование технологического процесса.
К профессиональному обучению добавилось обучение
статистическим методам анализа, регулирования и контроля.
288
Стали более сложными и отношения «поставщик-потребитель».
В них большую роль начали играть стандартные таблицы на
статистический приемочный контроль.
На этом этапе появляются документированные системы качества,
устанавливающие ответственность и полномочия в области качества
специалистов служб качества. Появилась специальность — инженер
по качеству, который должен анализировать качество и дефекты
изделий. Инспекция и выявление дефектов переносятся на их
предупреждения на основе изучения процессов и управления ими.
3. В 50-е годы выдвинута концепция тотального (всеобщего)
управления качеством — ТС>С. На этом этапе появились
документированные системы качества, устанавливающие ответственность и
полномочия, а также взаимодействие в области качества всего руководства
предприятия, а не только специалистов служб качества.
Системы мотивации стали смещаться в сторону человеческого
фактора. Материальное стимулирование уменьшалось, моральное —
увеличивалось.
Главными мотивами качественного труда стали работа в
коллективе, признание достижений коллегами и руководством, забота
предприятия о будущем работника, его страхование и поддержка его семьи.
Все большее внимание уделяется учебе.
Системы взаимоотношений «поставщик — потребитель» начинают
предусматривать сертификацию продукции третьей стороной. При
этом более серьезными стали требования к качеству в контрактах,
более ответственными гарантии их выполнения.
Этап развития системного, комплексного управления качеством
породил много отечественных систем (ЕС ГУКП, КС УКП, КАНАР-
СПИ).
4. В 70—80-е годы начался переход от тотального управления
качеством (ТС?С) к тотальному менеджменту качества (Т()М). В это
время появилась серия новых международных стандартов на системы
качества серии ИСО 9000 и МС 9000,
Если Т()С — это управление качеством с целью выполнения
установленных требований, то ТОМ — еще и управление целями и
самими требованиями. В ТОМ включается также и обеспечение качества,
которое практикуется как система мер, вызывающая у потребителя
уверенность в качестве продукции. Это иллюстрирует рис. 7.9.
В системе ТОМ используются адекватные целям методы
управления качеством. Одной из ключевых особенностей системы является
использование коллективных форм и методов поиска, анализа и
решения проблем, постоянное участие в улучшении качества всего
коллектива.
19-4523
289
Условны» обозначения:
ТОС-всеобщее управление качеством;
ОА -обеспечение качества;
ОРоНсу -политика качества;
ОР1апп1пд-планирование качества;
а-улучшение качества
Рис. 7.9. Основные составляющие
ТОМ
В ТОМ существенно возрастает
роль человека и обучение персонала.
Мотивация достигает состояния,
когда люди настолько увлечены
работой, что отказываются от части
отпуска, задерживаются на работе,
продолжают работать дома.
Обучение становится всеохватывающим
и непрерывным, сопровождающим
работников в течение всей их
трудовой деятельности. Существенно
изменяются формы обучения,
становясь все более активными —
используются деловые игры,
специальные тесты, компьютерные методы
и т.п. Обучение превращается
в часть мотивации. Ибо хорошо
обученный человек увереннее чувствует
себя в коллективе, способен на роль
лидера, имеет преимущества в
карьере. Разрабатываются и используются специальные приемы развития
творческих способностей работников.
Главная целевая установка систем качества, построенных на основе
стандартов ИСО серии 9000 — обеспечение качества продукции,
требуемого заказчиком. Соответственно механизм системы, применяемые
методы и средства ориентированы на эту цель. Однако в стандартах ИСО
серии 9000 целевая установка на экономическую эффективность
выражена весьма слабо, а на своевременность поставок просто отсутствует.
Для успешной работы предприятий на современном рынке наличие
у них системы качества, соответствующей стандартам ИСО серии
9000, и сертификата на нее является, может быть, не совсем
достаточным, но необходимым условием. Поэтому и в России уже имеются
предприятия, внедрившие стандарты ИСО серии 9000 и имеющие
сертификаты на свои системы качества.
5. В 90-е годы усилилось влияние общества на предприятия,
а предприятия стали все больше учитывать интересы общества. Это
привело к появлению стандартов ИСО 14000, устанавливающих
требования к системам менеджмента с точки зрения защиты окружающей
среды и безопасности продукции.
Сертификация систем качества на соответствие стандартам ИСО
14000 становится не менее популярной, чем на соответствие
стандартам ИСО 9000. Существенно возросло влияние гуманистической со-
290
ставляющей качества. Усиливается внимание руководителей
предприятий к удовлетворению потребностей своего персонала.
В области информационных технологий новым направлением
этапа становится САЬ8-технология как стратегия систематического
повышения эффективности, производительности и рентабельности
процессов управления за счет внедрения современных методов
информационного взаимодействия участников жизненного цикла, обеспечения
качества продукции. Основной экономический эффект от внедрения САЬ8
достигается за счет интеграции и совместного использования
электронной информации, применяемой для формирования, обеспечения
и поддержания качества изделий.
Главной нормативной и правовой базой при реализации стратегии
САЬ8 являются стандарты. Совместное использование данных об
изделии на всех стадиях его жизненного цикла возможно на основе
стандартизации способа представления данных и технологии их
использования. Выбор стандартов является частью стратегии внедрения САЬ8.
Внедрение САЬ8 — сложный, многогранный процесс, связанный
с различными аспектами деятельности организации, поэтому для его
осуществления должны существовать определенные предпосылки,
а именно наличие:
нормативной и методической документации разного уровня —
федерального, отраслевого, корпоративного предприятия;
рынка апробированных и сертификационных решений и услуг
в области САЬ8-технологий;
системы подготовки и переподготовки кадров;
опыта и результатов научно-исследовательских работ (НИОКР),
направленных на изучение и разработку решений в области САЬ8-тех-
нологий;
информационных источников, направленных на информирование
научно-технической общественности о существующих решениях и
ведущихся работах в области САЬ8.
На рубеже 3-го и 4-го этапов появляется новая отрасль науки —
системотехника. Системотехника — это отрасль техники, связанная
с применением научных знаний при проектировании и создании
системы, т. е. взаимосвязанного комплекса, объединяющего людей и
оборудование, необходимых для достижения намеченной цели. С развитием
системотехники связано появление научно обоснованного
кибернетического термина «управление качеством». Идеология управления
качеством продукции нашла отражение в работах отечественных и
зарубежных ученых и породила много отечественных систем, из них
феноменальное значение на дальнейшее развитие менеджмента качества
оказывали системы:
19*
291
Единая система государственного управления качеством
продукции (ЕС ГУКП);
Комплексная система управления качеством продукции (КС УКП).
ЕС ГУКП воплощает в себе распространение отечественного и
зарубежного опыта по управлению качеством продукции, осуществляемого
путем его научного обобщения и разработки на базе этого обобщения
методических и руководящих материалов. Принципиально важным
результатом обобщения является разработка основных принципов ЕС
ГУКП, к которым отнесены следующие.
1. Комплексность — в системах реализуются мероприятия
технического, экономического, организационного и социального характера.
2. Системность — многообразие связей внутри сложного объекта
объединяется в одну теоретическую схему, в основе которой лежит
единство и взаимосвязь целей.
3. Плановость — все мероприятия осуществляются в плановом
порядке.
4. Использование методов материального и морального
стимулирования.
5. Использование общих положений теории управления.
6. Управление качеством осуществляется на всех стадиях
жизненного цикла продукции.
7. Базирование на стандартизации.
Главная цель ЕС ГУКП — планомерное обеспечение всемерного
использования научно-технических, производственных и
социально-экономических возможностей для достижения постоянных высоких
темпов улучшения качества всех видов продукции в интересах
повышения эффективности общественного производства, наиболее полного
удовлетворения потребностей населения, народного хозяйства,
обороны и экспорта. Эта цель достигается разработкой и освоением
производства в заданные сроки новых видов качественной и экономичной
продукции, которая по технико-экономическим характеристикам
соответствует достижениям мировой науки и техники или превосходит их;
планомерным улучшением показателей качества выпускаемой
продукции и повышением конкурентоспособности ее на внешнем рынке;
своевременным снятием, заменой или модернизацией устаревшей
продукции; поддержанием и восстановлением уровня качества готовой
продукции в процессе ее эксплуатации или потребления.
КС УКП является нижним иерархическим уровнем в ЕС ГУКП
предприятий, где стандарты предприятия являются основой
функционирования систем управления качеством продукции на предприятии.
Она представляет собой совокупность мероприятий, методов
и средств, обеспечивающих скоординированные действия органов уп-
292
равления для достижения главной цели системы. На стыке этапов 3 и
4 она была документирована и внедрялась на предприятиях нашей
страны.
Цель КС УКП — совершенствование организации производства
для достижения постоянного улучшения качества выпускаемой
продукции. В ней реализуются специальные функции управления
качеством продукции путем распределения задач между органами
управления и подразделениями предприятия в соответствии с их
компетенцией и обязанностями, а также уточнением прав и ответственности этих
органов.
Разработка и внедрение КС УКП состоит из трех этапов:
подготовка и разработка системы;
разработка проекта системы;
внедрение системы.
Структура КС УКП включает в себя все подразделения и службы
предприятия, участвующие в управлении и производстве продукции.
Координация работ, связанных с функционированием и развитием
системы управления качеством продукции, возлагается на специальное
подразделение, подчиненное непосредственно руководителю
предприятия. Распределение функций управления качеством между
подразделениями является специфическим для каждого конкретного
предприятия. Оно зависит от характера разрабатываемой продукции, масштабов
организации и других факторов и устанавливается стандартами
предприятия, положениями о подразделениях.
КС УКП по функциональному назначению в подразделениях
делятся на:
управление качеством продукции при разработке продукции;
повышение эффективности производства (КСПЭП);
управление качеством продукции и эффективным использованием
ресурсов (КСУКП и ЭИР);
управления качеством бытового обслуживания (КСУКБО).
7.4.3. Системы управления качеством продукции
Система управления качеством продукции представляет
совокупность управленческих органов и объектов управления, мероприятий,
методов и средств, направленных на установление, обеспечение и
поддержание высокого уровня качества продукции.
Система управления качеством продукции определяет воздействие
участников общественного производства на обеспечение качества
продукции, разных видов работ и услуг, а также предусматривает защиту
прав и интересов потребителя. Система создает условия для коренного
293
повышения качества продукции в целях наиболее полного
удовлетворения потребности. Потребителем может быть предприятие или
гражданин, использующие продукцию для собственных производственных
или личных нужд.
Системы управления устанавливают взаимодействия между
производителями и заказчиками продукции, касаются внешних отношений,
построены на основных принципах законодательства о качестве
продукции и защите прав потребителя, оформляются государственными
стандартами. К принципам законодательства о качестве продукции
и защите прав потребителя относятся:
первоочередное соблюдение интересов потребителя, всемерная
защита его прав и усиление роли в определении качества продукции;
эффективное использование систем управления качеством
продукции, обеспечение экономической заинтересованности разработчиков,
изготовителей, потребителей и общества в целом в повышении ее
качества;
четком определении прав, обязанностей и ответственности каждого
участника отношений по обеспечению качества продукции в системе
управления.
Под заказчиком понимается предприятие, государственный орган
или гражданин, заказывающие самостоятельно или по чьему-либо
поручению разработку либо производство продукции.
Разработчиком является предприятие или гражданин,
осуществляющие научно-исследовательские, опытно-конструкторские и
проектные работы по созданию и освоению новой продукции. К
изготовителю относят предприятия или граждан, производящих продукцию для
реализации. Таким образом, основным звеном в создании и
производстве качественной продукции является предприятие, главная задача
которого — удовлетворение потребностей населения, народного
хозяйства и экспорта в качественной продукции. Предприятие при создании в
производстве продукции руководствуется интересами потребителей
и общества. Оно не вправе добиваться улучшения своего
экономического положения в ущерб качеству выпускаемой продукции,
совершать действия, ведущие к монополизации производства и ущемлению
интересов потребителя. Предприятие самостоятельно определяет
основные направления, цели и задачи, осуществляет мероприятия по
обеспечению качества производимой продукции.
Принципы менеджмента качества. Восемь принципов
менеджмента качества образуют основу для стандартов на системы
менеджмента качества, входящих в семейство ИСО 9000.
а) Ориентация на потребителя. Организации зависят от своих
потребителей, и поэтому должны понимать их текущие и будущие по-
294
требности, выполнять их требования и стремиться превзойти их
ожидания.
б) Лидерство руководителя. Руководители обеспечивают единство
пели и направления деятельности организации. Им следует создавать и
ПОдцерживать внутреннюю среду, в которой работники могут быть
полностью вовлечены в решение задач оптимизации.
в) Вовлечение работников. Работники всех уровней составляют
основу организации, и их полное вовлечение дает возможность
организации с выгодой использовать их способности.
г г) Процессный подход. Желаемый результат достигается
эффективнее, когда деятельностью и соответствующими ресурсами управляют
как процессом.
д) Системный подход к менеджменту. Выявление, понимание и
менеджмент взаимосвязанных процессов как системы содействуют
результативности и эффективности организации при достижении ее целей.
е) Постоянное улучшение. Постоянное улучшение деятельности
организации в целом следует рассматривать как ее неизменную цель.
~< ж) Принятие решений, основанное на фактах. Эффективные
решения основываются на анализе данных и информации.
. з) Взаимовыгодные отношения с поставщиками. Организация и ее
доставщики взаимозависимы, и отношения взаимной выгоды
повышают способность обеих сторон создавать ценности.
у Совместимость систем менеджмента в комплексном
менеджменте организации:
,' взаимосвязи менеджментов общего и качества (см. 7.4.2.);
х взаимосвязи между системами качества и моделями совершенства;
'■-V/- взаимосвязи систем менеджмента качества (ИСО 9000) и систем
управления окружающей средой (ИСО 14 000).
о Подходы систем менеджмента качества, приведенные в семействе
стандартов ИСО 9000, модели совершенства основаны на общих прин-
/ВДпах. Оба эти подхода:
*•"■■' а) дают возможность организации выявить свои сильные и слабые
1иороны;
-'' б) содержат положения по оцениванию в сравнении с общими
моделями;
в) обеспечивают основу для постоянного улучшения;
г) включают способы внешнего признания.
Различия между подходами систем менеджмента качества
семейства ИСО 9000 и моделями совершенства заключается в их областях
Применения. Стандарты семейств ИСО 9000 содержат требования к
системам менеджмента качества и рекомендации по улучшению
деятельности; оценивание систем менеджмента качества устанавливает
295
выполнение этих требований. Модели совершенства содержат
критерии, позволяющие проводить сравнительную оценку деятельности
организации, и это применимо ко всем видам деятельности и ко всем
заинтересованным сторонам. Критерии оценки в моделях совершенства
обеспечивают организации основу для сравнения ее деятельности с
деятельностью других организаций.
Взаимосвязь систем менеджмента качества и управления
окружающей средой побуждает принятие процессного подхода к менеджменту
организации и проявляется в непрерывности управления, которое он
обеспечивает на стыке отдельных процессов в рамках обеих систем, а
также при их комбинации и взаимодействии. Топологические модели
обеих систем основывают на процессном подходе, не детализируя
требования стандартов (рис. 7.10).
Модель системы менеджмента качества. Нормативная модель
(рис. 7.10, а) охватывает все основные требования стандартов с учетом
взаимосвязи совместимости систем в постоянном улучшении качества.
Модель состоит из компонентов систем ИСО 9000, расчлененных по
понятийным поясам в виде дерева декомпозиции и образующих их
состав. Состав есть потенциально интегрированная база данных,
используемая при последующей композиции производных систем.
Необходимым условием декомпозиции систем менеджмента качества является
моделирование. Обратная связь круговая с координирующими
действиями процессов жизненного цикла — как объекта управления. Дереву
декомпозиции соответствует дерево композиции, которое приводит
состав системы снова к интегрированному виду, точно следуя порядку,
обратному тому, в котором расчленялась система. Обратный процесс
перехода системы менеджмента качества из одного крайнего
состояния в другое именуют инверсией состояния.
Глобальная система менеджмента качества связывает человека с
биосферой и техносферой, образуя экосферу, которая все больше
превращается в замкнутый комплекс (см. рис. 7.10, а). Замкнутость
экосферы воздействует на постоянное улучшение системы для создания
лучших условий общественного существования и развития, призывает
к поиску творческих решений. Переход на глобальную систему
менеджмента качества осложняет ее структуру, превращая в
многоуровневую иерархическую.
Модель системы экологического менеджмента. Нормативная
модель системы экологического менеджмента ИСО 14 000 отражает
упрощенную точку зрения организации, основанную на следующих пяти
принципах (рис. 7.10, б): обязательства и политика, планирование,
реализация, измерение, анализ и улучшение. Она охватывает основные
требования стандартов управления качеством продукции и экологией.
296
Потребители |
(и другие
заинтересованные
стороны)
летворенность
/Измерение и оценка
' (Проведение проверок,
и корректирующее
действие)*
Внедрение (Внедрение у
и функционирование)^
Рис. 7.10. Модели систем менеджмента, основанных на процессном подходе:
а — менеджмента качества (ИСО 9000); б — экологический менеджмент (ИСО 14 000)
В моделировании систем экологического менеджмента
применяемое математическое описание определяется взаимосвязанной
совокупностью языка, моделей и методов математики топологического и
аналитического подходов, ориентированных на решение инженерных
экологических проблем.
Принципы жизненного цикла продукции. Работы, выполняемые в
жизненном цикле продукции, распределены по пяти основным, восьми
вспомогательным и четырем организационным процессам (рис. 7.11).
Любой процесс является горизонтальной или вертикальной
последовательностью связанных между собой видов деятельности, которая
имеет общий вход и выход.
Основные процессы жизненного цикла реализуются под
управление основных сторон, вовлеченных в жизненный цикл продукции.
Основными сторонами являются: заказы, поставки, разработки,
эксплуатации, сопровождения; из них разработки (см. п. 5.3) являются
наиболее наукоемкими, организованными инженерными системами —
технической и технологической (см. с. 90).
Вспомогательные процессы жизненного цикла организует
организация и выполняет управление ими на проектном уровне. При
проектировании систем менеджмента качества, обеспечение качества
должно предусматривать как необходимый принцип по отношению ко всем
элементам системы в процессах жизненного цикла на этапах петли
качества (рис. 7.12).
Организационные процессы жизненного цикла включаются в
общий бизнес-процесс предприятия. По характеру воздействия
организационных процессов на этапы петли качества выделяют процесс
управления (см. п. 7.1). Он представляет собой методы и деятельность
оперативного характера по выявлению и устранению отклонений и их
причин, известные как «замкнутый управленческий цикл», который
включает контроль, учет, анализ, оценку, принятие и реализацию
решения. Решения могут приниматься по результатам текущей
информации, а также по результатам обработки и анализа накапливаемой
информации (рис. 7.13).
Разработано нормативное обеспечение компьютерных технологий
поддержки жизненного цикла продукции систем управления.
Гармонизировав в 1992 г. системы управления качеством
поставщиков, позднее в 1997 г. введена эффективная документированная
система управления качеством известная как «Требования к системам
качества» ()8-9000. При этом отношения поставщиков комплектующих
изделий, материалов, инструмента, оснастки и заказчиков строятся
такие же, как и при применении стандартов 9000, т. е. на основе прове-
298
5. Основные
процессы жизненного цикла
5.1 Заказ
5.2 Поставка
5.3
Разработка
5.4
Эксплуатация
5.5
Сопровождение
6. Вспомогательные
| процессы жизненного цикла |
6.1 Документирование
6.2 Управление конфигурацией
6.3 Обеспечение качества
6.4 Верификация 1
.*■'>:■■. ' ■■"; и • ;■*.;;■:<»»''
6.5 Аттестация
'■".-■' :&. ..
6.6 Совместный анализ
6.7 Аудит
Ш1Ш11Г
щ
*''"■. ■'.■'.. ■:^Н*Пг'Щ 1
6.8 Решение проблем 1
7 Организационные процессы жизненного цикла
7.1 Управление
7.3 Усовершенствование
7.2 Создание инфраструктуры
7.4 Обучение
Рис 7 11 Структура процессов жизненного цикла продукции — как объект управле-
' ния (ИСО 9000)
рок систем качества и производственных процессов на соответствие
требованиям системы С?3-9000.
«Требования к системам качества» 08-9000 включают три группы
требований:
299
Обеспечение качества
лСгки^Р°води*л,с
основанные на
требования,
ИСО 9000;
отраслевые требования;
специфические требования
фирм-разработчиков системы
08-9000.
В систему были включены
следующие документы.
В процедуре РРАР «Процесс
согласования производства
комплектующих частей» приведен перечень из
14 документов, которые
представляются поставщиками со своей
продукцией во всех ситуациях, когда
требуется предварительное
согласование поставок с потребителем. При
этом потребитель может учитывать
соответствие требований
поставщика требованиям 08-9000 и опыт
предыдущих поставок, а также
другие факторы. В результате
потребитель либо принимает, либо
отклоняет продукцию поставщика.
Документ 08А «Оценка систем
качества» используется как для
самооценки поставщиками своей системы качества, так и для ее оценки второй
стороной (заказчиком) или третьей стороной (органом по сертификации).
Руководство АР(}Р «Планирование качества перспективной
продукции» интересно тем, что оно дает возможность поставщикам
планировать качество своей продукции на перспективу так, чтобы его
уровень соответствовал будущим требованиям заказчика.
Руководство РМЕА «Анализ видов и последствий отказов»
применяется на этапах проектирования и разработки технологии и содержит
набор необходимых форм для выполнения и оформления этой работы.
При интеграции систем управления качеством на базе стандартов
серии ИСО 9000 и 08 9000 возникает четко организованное
совокупное управление качеством, что создает положительный эффект,
изображаемый в виде вектора качества. Под воздействием вектора
качества петля качества (см. рис.7.12) превращается в восходящую спираль
и качество продукции повышается до требуемого уровня после
каждого цикла управления. Превращение петли качества в спираль может
быть запрограммировано и исследовано на компьютере.
300
Рис. 7.12. Мероприятия по обеспечению
качества:
/ — маркетинг (поиск и изучение рынка);
2 — проектирование и разработка технических
требований к продукции; 3 —
материально-техническое снабжение; 4 — подготовка и
разработка производственных процессов; 5 —
производство продукции; б — контроль и испытания;
7 — упаковка и хранение; 8 — реализация и
распределение; 9 — монтаж и эксплуатация;
10— техническая помощь в обслуживании;
// — утилизация после использования
учение кач-
/ а^^1
/ 10^ Петля
^. 7 качеств
я4
8\>
\^/°7*Г
/ г >
1
*т \
V
\ >
/
/
1 /
\ /
1 '
/
1
\Л
г -,
Принятие]
решений \
^
1
Анализ
Контроль
?р
-<
А Учет
авление качеств
ЮМ
Рис. 7.13. Действия по устранению отклонений
Под петлей качества понимается плоская схема, а под спиралью —
пространственная модель.
Согласно ИСО 8402, петля качества — концептуальная модель
взаимозависимых видов деятельности, влияющих на качество на
различных стадиях от определения потребностей до оценки их
удовлетворения. Спираль качества является аналогичным понятием.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте основополагающие принципы кибернетического подхода к
управлению качеством продукции.
2. Какие принципы теории управления относятся к управлению качеством
продукции?
3. Какие задачи решает интеграция управления качеством продукции?
4. В чем состоит сущность управления качеством продукции?
5. Что составляет исходные данные обеспечения качества?
6. Опишите разработку систем обеспечения качества.
7. В чем сущность варианта системы обеспечения качества изделий
машиностроения?
8. Поясните генезис и проблематику менеджмента качества.
9. Какие разработаны рекомендации по применению систем качества на основе
международных стандартов серии 9000?
ГЛАВА 8
ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ
СТАНДАРТИЗАЦИИ
8.1. Технологические объекты управления
в составе технических систем производства
Под технической системой производства понимают объективное
единство технологического оборудования, предназначенного для
осуществления всего технологического цикла получения готового
продукта, способного к усовершенствованию и самостоятельному
функционированию, благодаря наличию кибернетической части. Организация
любого промышленного производства на базе технических систем
требует наличия определенных ресурсов, средств производства и системы
управления.
К категории ресурсов относятся различные виды энергии, людские
ресурсы; средства производства включают в себя орудия труда и
орудия-двигатели. Кроме того, надо владеть определенными приемами
целенаправленного использования ресурсов и средств производства, т. е.
технологией производства. Наконец, чтобы заставить целенаправленно
функционировать все компоненты промышленного производства, надо
иметь разработанную систему управления на базе стандартизации
и людей, умеющих ее осуществлять.
Производственные силы общества в современный период
промышленного производства характеризуются чрезвычайно разветвленными
и многообразными взаимоотношениями человека с орудиями труда,
разобраться в которых без системного анализа непросто. Для
правильной ориентации во всем многообразии орудий труда, их месте и роли
в организации промышленного производства проводят схематизацию
самого производства. Чтобы раскрыть техническую сторону стандар-
302
тизации технологических объектов, рассмотрим их в совокупности,
состоящей из:
средств технологического оснащения (приспособление,
инструмент, технологическое оборудование разного функционального
назначения);
технологических процессов, реализуемых с обязательным
соблюдением соответствующих инструкций и регламентов;
процессов, с которыми связано обеспечение обусловленных
требованиями эксплуатации нормальных режимов функционирования
технологического оборудования и движения материальных потоков;
технологической подготовки производства (ТПП);
контроля и испытания качества продукции.
Приоритетное значение среди перечисленных объектов придают
технологическим процессам.
Кибернетическое воздействие на технологические объекты через
процессы управления сложное и многогранное, рассматривается не
Менее чем в пяти аспектах: организационный, экономический,
технологический, математический, технический, поддерживается фондом
ДОТО. Экономический аспект играет главную роль и с ним связано
использование экономико-математических моделей в компьютерной
^остановке.
к Технологические объекты в разном сочетании и кибернетическом
воздействии реализуют два обособленных процесса производства:
в виде традиционного жесткого со сложившимися технологическими
^йстемами (ТС) или гибкого автоматизированного производства
(ТРАП), управление которыми носит в основном технологический и
организационный аспекты. Материально-энергетические процессы в
технологических объектах протекают в реальном времени.
Технологические процессы. Технологический процесс (ТП) —
часть производственного процесса, содержащая действия по
изменению и последующему определению состояния предмета
производства. ТП как объект управления в целом является сложной
динамической системой, включающей ряд подсистем — технологических
операций, каждая из которых в отдельности тоже может быть объектом
управления.
Он состоит из двух стадий — заготовительной и сборочной;
заготовительная включает процессы получения заготовок; механическую
ооработку деталей, термообработку, отделку, покрытие, контроль,
а. также вспомогательные процессы, операции.
Принято различать четыре вида ТП: единичный, типовой,
групповой и стандартный. Каждый из видов разрабатывается на базе ЕСТПП.
В современном машиностроительном производстве широкое распрост-
303
ранение получил групповой технологический процесс (ГТП). Он
предназначен для совместного изготовления группы изделий различной
конфигурации в конкретных условиях производства на
специализированных рабочих местах. ГТП разрабатывается с целью экономически
целесообразного применения методов и средств крупносерийного
и массового производства в условиях единичного, мелкосерийного
и серийного производств для комплексного экземпляра предмета
изготовления; он имеет нормативное обеспечение.
Развитие методов кибернетического воздействия технологических
объектов выдвигает вопрос об оценке качества технологических
процессов. Под качеством технологического процесса понимают
совокупность свойств, определяющих степень его пригодности для
достижения заданных требований по качеству продукции. Высокое качество
ТП является материальной основой выпуска продукции высокого
качества (табл. 8.1).
Таблица 8.1
Технические
Точность
Стабильность
Надежность
Уровень
автоматизации
Быстродействие
Контролируемость
Уровень выхода
годной продукции
Патентная чистота
Экономические
Материалоемкость
Металлоемкость
Энергоемкость
Производительность
Технологическая
трудоемкость
Технологическая
себестоимость
Экономичность
Эргономические
и эстетические
Удобство
обслуживания и
управления
Гигиеничность
Безопасности
Уровень
токсичности
Уоовень шума
Взрывобезопас-
ность
Степень
загрязнения окружающей
среды
Управление технологическим процессом должно удовлетворять
часто противоречивым требованиям. Основными требованиями являются
качество готовой продукции и производительность технологического
оборудования. Качество продукции определяется качеством заготовок,
инструмента, техническим состоянием оборудования и
технологической оснасткой. На среднюю производительность оборудования
влияют простой станка, потери времени на наладку, время, затраченное на
аварийные ремонты и плановое техническое обслуживание. Поскольку
304
качество обработки и производительность оборудования
взаимосвязаны, то это дает возможность рассматривать систему управления ТП
с точки зрения комплексного решения задач обеспечения
функционирования системы. Такой подход позволяет найти достаточно простое и
в то же время универсальное решение комплексного управления ТП,
избежав при этом чрезмерной сложности.
8.2. Процессы управления ЕСТПП
8.2.1. Обеспечение технологичности конструкции изделия
Наибольшая эффективность отработки конструкции изделия на
технологичность достигается оптимизацией при разработке проектной
конструкторской документации для получения наилучших решений.
Отработка технологичности оригинальных конструкций не
охватывается нормативными правилами и остается индивидуальной.
Обязательным условием отработки является выделение потребительских
свойств, обусловливающих пригодность изделия и использование по
прямому назначению. За критерии оптимальности выбирают, в первую
очередь, технологическую себестоимость или отдельные ее
дефицитные составляющие — затраты на материал, изготовление,
трудоемкость. Оптимизация технологичности конструкций может быть
структурной и параметрической. Структурная оптимизация проводится на
базе функционально-технологического синтеза с применением
принципов модульного проектирования и технологической компоновки
конструкции, параметрическая — на базе СОПОС (глава 4).
Принцип модульного проектирования конструкции.
Тенденция к повышению серийности производства техники как
средству повышения качества и экономичности предъявляет
дополнительные требования к конструированию. Одно из таких требований —
обязательное применение в конструировании методов стандартизации:
унификации и агрегатирования, выраженных в модульных принципах.
Возможность компоновки изделий из унифицированных составных
частей, комбинации их со сборочными единицами специального
назначения, последовательного наращивания функций позволяет строить
конструкции различного назначения и структуры.
Использование модульных принципов сокращает сроки подготовки
производства (конструкторской и технологической), новых изделий,
повышает мобильность и адаптивность технологии в условиях
опытного и мелкосерийного производства.
20-4523 305
Проведение производственной подготовки и формирование
доминирующей конструкции базируется на использовании модульных
принципов для различных классов технологии, соподчиненных им
методов и процессов групповой технологии, с построением
доминирующей конструкции.
В основе функционально-модульного построения доминирующей
конструкции заложены следующие принципы:
инвариантность конструкций, обеспечивающая возможность их
применения для различных видов технологии;
переналаживаемость конструкций и взаимозаменяемость
функциональных составных частей;
конструктивная преемственность, возможность многогранного
применения функциональных составных частей; высокая технологичность,
обеспечивающая интенсификацию производства — автоматизацию и
роботизацию наиболее трудоемких и массовых технологических операций.
Важнейшее условие данного подхода — возможность
декомпозиции конструкции на составные части, каждая из которых
ориентирована на выполнение вполне определенной функции.
Анализ практики конструирования позволил выделить ряд типовых
составных частей комплекса изделий, которые, в свою очередь,
состоят из унифицированных агрегатов, узлов и деталей соответствующего
функционального назначения. В результате получена многоуровневая
иерархическая модель структуры комплекса изделия, в которой
выделены четыре основных уровня — конструкция, модули, блоки,
элементы, оформленные в виде морфологической матрицы (рис.8.1).
Горизонтальные строки матрицы представляют собой
совокупность составных частей комплекса различного уровня сложности,
выполняемых функций и конструктивного исполнения, образующих
соответственно
уровни элементов, блоков
и модулей.
Вертикальные
столбцы объединяют
функционально-однородные
группы, включающие
параметрические ряды
составных частей
комплекса в соответствии
с их классификацией по
функциональному
назначению для
различных видов технологии.
А
Л
<$
Модули М
Блоки Б
Элементы Э
т/
*А
>/ / / / / /А
' / / / / / А1
/~/ / / / / АУ\
'///// А \Аа
м,
в,
9,
к
Е
Г"Г
...
...
////И/1
...
...
Ыш/
Щу
ЩУ
Группы составных частей
Рис. 8.1. Морфологическая матрица структуры
функционально-модульных конструкций
306
Третья переменная — типоразмерные параметрические ряды
составных частей комплекса; теперь матрица становится трехмерной
и имеет вид параллелепипеда, составленного из кубов малого размера,
число которых соответствует количеству возможных вариантов
построения структур различного уровня и зависит от числа
классификационных групп одинакового функционального назначения и
количества типоразмеров в каждом параметрическом ряду. В результате
получают некоторое множество функциональных модулей, блоков и
элементов для агрегатирования комплекса, ориентированного на создание
доминирующей конструкции.
Принцип технологической компоновки
конструкции. Этот вид компоновки с выходом на соответствующий
иерархический уровень (модули, блоки, элементы) зависит от фактора
концентрации технологических переходов в технологии сборки конструкции
или отдельных ее узлов.
Структурная оптимизация маршрутной технологии групповой
сборки осуществляется с помощью сетевой модели, включающей в себя
матрицу контуров, граф смежности операторов и элементов групповой
сборки. Оптимизация по сетевой модели сводится к выбору
кратчайшего пути в графе смежности сборочных операций с учетом
логических ограничений. К числу таких ограничений отнесены вопросы
окончательного выбора оптимальной структуры маршрутной
технологии в неразрывном единстве с выбором оптимальных
структурно-компоновочных схем агрегатного сборочного оборудования и структур
технологических операций автоматизированной сборки по критерию
технико-экономической эффективности, одним из показателей которой
может быть трудоемкость.
В рассмотренной модели технологической компоновки сделаны
ряд допущений и упрощений. Все вершины дерева сборки аппарата
поделены на две группы. К первой группе относятся вершины, время
прохождения через которые определено изначально а,-. К таким
вершинам могут относиться технологические операции, связанные,
например, с обкаткой или тестированием собранного узла. На графе данные
вершины обозначаются белым цветом. Ко второй группе вершин
отнесены те, время прохождения через которые обусловливается
трудоемкостью их сборки у/, а следовательно, определяется величиной
Ъ = у№,
где п, — количество исполнителей, задействованных на /-й вершине.
Данный тип вершин на графе обозначен серым цветом.
го* 307
V «г* V
О-о-О-
О
У^ЛЪ*
—О—
Рис. 8.2. Объединение временных затрат
Заметим, что линейные
участки дерева графа могут быть
объединены по суммарной
трудоемкости данного участка
и суммарным предопределенным
временным затратам (рис. 8.2).
Таким образом, характерный
участок дерева сборки изделия
может быть представлен на рис. 8.3. Отметим, что временные затраты
в вершинах соединения отдельных линейных участков (А, Я, С) могут
быть как постоянными, так и определяться своей трудоемкостью
сборки.
Время выхода на сборку узла С для данного дерева определяется
соотношением
Г = тах{Г1+Г$,Г2+Г5,Г3+7;,7;+Г6}.
Для оптимального состава исполнителей должно выполняться
соотношение
Г°=ттГ.
В целом данная задача входит в класс задач сетевого
планирования. Здесь для ее решения мы сделаем дополнительное
предположение о фиксированном времени прохождения вершин А и В и о
возможности принимать любые действительные значения из отрезка [О,
п] неизвестным п1. Здесь п —общее число исполнителей. Это
означает, что исполнитель в любой момент времени без временных по-
Рис. 8.3. Фрагмент дерева сборки
308
терь может быть переведен с одной ветви на другую. Тогда гтп Г,
очевидно, достигается при условии «отсутствия простоев», т. е. при
условиях
Т\ = Т2\ Г3 = Г4; Г, + Г5 = Г3+Г6.
Обозначив производительность на сборке / узла за м, = 1/и/,из
последних условий получим нелинейную систему уравнений
Га1+у,ц=а2+у2«2,
|а|+у|ц+а5=а3 + У3Из+<*б>
1111
— + — + — + — -п.
[щ и2 иъ и4
Решение данной системы может быть получено численными
методами, причем по смыслу задачи нас интересуют только
положительные значения и*. Если л, могут принимать только целочисленные
значения, то возникает сложная задача целочисленного нелинейного
программирования. Однако для ее решения можно воспользоваться
решением задачи без условия целочисленности, выбрав ближайшие
целочисленные значения для полученного решения.
В конечном итоге временные ветви трудоемкости
технологического маршрута групповой сборки будут определяться структурой
групповой сборки изделий и распределением трудовых и прочих ресурсов
в процессе сборки.
Параметрическая оптимизация конструкции.
Оптимизацию проведем на примере сварного сосуда под внутренним
давлением. Принимают, что толщина стенки должна меняться в больших
пределах одновременно с повышением стоимости поверхности. В связи
с этим более целесообразно рассматривать удельную стоимость
обечайки и днища, отнесенную к единице массы. Для удобства
последующего расчета общую массу сосуда, состоящего из цилиндрического
корпуса и двух эллиптических днищ, приравниваем к массе
эквивалентного цилиндра диаметром с1. Воспользовавшись исходными
параметрами сосуда, найдем объем Уэкй эквивалентного цилиндра, равного
сумме объемов эллиптического днища Уд и исходного цилиндра У0
(рис. 8.4):
* 3 3 6 12
309
V =
г экв
4 / 12
Стоимость листового металла сварного сосуда состоит из
стоимости цилиндрического корпуса и двух эллиптических днищ, зависит от
соотношения между диаметром с1 и высотой Н (рис. 8.5). Преобразовав
последнее выражение приведением его к высоте Я, запишем новое
выражение для суммарной стоимости листового металла:
С = с0\»п8\ 1,275- +0,782</2 ' (8Л)
где с0 — удельная стоимость цилиндрического корпуса; и> —
плотность листового металла.
Систематизируя и обобщая производственные данные, принимают
основные закономерности изменения удельной стоимости материала
листовых конструкций.
Установлено, что удельная стоимость листового металла
изменяется в зависимости от ширины некоторого базового листа. Ширина
базового листа определяет граничные условия смены технологии прокатки
металла на металлургических заводах. С увеличением ширины И от
значения к = 1600 мм для базового листа удельная стоимость с\
листовых заготовок возрастает: с\=а(к- 1600)1,23.
Сравнение удельной стоимости материалов днища сд и обечайки с0
показало, что для днища она выше, чем для обечайки, примерно в 1,5
раза. Это вызвано различием расхода листового металла (на 22%)
и трудовых затрат (на 50%); эти показатели косвенно входят в
стоимость металла деталей при сравнении. Отсюда соотношение между
удельными стоимостями материала днища сд и обечайки с$ принято
Сд/Со « 1,5.
Увеличение массы сосуда вследствие увеличения диаметра и
толщины 5 листа создает дополнительную стоимость сосуда против сто-
х 77 х
у4
^рИ
к.
^
Ь
—1
и
_н
—►
Г
Рис. 8.4. Схема к расчету
параметров днища
Рис. 8.5. Сварной сосуд, принятый в
параметрической оптимизации
310
и мости листа с некоторой базовой массой. Принимая с0 за удельную
стоимость материала обечайки базовой массы, удельную стоимость
материала обечайки с повышенной базовой массой находим по
формулам:
с0 -с^уъ — при толщине листа до 25 мм;
с0 =с'0с!1/4 — при толщине листа 25—200 мм.
Подставляя в выражение (8.1) частные значения с<> последующим
дифференцированием по с1у получим оптимальную высоту сосуда:
Я» 6(1 — для листа толщиной до 25 мм;
Н*Ы — для листа толщиной от 25 до 200 мм.
Высота сосуда корректируется по налагаемым ограничениям в
отношении транспортной габаритности, габаритности машиностроительных цехов,
нормативного диаметра, размещения внутренних устройств конструкции.
Оптимальную ширину листовой заготовки по заданной высоте
сварного сосуда рассчитывают на основе минимизации стоимости,
состоящей из дополнительных затрат на материал вследствие
возрастания размеров от базовых и затрат на выполнение сварочных работ.
Функция цели с двумя видами перечисленных затрат имеет вид
С =с,7И^Я5 +с2( — -1 |Ы
где си сг — удельная стоимость длины материала и сварного шва.
Заменив в функции цели промежуточный параметр V на его
значение, получим
С = к(Л а(й-1600)из™Ж +с2[ — -1 ]
Дифференцируя функцию по Л и приравнивая нулю первую
производную, найдем
— = кс/1 ч>Н5а • 123(А -1600)023 - ^
И2
9= 1,23т*; ^ = #/?2(А-1600)0
5
= 0,
Из последнего выражения находим оптимальную ширину листовой
заготовки исходя из наименьшей стоимости изготовления в
зависимости от стоимости наложения сварного шва и толщины листа. Емкость
сосудов может отличаться от номинала в пределах +10% ... -5%,
которые определяют точность изготовления.
311
8.2.2. Автоматизированное проектирование
групповой технологии
Автоматизированное проектирование групповой технологии
комплексное и выполняется на всех этапах создания изделия:
конструирование, технологическая подготовка производства,
технологические процессы изготовления деталей и сборка. В групповой
технологии элементы изделий группируют по сходным группам,
именуемым семейством. На рис. 8.6 показана разновидность семейств,
которая формируется по каждому этапу и с учетом сложности
объекта. Необходимым условием образования таких семейств является
наличие системы классификации для ранжирования объектов по
группам; системы содержат критерии группирования и дают полный
обзор объектов изготовления в пределах предприятия.
Индивидуальные системы классификации объединяются в единую систему
кодирования.
Их
о о ^
■85$
1Т
г
Ж.
« ~ В
31 ? 1С
Д1 1 1
с=эс±зс
^>
14
Рис. 8.6. Семейство групповой технологии:
/ — семейство групповой технологии; 2 — детали; 3 — сборочные единицы; 4 — изделия: а —
принятая форма составных частей; 6 — принятая им приближенная форма; в — принятая
функциональная группа; г — принятый рабочий принцип; 5 — семейство форм составных частей: 6 —
семейство видов; 7 — гибкое семейство; д — порядок действия ТПП; е — принятая или
приближенная последовательность действий ТПП; ж — принятая или приближенная последовательность
действий ТПП сборки в первом варианте; з — принятая или приближенная последовательность
действий ТПП сборки во втором варианте; 8 — семейство порядка действий; 9 — семейство
технологий механической обработки; 10 — семейство сборочных процессов; II — семейство деталей;
12 — семейство групп сборочных единиц; 13 — семейство изделий; 14 — степень сложности
312
Существующие системы классификации и кодирования в
групповой технологии создают по технологическому, предметному и
комбинированному принципу. С применением технологического принципа
связывается обеспечение технологической однородности производства.
Использование предметного принципа позволяет настроить
производство на выпуск однородной продукции. Комбинированный принцип
представляет собой сочетание обоих предшествующих принципов
организации производства в пределах одного производственного
подразделения. Особенности такого построения систем поясняет рис. 8.7.
Система использует Код цифрового и буквенного обозначения в
последовательности интервалов:
12345 6789
Первые девять цифр формируют данные конструкторского и
технологического массивов, из них 12345 описывает конструкторские
свойства, другой интервал 6789 — технологические свойства.
Буквенный ряд обозначений идентифицирует дополнительные специфические
особенности изделия.
[о
[7
\1
[?
и"
г"
\б
\7
г"
Г
Цифра 1
1
3
2
1/0*0,5
0,5<1/О<3
1/0*3
7 ио*г
$ 1/0>2
5
А/В+Э
А/В>3
А/В^З
А/С<4
4
Цифра 2 Цифра 3
К
^^
3 17
12
11
10
9
8
\
\
/
X
16
15
14 I
/
г
Вид кода
Цифра 4 Цифра 5
21 24
25
20
Н 23
Н 19 Н 22
Н 1в Н 21
3
Рис. 8.7. Система классификации и кодирования в групповой технологии:
/ — класс деталей; 2 — невращающиеся; 3 — вращающиеся; 4 — специальные; 5 —
специальные; 6 — с ограничением; 7 — с ограничением; 8 — основная форма; 9 —
основная форма; 10 — основная форма; // — основная форма; 12 — внешняя форма
детали; 13 — основная форма; 14 — основное отверстие в механический обработке
вращательного движения; 15 — вращательное движение; 16 — внутренняя форма
элемента; 17 — механическая обработка вращательного движения; 18 — механическая
обработка плоскостей; 19 — механическая обработка плоскостей; 20 — механическая
обработка плоскостей; 21 — другие отверстия, зубчатый венец и формообразование;
22 — другие отверстия, зубчатый венец и формообразование; 23 — другие отверстия
и зубчатый венец; 24 — особые отверстия, зубчатый венец и формообразование; 25 —
дополнительный код; 26 — цифра; 27 — размеры; 28 — материал; 29 — исходная
форма заготовки; 30 — точность
313
1И
1
ЦШ1
Рис. 8.8. Система классификации в ТПП по конструктивно-технологическому
признаку:
/ — технические требования; 2 — требования потребителя; 3 — технические требования
потребителя; 4 — процесс обработки информации; 5 — кодирование производства и оборудования; 6 —
классификация производства и оборудования; 7 — рабочие чертежи; 8 — фонд деталей; 9 —
формы калькуляции; 10 — наличие производственных мощностей и оборудования; И — да; 12 —
фонд проектной документации; 13 — сортировка по классификационному номеру; 14 — нет;
15 — нет; 16 — наличие сопутствующих производственных мощностей и оборудования; 17 —
использование классифицированных деталей и сборочных единиц; 18 — пооперационный перечень
работ; 18а — да; 19 — использование перечня работ; 20 — определение необходимого
оборудования; 21 — рабочие чертежи; 22 — фонд деталей; 23 — формы калькуляции; 24 — достоверность
использования существующего оборудования; 25 — нет; 26 — использование классификационных
деталей и сборочных единиц; 27 — да; 28 — сортировка по классификационному номеру; 29 —
подбор проектных документов
Этап конструирования. Ключевую позицию в построении
групповой технологии занимает этап конструирования. Рабочий
принцип изделия, его материал и точность в соединении с выбором
технологических методов полностью определяют стоимость продукта. Фонд
рабочей документации и сопутствующие ей нормативные материалы
основываются на методах стандартизации (рис. 8.8).
При формировании комплексной детали из множества
обрабатываемых заготовок фонд рабочих чертежей значительно упрощается
и приводится к структурной схеме с иллюстрациями на рис. 8.9. По
структурной схеме разрабатывают программно-алгоритмическое
обеспечение.
Рис. 8.9. Разработка чертежа комплексной детали:
/ — база данных: классификация групп деталей подобных форм по кодовому номеру; 2 —
сортировка деталей из стандартных чертежей по кодовому критерию, 3 — устранение вариантов, не
предусмотренных назначением: 4 — подготовка стандартных чертежей; а — количество; б —
группы деталей подобных форм (кодовые номера); в — выбор критерия. / — частота деталей по
кодовому номеру; 2 — число деталей с переменными размерами подобных форм; г — переменные
параметры: / — форма элементов; 2 — допуски; 3 — символ шероховатости поверхности; 4 —
материал; 5 — поверхностная термическая обработка
315
Этап обработки. В принципах групповой технологии
механическую обработку объектов связывают с понятием семейства деталей.
Семейство деталей — совокупность деталей, сходственных по
конструктивному (форма, размеры, точность) и технологическому
(однородность технологического процесса) признакам. Детали внутри
семейства отличаются друг от друга, но конструктивное и технологическое
подобие идентифицирует их внутри семейства. Такая идентификация
привела к логическому понятию гипотетической комплексной детали,
которая в групповой технологии стала условным объектом обработки.
В формировании комплексной детали число входящих действительных
деталей и технологических операций должно быть не менее 7
(рис. 8.10).
Этап сборки. Процессы сборки возможны только в случае
поставки заготовительным производством в строго определенные
моменты времени и в требуемых количествах всей номенклатуры
взаимозаменяемых деталей. Невыполнение этого условия может
привести к нарушению ритма производства за счет возникновения
дефицита деталей на сборке. Данное обстоятельство порождает
синхронизацию в поставке деталей на сборку и дальнейшее прохождение их
в процессе сборки непрерывно без подгонки. Оборудование
заготовительных участков должно работать в согласованном темпе со
сборочными операциями. Этим обусловлены переналадки
производственных звеньев с выпуска одних типов деталей на другие, изготовление
2Х,
в-
а)
щ
б)
Рис. 8.10. Формирование комплексной детали групповой технологии:
а — комплексная деталь; б — шесть простых деталей, составляющих комплексную; 1—7 -
обработки
316
Кодовый номер
ОИИИППППППП
нзпсиппппппп!
I
н
а
и
м
а
и
и
п
п
ппп
ппп
□□□
□пи
ппп
ппп
■ассш
п
п
п
■
■
■
■
№
М
\2Л
И
]23
га н
N п
5,0
1,0
1.5
1,5
1,0
1,5
1,0
1,2
Ф
В82Ц
[3214
124ЭА
Рис. 8.11. Фрагмент технологического маршрута сборки узла вала:
а — порядковый номер; б — кодовый номер; в — семейство сборки № 12; г — маршрут
групповой сборки; д — идентификация сборочной группы; е — сборочная операция; ж —
наименование; з — описание; и — установить шпонку; к — запрессовать шпонку; л — закрепить шпонку
двумя винтами; м — установить зубчатое колесо /; н — установить опорное кольцо; о —
установить зубчатое колесо 2; п — установить опорное кольцо; р — установить антифрикционный
подшипник; с — трудоемкость; т — приспособление, специальный инструмент; у — наименование;
ф — измерительное приспособление; х — приспособление запрессовки; ц — сборочное
приспособление; ч — пневмоотвертка
деталей партиями, обеспечивающими комплексность на сборке,
создание необходимых производственных заделов. Частота переналадок,
размеры партий хранения, транспортирования и обработки, объемы
заделов деталей на переходах, обусловленные синхронизацией
заготовительных и сборочных операций в условиях применяющейся
производственной обстановки, определяются в результате решения задач
оптимизации технологического процесса сборки, с оперативным
управлением.
В выборе сборочных единиц из группового семейства используют
систему кодирования, построенную по конструктивному признаку
(рис.8.11), а затем проектируют технологический маршрут групповой
сборки, фрагмент которого для узла вала показан на рис. 8.11 в
верхнем правом углу (в).
317
8.2.3. Автоматизированное конструирование средств
технологического оснащения в ТПП
Общие положения. Конструирование и выбор средств
технологического оснащения предполагает проведение комплекса
работ.
Разработка и выбор технологической оснастки основывается на
анализе затрат на реализацию технологического процесса в
установленный промежуток времени при заданном количестве изделий.
Анализ предусматривает сравнение вариантов оснастки,
отвечающих одинаковым требованиям и обеспечивающих решение
одинаковых задач в конкретных производственных условиях; выбор
вариантов, основывающийся на использовании информации; затрат на
изготовление технологической оснастки и ее эксплуатацию; учет
требований техники безопасности и промышленной санитарии.
Принадлежность конструкции технологической оснастки к системе
технологической оснастки определяется правилами ее проектирования
и эксплуатации применительно к заданным условиям
производственного процесса изготовления изделия. Система формируется
комплексами технологической оснастки, предназначенной для
выполнения различных видов работ.
Эффективность введения новой технологической оснастки
оценивается по результатам ее внедрения на основе сопоставления
фактических затрат с плановыми и учета эксплуатационно-технических
показателей производственного процесса изготовления изделий.
Автоматизация конструирования средств
технологического оснащения. Комплексная автоматизация ТПП
включает принципы алгоритмического конструирования средств
технологического оснащения. Рассмотрим общий подход алгоритмизации
конструирования и в дальнейшем разберем пример алгоритмического
конструирования закрытого штампа.
При автоматизации конструирования с помощью ЭВМ
сформировались две группы алгоритмизации решений геометрических задач.
Первая группа задач связана с проекциями чертежа и с
пространственным образом, вторая — с плоскими контурами.
1. К первой группе относятся задачи начертательной и инженерной
графики. Алгоритмизация этих задач совершенно необходима, так как
без этого нельзя эффективно решать задачи кодирования,
целесообразного преобразования цифровых моделей геометрического образа в
машине и вывода результатов в виде чертежей.
318
К задачам, которые были решены алгоритмически,
запрограммированы и решаются на ЭВМ, относятся:
построение линии пересечения многогранных поверхностей;
построение линии пересечения поверхностей второго порядка;
решение метрической задачи общего вида.
2. Ко второй группе отнесены задачи, связанные с плоскими
контурами. Элементы контуров ограничены отрезками прямых и дугами
окружностей. Задачи, относящиеся к этой группе, встречаются очень
часто в процессе конструирования и при анализе формы детали. К
вычислительным задачам группы относят:
вычисление периметра контура;
вычисление площади, ограниченной контуром;
вычисление моментов инерции плоского сечения;
вычисление координат центра давления контура;
вычисление габаритных размеров прямоугольника, описанного
около контура, со сторонами, параллельными осям координат.
Таковы некоторые решенные геометрические задачи,
возникающие в процессе конструирования. При создании технологической
оснастки большое влияние на поиск и выбор в процессе
конструирования оказывают технологические, технико-экономические и другие
оперативно-производственные проблемы, роль которых лучше всего
демонстрируется конкретными алгоритмами конструирования (см.
ниже).
Автоматизация технологической подготовки
производства поковок. ТПП поковок для данной детали сводится
к проектированию следующей технической документации: чертежа
штампованной поковки; карты технологического маршрута;
чертежей штампа. Подготовка технологической документации требует
больших затрат времени и квалифицированного инженерного труда.
При этом изготовление поковки и детали не всегда осуществляется
самым экономичным способом, так как качество технологической
документации зависит от квалификации и опыта технолога, т. е. от
субъективных факторов. Опыт показывает, что использование
вычислительной техники для проектирования технологической
документации штамповки поковок целесообразно и экономически
выгодно. Кроме того, это открывает возможности автоматизации процесса
изготовления штампов путем использования станков с
программным управлением, что требует получения вместо чертежей штампов
программ их изготовления.
Работа по созданию программы для автоматизации проектирования
технологической документации весьма трудоемка, особенно если
319
учесть громадное многообразие форм штампуемых поковок и
несовершенство методов расчета технологических параметров.
В связи со сказанным работу по созданию универсальной
программы для решения вопросов подготовки производства штампованных
заготовок необходимо проводить поэтапно, разделив всю номенклатуру
деталей на группы.
Наиболее простой и в то же время весьма распространенной
группой деталей являются детали типа тел вращения, объем которых в
общей номенклатуре многих предприятий доходит до 60%.
Разработка чертежа поковки. Процесс проектирования
чертежа поковки на заданную деталь расчленяется на следующие этапы:
1) расчет массы детали;
2) выбор плоскостей разъема штампов;
3) назначение припусков и допусков на механическую обработку;
4) назначение штамповочных уклонов;
5) назначение напусков на кольцевые углубления;
6) назначение радиусов закруглений.
Решение этих технологических задач на ЭВМ связано с
преобразованием геометрической информации (чертежа детали). Поэтому
разрабатывают систему кодирования, удобную для задания информации.
В состав информации о детали входят: размеры детали,
шероховатость поверхности, технологические базы, марка стали, тип
оборудования (пресс или молот), серийность производства, условия нагрева
заготовки.
Конструкция поковки совместно с геометрией ручья
(заготовительного или штамповочного), облоя вокруг линии разъема образуют
формующую полость закрытого штампа (рис. 8.12).
Рис. 8.12. Конструкция поковки:
/ — технологический уклон внутренний, 2 — технологический уклон наружный: 3 — линия
разъема; 4 — радиус поднутрения; 5 — радиус наружной кромки; 6 — облой
320
Рис. 8.13. Зависимость деформации
поковки
Окончательную геометрию полости
связывают не только с суммарной
массой трех указанных частей, но и с
заполнением всех полостей штампа с
помощью усилия штамповки и
деформации металла (рис. 8.13).
Проектирование карты
технологического маршрута
процесса штамповки.
Технологическая карта штамповки определяет
маршрут движения заготовки и способы
ее обработки. В ней указывается масса
штампованной и исходной заготовки,
норма расхода металла, способ
разделки заготовки, режимы нагрева и
охлаждения, штамповочные переходы,
мощность штамповочного и обрезного оборудования, способ приемки
заготовок и сдачи поковок, очистка от окалины и т.д.
Программа, разработанная для проектирования технологической
карты, предусматривает назначение технологических параметров в том
же порядке, которого придерживается технолог при обычном способе
проектирования.
Данные, которые заносятся в технологическую карту, делятся на
три группы:
1) данные, которые не зависят от исходной информации и
постоянны для всего класса деталей типа тел вращения;
2) цифровые данные, зависящие от исходной информации (масса
поковки и заготовки, норма расхода металла, размеры заготовки и
др);
3) алфавитные данные, зависящие от исходной информации
(способ охлаждения, приемка металла и штамповок).
Один из наиболее трудоемких вопросов — расчет массы
штампованной заготовки (поковки) — решается с помощью программы,
которая используется для расчета массы детали.
Конструирование закрытых штампов. Гравюра
ковочного штампа (формующая полость) представляет собой зеркальное
отражение конфигурации штампованной заготовки и всех ее
промежуточных форм (при наличии предварительных переходов). Для
деталей типа тел вращения, получаемых штамповкой на молотах,
ковочный штамп имеет два ручья: площадку для подсадки и
окончательный (чистовой) ручей. Конфигурация чистового ручья верхнего
21—4523 321
штампа с точностью до
температурной усадки
соответствует верхнему
контуру штампованной
поковки. Аналогично нижний
штамп соответствует
нижнему контуру
штампованной поковки.
Конструирование чистового ручья не
вызывает особых
затруднений.
Автоматизированное
конструирование штампа
проводится по
алгоритмической модели, условно
показанной структурной схемой
на рис. 8.14.
На каждый блок
автоматизированного
конструирования составлены
расчетные программы со
следующей информацией.
Входной массив данных
в алгоритм
конструирования содержит программное
описание геометрии
формующей полости в виде
системы кодирования по
точкам.
В блок 1 введены
доступные конструкционные
материалы в виде исходных
данных. Сведения о
материалах содержат требования
к точности, способность
деформироваться в пиковом
усилии штамповки с учетом рабочей температуры и скорости
деформации.
По остальным блокам основные расчетные зависимости сведены
в табл. 8.2.
Сведения о блоках, не попавших в табл. 8.2, для данной детали
находятся из НТД.
Рис. 8.14. Структурная схема компьютерной
программы конструирования закрытых штампов:
/ — файл материала; 2 — файл правил
конструирования, 3 — программа расчета массы; 4 — программа
расчета припуска; 5 — программа расчета массы заготовки;
6 — программа расчета допусков; 7 — программа
силового расчета штампа; 8 — стандартные детали
внутреннего устройства; 9 — координатный контур; 10 —
дополнительные особенности поковки; 77 — масса
поковки; 12 — припуски и допуски заготовки; 13 —
требования к материалу; 14 — точностные требования; 75 —
В1гутреннее устройство штампа; 16 — таблицы
координат; 17 — проект конструкции штампа; 18 — программа
поиска допуска; 19 — оценка; 20 — рабочий сборочный
чертеж; 21 — рабочие чертежи деталей
322
Таблица 8.2
1 №
блока
3.
4.
Расчетные зависимости
V =2пЯ(Г/2)
1 "
а_ Ргил в Л , а0
/ - 0 П17Л 1 ...
» = 0,02+0,003юМ+-^
» _! и_; (е/22)°-2
Обозначения
Кс — объем поковки
р2 — поперечное сечение в «»
размерности
Я8 — радиус центра тяжести
Р — периметр поперечного
сечения
5— параметрический фактор
^ — масса паковки
8.2.4. Эффективность управления ТПП ТС
в системе рыночной экономики
Эффективность управления технологической подготовкой
производства технологических систем характеризуется четырьмя основными
свойствами: 1) устойчивость; 2) эффективность конечного результата;
3) композиционное проектирование; 4) результативность жизненного
цикла продукции.
1. Устойчивость ТС. Предъявляют требования к статическим
и динамическим характеристикам составляющих и системы в целом,
наибольшие требования относят к динамическим — всю
динамическую систему описывают линейными дифференциальными
уравнениями четвертого порядка вида
А = сцР* + а3Р3+а2Р* + ахР + а0 = 0.
Для того чтобы система 4-го порядка была устойчива, необходимо
и достаточно, чтобы
а0 > О, ах > О, а2 > О, аъ > О, а4 > О,
Существует много способов оценки устойчивости
линеаризированных систем. Выбор способа определяется имеющейся информацией
и наличием разработанных программ для ЭВМ. Устойчивость ТС
оценивается четырьмя показателями.
2. Эффективность конечного результата. В условиях
жесткой конкуренции стратегической целью предприятия является по-
323
вышение ее конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынках.
Для этого необходима реализация отношения
щ = Ь§±>цкф = ^,
Л Л.|.
где Щ, ЦКф — целевые функции рассматриваемого и конкурирующего
предприятия соответственно; /Сф, Кк$ — качество продукции
рассматриваемого и конкурирующего предприятия; Зф, ЗфК — затраты
рассматриваемого и конкурирующего предприятия.
Эффективность предприятия оценивается двумя показателями:
результативности и полезности.
3. Композиционное проектирование ТС.При создании
новых ТС, а также при совершенствовании уже имеющихся ТС,
важным является уровень их композиционного проектирования. На
рис. 8.15 представлена графовая модель композиционного проектиро-
Рис. 8.15.Модель композиционного проектирования ТС
324
вания ТС со следующими существенными точками графа: ПР —
продукция, А — агрегаты, КИ — комплектующие изделия, МТ —
материалы, С — сырье, ТЭ — топливо и энергия. Каждая составляющая
графа имеет свою ТС, включающая в себя продукцию, технологические
процессы, кадры, производственную систему; свое содержание
научно-технического прогресса НТП, фонд нормативно-технической
документации НТД и базу знаний — БЗ.
При композиционном проектировании ТС должны
совершенствоваться все ее составляющие. При этом на основе функционирования
ЕСТПП, АСТПП исполнителями должны приниматься решения по
оптимизации характеристик продукции и самой ТС.
Уровень композиционного совершенствования ТС оценивается
двумя показателями:
показатель уровня композиционного проектирования ТС;
показатель уровня композиционного проектирования продукции.
4. Результативность жизненного цикла продукции.
Важным критерием эффективности функционирования ТС на
жизненном цикле продукции является поддержание устойчивого процесса
.производства, осуществляемого на основе системного подхода с
учетом всех особенностей и свойств системы. Результативность
оценивается двумя показателями: устойчивости системы и результативности
жизненного цикла продукции.
Эффективность управления ТС в целом осуществляется на основе
системного подхода с учетом всех особенностей и свойств системы.
8.3. Процессы управления производством
Современной прогрессивной формой управления производством
является статистический контроль, который подразделяется на три
вида:
статистический приемочный контроль партий продукции;
непрерывный статистический приемочный контроль;
статистическое регулирование технологического процесса.
Статистический приемочный контроль не следует понимать только
как контроль готовой продукции (приемку). Он может применяться
также на операциях входного контроля, при операционном контроле
после завершения технологической операции и в других случаях,
когда принимается решение о пригодности к использованию партии или
потока продукции.
Различают два основных статистических метода контроля: по
количественному и альтернативному признаку.
325
Необходимым условием применения стохастических методов
контроля является отлаженность и стабильность технологического
процесса. Процесс считается отлаженным, если полностью выявлены
и устранены нарушения технологической дисциплины, и стабильным,
если распределение вероятностей его параметров остается
постоянным в течение некоторого интервала времени без вмешательства
извне. Для применения статистического регулирования необходимы
еще два условия:
должны быть выявлены систематические погрешности как
причины возможных разладок (например, смещение настройки) и способы
корректирования значений параметров технологического процесса для
их оперативного устранения;
коэффициент точности по контролируемому параметру
удовлетворяет условию
где со — поле рассеивания или разность максимального и
минимального значений контролируемого параметра за установленный
промежуток времени (наработку технологической системы); Т — допуск на
контролируемый параметр.
Отлаженный и стабильный процесс, удовлетворяющий этим
условиям, считается статистически управляемым.
Проверку указанных условий осуществляют путем
предварительного анализа точности и стабильности технологического процесса. На
этапе подготовки производства для анализа используют главным
образом расчетные методы, а на этапе изготовления продукции —
опытно-статистические методы. Для применения стандартизованных планов
контроля по количественному признаку необходимо также в процессе
предварительного анализа проверить нормальность распределения
контролируемого параметра.
Применение статистического контроля взамен сплошного там, где
это возможно, позволяет снизить трудоемкость и стоимость контроля,
высвободить часть контрольного персонала. Вместе с тем
статистический контроль предъявляет повышенные требования к квалификации
разработчиков и исполнителей контроля, а также к точности средств
измерений. Поэтому окончательный выбор вида контроля следует
производить на основании комплексного экономического критерия.
Статистический контроль основан на теории проверки гипотез
и применяется для обоснованного суждения о качестве достаточно
326
большой совокупности объектов по результату проверки сравнительно
малой выборки из этой совокупности.
При проверке гипотезы в статистическом контроле основное
внимание уделяется нулевой гипотезе. Общую процедуру по проверке
гипотезы можно представить следующим образом.
1. Формулирование нулевой и альтернативной гипотез.
2. Получение математической модели, описывающей вероятность
значений выборки для рассматриваемого параметра. В этом случае
функция нормального распределения описывает вероятность
различных средних значений выборки х.
3. Установление правила решения, основанного на данной модели.
В основном это относится к учету параметров а, Р, п.
4. Выборочное проведение измерений продукции, получаемой
в результате данного процесса. Принятие решения относительно
принятия или отклонения нулевой гипотезы #0.
8.3.1. Статистический приемочный контроль партий продукции
Партия, предъявляемая для контроля, представляет собой
совокупность единиц продукции одного наименования, типоразмера и
исполнения, произведенную в течение определенного интервала времени
в одних и тех же условиях. На контроль могут поступать как
отдельные партии, так и последовательность партий. Объем контролируемой
партии N устанавливают, исходя из условий производства (например,
равным сменному заданию). Допускается колебание объемов
контролируемых партий в пределах, указанных в соответствующих НТД. При
соблюдении указанных пределов колебания объемов партии не влияют
на план контроля. Контролируемую партию следует отличать от
поставляемой потребителю.
Статистический приемочный контроль применяется в случаях
контроля, связанного с повреждением изделий, или при трудоемкости
контроля одного порядка с трудоемкостью изготовления изделий. В
простейшем случае он состоит в отборе выборки объемом п из
контролируемой партии продукции и в приемке последней, когда число
дефектных изделий с! в выборке не превышает приемочное число Со.
Забракованные контролируемые партии продукций подвергают сплошному
контролю, если он неразрушающий, или производят повторные
проверки. Проверяемая гипотеза при одноступенчатом контроле состоит
в том, что для йШ дефектных изделий не превышает браковочного
уровня дефектности цт.
327
Расчетом обосновывают Л/, л, С0 выбранным значениям:
цт — браковочного уровня дефектности; а — риска поставщика
(вероятность ошибки I рода, т. е. браковки годной продукции) и Р — риска
потребителя (вероятности погрешности II рода, т.е. приемки бракованной
продукции). Вероятности а и Р показаны на графике оперативной
характеристики статистического приемочного контроля, приведенной на рис. 8.16.
Расчет выполняется с помощью формулы условной вероятности
Р*(Я\ Со; п) принять партию объемом ТУ, содержащую долю ^ - с1Ш
дефектных изделий (входной уровень дефектности) на основании того,
что в пробе объемом п оказалось дефектных изделий с1<Со.
Дискретная случайная величина подчиняется гипергеометрическому закону
распределения, задаваемому вероятностью того, что в выборке
объемом п окажется к дефектных изделий (выборка берется из
совокупности N деталей, из которых с! дефектных)
Р (п к\-СкСп'к IСп
где С/ — число сочетаний из / = И\ N - д. д элементов по у = п\ К; п-к
элементов.
Из формулы и определения одноступенчатого контроля следует,
что вероятность принятия партии продукции по выборке п деталей при
уровне дефектности <? и приемочном числе Со равна
Ри(д;С0;п) = Р^<С0 /д) = ^Р^ = к/Я) = ^СкиСл,к0 /Сп„.
Расчетное обоснование выбранных параметров ТУ, л и Со может
быть осуществлено путем такого подбора, при котором имели бы
место заданные значения а и р. Для облегчения такого расчета
существуют таблицы.
По действующей нормативной
документации приемочный уровень
дефектности А<2Ь устанавливают по соглашению
между поставщиком и потребителем
продукции, исходя из
технико-экономических соображений в соответствии с
общим алгоритмом приемочного контроля
(рис. 8.17). Понятия «поставщик» и
«потребитель» достаточно условны; в общем
случае под поставщиком следует понимать
Рис. 8.16. Оперативная характе- сторону, предъявляющую продукцию на
ристика одноступенчатого ста- 0 а потребителем - сторону,
тистического приемочного кон- г ' г г •'
троля качества продукции использующую данную продукцию и заин-
328
Рн<
с
\
1
1
Я
_ь
1
1
1
>>
0
]
1
1
Ят
~~*<7
Выполнить статистический анализ
точности и стабильности
техпроцесса
Произвести
отладку
процесса
Определить средний входной
уровень дефектности 71
Установить объем
партии Ы,
приемочный уровень
дефектности АСИ
Применить
сплошной
контроль
Установить объем выборки
и контрольный норматив*
Представить
на контроль
очередную
партию
Взять выборку,
определить значение выборочной
характеристики (ВХ)*
Принять
партию
Забраковать
партию
| Выбрать вариант браковки \^
I
Произвести разбраковку
(сплошной контроль)
всей партии
Т
Возвратить
партию
поставщику
Рис. 8.17. Общий алгоритм приемочного контроля
тересованную в результатах контроля. Например, поставщиком может
быть механический цех, а потребителем — сборочный цех.
Потребитель заинтересован в поставке бездефектной продукции, поэтому для
него предпочтительно значение А^^ = О, но тогда статистические
методы неприменимы. В то же время стандартизованные планы
статистического контроля содержат достаточно широкий диапазон значений
АОЬ> поэтому во многих случаях может быть достигнут технически
329
и экономически обоснованный компромисс между требованиями
потребителя и реальными возможностями поставщика.
После того как величина А<2Ь установлена, необходимо определить
реальный уровень дефектности контролируемой продукции по
результатам сплошного или выборочного контроля нескольких партий.
Средний входной уровень дефектности ц определяют как средний процент
дефектных единиц или среднее число дефектов на 100 единиц
продукции. Второе соотношение используют в случаях, когда в единице
продукции может быть более одного дефекта и важно знать общее число
дефектов. Если д > А()Ь, то возрастает число забракованных партий,
а поскольку такие партии обычно подвергают сплошному контролю,
общая трудоемкость контроля значительно увеличивается и
статистический контроль становится нецелесообразным.
При переходе с более высокого уровня контроля на более низкий
уменьшается относительный объем выборки и увеличивается риск
поставщика и особенно риск потребителя. Уровни контроля бывают
общими (в стандартах их три) и специальными. Основным для
применения является II общий уровень. Специальные уровни контроля
позволяют существенно уменьшить объем выборки, что бывает необходимо,
например, при разрушающем контроле дорогостоящих изделий.
Обоснованный выбор уровня контроля может быть сделан лишь на основе
сопоставления оперативных характеристик планов контроля на разных
уровнях, по которым определяют риски поставщика и потребителя.
Стандарты предусматривают также три вида контроля:
нормальный, усиленный и ослабленный. Обычно начинают с нормального
контроля, переходя к усиленному и ослабленному, в зависимости от
результатов приемки последовательности партий (рис. 8.18). Такой
переход называется корректировкой плана контроля.
После выполнения указанных действий устанавливают объем
выборки и контрольный норматив. Эффективность выбранного плана контроля
оценивают с помощью его оперативной характеристики, представляющей
собой зависимость вероятности Р(д) приемки партии от уровня
дефектности д в этой партии, при данном плане контроля. Наиболее наглядна эта
зависимость в фафической форме, поэтому следует построить график
оперативной характеристики по данным, приведенным в стандартах. По
графику можно определить риск поставщика а= 1 -Р{А01) —
вероятность забракования «хорошей» партии и риск потребителя Р = Р(ЬО) —
вероятность приемки «плохой» партии (с браковочным уровнем
дефектности ^^ ) или же определить, какая величина браковочного уровня
соответствует заданному риску потребителя р.
Построенная оперативная характеристика отражает лишь
статистическую недостоверность результатов контроля выборки: при этом
330
Нормальный
контроль
4 4
Рис. 8.18. Алгоритм корректировки планов контроля
предполагается, что каждая единица продукции в выборке
контролируется безошибочно. На самом деле контроль единиц в выборке
сопровождается погрешностями измерений, вследствие чего возникает
дополнительная недостоверность.
Реальная характеристика Ръ(ц) при наличии погрешности
измерения 8 определяется формулой
Л(?) = ^(*+А*Х
где Д<? — величина сдвига, зависящая от величины ^ и относительной
погрешности контроля.
Сдвиг оперативной характеристики приводит к увеличению риска
поставщика а при фиксированном АО,Ь и уменьшении Ь() при
фиксированном риске потребителя Р, что должно быть учтено при выборе
плана контроля и средства измерений (контроля). При относительной
погрешности контроля не менее 10—15% влиянием погрешности
измерений можно пренебречь.
331
8.3.2. Непрерывный статистический приемочный контроль
Непрерывный приемочный контроль применяют в условиях
массового или серийного производства, когда изделия непрерывно
поступают на контрольный пункт в последовательности, в которой они
производятся (способ, поток), а формирование отдельных партий для
контроля невозможно или нецелесообразно (рис. 8.19). Планы контроля
выбирают в соответствии с действующей НТД. Порядок выбора
приемочного уровня дефектности такой же, как при приемочном контроле
Выполнить статистический анализ
точности и стабильности
техпроцесса
Произвести
отладку
процесса
Определить средний входной
уровень дефектности Т?
Установить число
изделий одного про А
изводственного цик\
ла, приемочный
уровень
дефектности АСИ
Применить
сплошной
контроль
Выбрать уровень и вид контроля I
X
Установить параметры плана контроля,
коэффициент выборочности I длину серии
±
Выполнять сплошной контроль
подряд произведенных изделии
Выполнить выборочный
контроль. Выборка-одно
случайное изделие из 1/1
подряд произведенных
Рис. 8.19. Общий алгоритм непрерывного приемочного контроля
332
партий. Число изделий одного производственного цикла выбирают из
соображений, аналогичных выбору объема партии. Стандарт
определяет три уровня контроля (общих), из которых обычно используют II
уровень, в более ответственных случаях — уровень III и в менее
ответственных — уровень I. По этим данным с помощью стандартных
таблиц определяют параметры плана контроля и осуществляют
процедуру непрерывного контроля как чередование периодов сплошной
и выборочной проверок. Чем выше качество продукции, тем меньше
удельный вес сплошного контроля. В то же время длительный период
сплошного контроля означает, что качество продукции не
соответствует приемочному уровню дефектности. Поэтому в стандарте приведены
числовые значения верхнего предела числа проверяемых изделий при
сплошном контроле, при превышении которого следует прекратить
технологический процесс и возобновить его только после проведения
необходимых коррекций.
8.3.3. Статистическое регулирование технологического процесса
Под статистическим регулированием понимают корректирование
значений параметров технологического процесса по результатам
выборочного контроля параметров производимой продукции. Таким
образом, статистическое регулирование можно определить как
выборочный операционный контроль с оперативной обратной связью.
Такой контроль более активен, чем приемочный, и дает больше
возможностей для управления качеством продукции с целью
бездефектного изготовления.
Метод регулирования и регулируемую выборочную
характеристику (РВХ) выбирают в зависимости от того, какой параметр процесса
придается в корректировании. Методы кумулятивных (накопленных)
сумм организационно сложнее и требуют больше вычислений, но
обладают большей достоверностью в сравнении с другими, поскольку
лучше используют предшествующую информацию о ходе процесса.
Период отбора обычно устанавливают, исходя из скорости
изменения РВХ. приводящего к разладке процесса. Следует иметь в виду, что
при постоянном объеме выборки с увеличением периода отбора
уменьшается общий объем выборочного контроля, но увеличивается
объем сплошного контроля в случае обнаружения разладки. Период
отбора может корректироваться в процессе регулирования с учетом
периодичности обнаружения разладок.
Объем выборки и границы регулирования в общем случае
устанавливают, исходя из влияния РВХ на долю брака с учетом рисков
незамеченной разладки и излишней наладки.
333
Статистической гипотезой Щ при статистическом регулировании
является предположение о том, что технологический процесс
протекает успешно, обеспечивая стабильные вероятностные характеристики
данного показателя X,
В простейшем случае гипотеза сводится к двум предположениям:
1) о постоянстве наладки технологического процесса, выражающемся
в постоянстве математического ожидания (ах = М\г=сопз1); 2) о
постоянстве рассеивания контролируемого показателя, выражающемся в
постоянстве среднего квадратического отклонения (ах = соп§1), причем
форма закона распределения (обычно считают закон нормальным)
также предполагается неизменной.
Неосуществление этих двух предположений является причиной
выхода показателя х за границы установленного для него поля допуска.
Статистический смысл причин брака по контролируемому
количественному показателю х показан на рис. 8.20.
Смещение центра мгновенного рассеивания ах и величину Ах (от
исходного при настройке положения в середине поля допуска ширины
6) приводят, как показано на рис. 8.20, а, к увеличению доли
(вероятности появления) некондиционной продукции от ^0 ДО <?ь причем
величине <7о на рисунке соответствует зачерченная площадка под
исходной заштрихованной кривой ро(х) плотности вероятности, а ?1 —
заштрихованная площадь под смещенной (сплошной) кривой р\(х) (см.
рис. 8.20, а). Увеличение рассеивания значений показателя х,
выражающееся в возрастании среднего квадратического отклонения ах,
приводит, как показано на рис. 8.20, б, к увеличению доли некондиционной
продукции от <?о до ^\ — значениям, соответственно
пропорциональным сумме двух зачерченных площадок под штриховой кривой р0(х)
к сумме двух заштрихованных площадок под сплошной кривой. Из ри-
а) б)
Рис. 8.20. Статистический смысл причин брака по количественному признаку качества:
а — смещение центра рассеивания; 6 — увеличение дисперсии; в — аргумент, с которым
сравнивается рассматриваемый признак качества
334
сунка видно, что площадь #[ во много раз больше суммы площадок ц'0
(см. рис. 8.20, а).
Статистическое регулирование, как правило, осуществляют с
помощью контрольных карт, наглядно отображающих состояние
технологического процесса в момент отбора выборки. Контрольная карта
представляет собой график, на котором по горизонтальной оси
откладывают номера мгновенных выборок, а по вертикальной оси — значения
соответствующей регулируемой выборочной характеристики. Границы
регулирования наносят на карту в виде горизонтальных линий.
Контрольные карты обычно размещают на бланках, а при наличии
соответствующего информационно-вычислительного обеспечения — в памяти
ЭВМ с выводом на дисплей.
Средства статистического контроля можно разделить на две группы:
собственно средства контроля, предназначенные для контроля
единиц продукции в выборке (пробе), т. е. для измерения значений
продукции;
средства механизации и автоматизации статистических методов,
предназначенные для сбора, обработки, представления и записи
статистической информации.
8.4. Процессы управления технологическим процессом
8.4.1. Характеристика процессов управления
Кибернетическое представление технологического процесса (ТП)
формирует сложно организованную, целенаправленную структуру,
элементами которой являются технологические операции (ТО).
Дискретный характер ТП, его разбиение на отдельные ТО приводят к тому,
что систему управления ТП следует рассматривать как совокупность
процессов управления отдельными ТО. Таким образом, управление ТП
осуществляется только через управление отдельными
технологическими операциями.
Системный подход к управлению ТП заключается в том, что
управляющее воздействие на ТП должна оказывать система управления в
совокупности процессов управления, взаимодействующих с помощью
материально-технических и информационных средств. Таким образом,
комплексность управления не должна противопоставляться
управлению по дифференциальным процессам.
В основе существующих систем управления ТП >и реализующих
это управление средств лежат два основных принципа: принцип
совмещения функций контроля и управления технологическими
процессами и принцип адаптации.
335
Совмещение функций системы технического контроля (СТК) и
управления ТП включает сбор информации о выходных переменных
процесса, сравнение их значений с заданными и подачу команды на
управляющее устройство для подналадки процесса (изменений уровня
настройки, режимов работы оборудования и т. д.). Надежность
управления зависит от надежности математических моделей управления
и реализующих рассматриваемый принцип технических устройств.
Принцип адаптации используют для решения задач управления как
на уровне технологической операции, так и на уровне ТП в целом.
В зависимости от уровня применения его трактовка несколько
различается.
На уровне ТО сущность адаптивного управления заключается
в слежении и поддержании постоянства значения какого-либо
параметра, влияющего на ход ТП и обеспечивающего заданный уровень
выходного параметра, определяющего качество, производительность при
минимальных затратах на выполнение рассматриваемой части ТП.
Адаптивное управление осуществляется либо путем ограничения
управляемого параметра — сигнал управления вырабатывается только
тогда, когда управляемый параметр достиг предельно допустимого
уровня, либо путем поиска оптимального для конкретных текущих
условий значения управляемого параметра — сигнал управления
вырабатывается непрерывно, и его составляющие соответствуют
оптимальным значениям управляемого параметра.
Для уровня ТО принцип адаптивности применяют в основном для
операций изготовления деталей. В этом случае обрабатывающее
оборудование оснащают автоматической системой, обеспечивающей
постоянный контакт управляемого параметра и сравнение фактических
результатов с заданными. При возникновении отклонения
определяется его числовое значение и знак и корректируется фактор,
регулирующий управляемый параметр. Например, при изменении силы
резания изменяется подача независимо от факторов, которые этому
способствовали.
Практическое применение принципа адаптации для управления
технологическими операциями связано с разработкой на его основе
и внедрением автоматизированных (автоматических) систем
управления. Эти системы должны работать в режиме реального времени,
обеспечивая мгновенную реакцию на отклонение контролируемого
параметра, что предъявляет высокие требования к их чувствительности
и быстродействию. Современные технические средства не позволяют
обеспечивать мгновенную управляющую реакцию на возникшее откло-
336
нение контролируемого параметра. Реакция системы запаздывает —
система вырабатывает сигнал управления спустя некоторое время
после возникновения отклонений контролируемого параметра.
Сложность разработки адекватных математических моделей,
недостаточные чувствительность и быстродействие стали причинами
ограниченного применения адаптивных систем.
Применение принципа адаптации для управления ТП заключается
в поддержании стабильности вектора выходных переменных при
изменении в некоторых пределах векторов входимых переменных и
условий вследствие целенаправленного изменения структуры и параметров
ТП. В данном случае управление направлено на адаптацию ТП к
возникшим изменениям входных переменных и условий его протекания.
Принцип адаптации применяют при управлении процессами
изготовления изделий высокой эксплуатационной надежности в
автоматизированном производстве.
8.4.2. Принцип совмещения функций контроля и управления
технологическими процессами
Содержание принципа совмещения СТК и ТП.
Совмещение функции контроля и управления ТП в современном
машиностроении неразрывно связано с решением проблемы автоматизации
производства.
В контрольной технике все шире применяют средства, которые
одновременно выполняют функции технического контроля (ТК) и
управления технологическими процессами. Измерительные средства в ТП
используются для определения действительных значений размеров от
заданных, разбраковки и сортировки изделий при размерном контроле.
Принцип совмещения контроля за протекающим ТП с оперативным
управлением этим процессом (не допускающим отклонений
действительных размеров за границы поля допуска) обусловил создание
высокопроизводительного и автоматического оборудования, поскольку
с интенсификацией производственного процесса, увеличением
скорости его протекания становится все сложнее визуально следить за
отклонениями параметров и все сложнее вручную управлять этими
параметрами. Технической базой для возможности использования этого
принципа является прогресс в области создания быстродействующих,
точных и надежных средств измерения и автоматики. Принцип
совмещения контроля и управления производственным процессом находит
все большее распространение в различных отраслях машиностроения,
22—4523 337
поскольку позволяет совместить требования к высокой
производительности или скорости течения процесса с повышением качественных
показателей этого процесса, например точности.
Повышение точности и надежности соблюдения предписанных
характеристик и параметров текущего процесса с помощью временного
и пространственного приближения средств контроля к
технологическому оборудованию возможно всегда, поскольку точность имеющихся
средств контроля как минимум на порядок выше возможной точности
осуществления производственного процесса. Общеизвестно, что
повышение точности соблюдения предписанного параметра приводит к
значительному увеличению надежности машины, но повышение точности
процесса с помощью управляющих средств контроля — не
единственная возможность увеличения экономической эффективности.
При соблюдении рассматриваемого принципа, как правило,
уменьшаются расходы энергии, высвобождаются операторы, создаются
предпосылки для комплексной автоматизации всего
производственного процесса. Совершенствование технологического оборудования
приводит к тому, что необходимый объем информации об объекте
производства и число контролируемых параметров непрерывно возрастают.
При этом ценность информации тем выше, чем быстрее (с момента
изменения контролируемой величины) она получена и использована для
управления. Тем самым рассматриваемый принцип позволяет получить
максимум необходимой информации о контролируемом процессе
и оперативно ее использовать для дальнейшего совершенствования
самого процесса. При этом контролируются не только основные, но
и дополнительные влияющие параметры качества.
Контроль за изменением дополнительных параметров позволяет
в одних случаях осуществить непосредственную, более точную или
быструю коррекцию процесса, а в других — применить полностью
автоматические самонастраивающиеся системы, стабильно
поддерживающие заданные характеристики при имеющихся внешних и
внутренних условиях. Возможность автоматического контроля за процессом
позволяет создавать системы непрерывного управления этим
процессом, приближать реальную закономерность его протекания к
предписанной (теоретической), выполнять управление не только по
параметру, но и по его начальному и текущему значению, по характеру или
последовательности этого изменения и т.п. Передача контрольным
системам функций управления производственным процессом не
исключает сохранения за ними функций автоматической рассортировки
изделий по группам качества, поскольку информация об окончательном
значении контролируемого параметра уже имеется (например, в
запоминающем устройстве). Однако высоких качественных показателей
338
осуществления производственного процесса можно достичь только
путем одновременного сочетания высокого качества оборудования и
устройства управляющего контроля.
Широкое развитие принципа совмещения контроля и управления
производственным процессом возможно на основе решения
конструкторских, технологических и метрологических задач при создании
нового, более совершенного оборудования. Общую тенденцию развития
машиностроения в этом плане можно проследить по такой схеме.
Содержание чертежей по каналам связи будет передаваться на
технологические центры, в которых методами машинного проектирования будут
разработаны оптимальные технологические процессы. Затем будут
спроектированы системы контроля и управления производственными
процессами с учетом обеспечения заданного качества. Ввиду
сложности этих процессов на всех этапах неизбежно широкое использование
автоматической вычислительной техники, которая оперативно
обрабатывает исходные данные, позволяет осуществлять машинное
проектирование чертежей, технологических процессов, схем контроля и
управления. Средства контроля все шире используют для управления
производственным процессом с целью исключения аварийных ситуаций,
предотвращения условий, способствующих их возникновению, с
целью защиты окружающей среды и т. д.
Технологическую систему автоматизированного производства
можно представить как систему, объединяющую объекты управления и
управляющее устройство. На вход последнего подается задающее
воздействие, содержащее информацию о цели управления.
Сформированная система управления в виде управляющего воздействия передается
к объекту управления. В состав системы управления как
управляющего воздействия могут входить чувствительное, вычислительное и
исполнительное устройства.
Чувствительные устройства (измерительные устройства,
преобразователи) служат для измерения подаваемых к управляющему
устройству воздействий. Вычислительное устройство реализует алгоритм его
работы. В простейшем случае оно выполняет элементарные
математические операции (сравнение, определение разности, интегрирование
и т.п.). В более сложных случаях вычислительное устройство может
представлять собой ЭВМ и даже комплекс ЭВМ.
Исполнительные устройства предназначены для непосредственного
управления объектом, т. е. изменения его состояния в соответствии
с сигналом управления. В частном случае в качестве исполнительного
устройства могут использоваться, например, приводы исполнительных
перемещений самого станка.
22* 339
*го
УУ
и(1)
х(х)
а)
У/т)
УУ
х(х)
Ж}
б)
Я)
УЮ
В дальнейшем рассмотрении принципа совмещения представлены
структуры систем управления качеством продукции и модель функций
совмещения СТК и ТП механической обработки.
Структуры систем управления качеством
продукции. Распространенные структуры систем управления качеством
продукции при механической обработке иллюстрируются на рис. 8.21.
Проанализируем каждую из них.
1. Системы без обратной связи по внешним возмущениям и
выходным переменным (рис. 8.21, а). Такие системы часто называют
цикловыми.
2. Системы с обратной
связью по внешним возмущениям
(рис. 8.21, б). Их называют
системами с контролем по
параметрам обработки, или
самонастраивающимися системами.
Разновидность систем, в которых
контроль внешнего возмущения
выполняется непосредственно в
процессе формообразования, а его
результаты, преобразованные
в сигнал управления, тут же
обрабатываются, называются
самоприспосабливающимися
(адаптивными).
3. Системы с обратной
связью по выходным переменным
(рис. 8.21, в). Различают две
разновидности таких систем: с
прямым контролем — в них
контроль выходных переменных
и управление, сформированное
по его результатам,
осуществляются непосредственно при
выполнении операций, и с
контролем выходных параметров
обработки — в них контроль
выходных переменных осуществляется
не в процессе
формообразования, а после того, как он закон-
У&)
УУ
"М?Т
*^
0
«*)
у«
в)
У
*(*)
ЛВ.
УУ
1
и
«ГС! Г
0
*)
У(0
^
Рис. 8.21. Структуры систем управления
качеством продукции при механической
обработке:
а — система без обратной связи; 6 — система с
обратной связью по возмущающим воздействиям;
в — система с обратной связью по выходным па*
раметрам; г — система с контролем входных
переменных
340
чен, т. е. у обработанной детали. Системы с обратной связью по
выходным переменным называют самоподнастраивающимися.
4. Системы с контролем входных переменных (рис. 8.21, г). В
таких системах контроль выполняется до начала процесса
формообразования, а его результаты учитываются при разработке системы
управления (выработки вектора управления).
Цикловые системы управления получили в настоящее время
наибольшее распространение (обработка на станках — автоматах и
полуавтоматах, гидрокопировальных станках, станках с ЧПУ,
автоматических линиях и т. д.). Они просты и надежны в работе, что, собственно,
и определило их широкое распространение.
Обработка при использовании таких систем идет по жесткому
циклу. Цикл не прерывается, если в процессе обработки возникает
отклонение параметра качества. Это основной недостаток таких систем.
Несмотря на высокую надежность самой системы, надежность
протекания процесса обработки низка. В этих системах практически
полностью отсутствует управление точностью в сфере самого производства,
поэтому они не позволяют компенсировать влияние любых факторов
на точность обработки. Управление точностью в таких системах
ограничено сферой ТПП. Именно на стадии ТПП формируется содержание
задающего воздействия, например программоносителя. Управление
точностью сводится к расчетам ожидаемой точности, выполняемым
в процессе проектирования операции, и назначению таких условий ее
выполнения, которые обеспечивают заданные параметры качества.
В самонастраивающихся системах предусмотрен контроль
факторов, обусловливающих появление составляющих погрешностей
обработки, и последующая компенсация их влияния непосредственно при
производстве. Контроль параметров обработки возможен как до начала
цикла автоматизированной обработки, так и в самом цикле. Однако
и в том и в другом случае он предшествует процессу
формообразования. В результате такого контроля случайные (для цикловой
автоматики) факторы превращаются в систематические. Такие системы
применяют для компенсации погрешностей установки заготовок, тепловых
деформаций элементов оборудования, износа инструмента и т. д. Они
позволяют существенно уменьшить влияние случайных, закономерно
изменяющихся и постоянных факторов на точность обработки.
Самонастраивающиеся системы наиболее удобны для применения на
станках с ЧПУ. Алгоритм управления в таких системах основан на тех же
зависимостях, по которым выполняется расчет ожидаемой точности
обработки для цикловых систем. Невысокая точность расчета по этим
зависимостям сказывается на качестве управления, что является
недостатком самонастраивающихся систем.
341
Самоприспосабливающиеся (адаптивные) системы обеспечивают
контроль и управление одним или несколькими факторами,
обусловливающими формирование параметров качества. Процесс контроля и
управления происходит синхронно с процессом формообразования.
Системы с прямым контролем являются самыми совершенными по
качеству управления. Они позволяют практически полностью
исключить влияние технологических факторов на точность выдерживаемого
параметра. Недостаток таких систем управления — ограниченная
область применения, что обусловлено главным образом техническими
трудностями их конструктивного оформления для многих конкретных
случаев обработки.
Системы с контролем выходных параметров обработки фиксируют
результат завершенного процесса. Они не имеют возможности
управлять случайными составляющими погрешности обработки.
Обеспечивается управление только закономерно изменяющимися
погрешностями (вызываемыми износом инструмента, тепловыми деформациями
и т. д.), а также систематическими, если таковые возникают в процессе
обработки. В основе информационного обеспечения таких систем
лежат известные методы статистического контроля (см. выше).
Обеспечение заданной точности при механической обработке в
большинстве случаев связано с регулированием настройки
технологической системы.
Модель принципа совмещения функций СТК и ТП.
Технологический процесс изготовления изделий всегда сопряжен
с проявлением действия значительного количества систематических
и случайных влияющих факторов: неоднородности материала;
отклонений формы заготовки; погрешностей технологической системы;
погрешностей измерения; непостоянства условий в рабочем помещении
и т.д.
В результате отклонения размеров поверхности реального изделия
распределяются в некотором поле значений, симметричном по
отношению к заданному номинальному значению размера и находятся
в разном соотношении поля с допуском изделия. Неблагоприятное
соотношение при технологической погрешности зависит от действия
указанных факторов и в большинстве случаев носит нормальный
характер (закон Гаусса). Однако на практике имеют место и другие
законы распределения линейных размеров: равной вероятности;
существенно-положительных величин; законы Релея и Симпсона.
Измерительные средства в управлении технологическими
процессами используются для определения действительных значений
размеров поверхностей изделий, отклонений действительных размеров от
заданных, разбраковки и сортировки изделий при размерном контроле.
342
Для того чтобы при измерении определялся действительный размер
изделия, погрешности измерения должны быть достаточно малыми.
Перечисленным требованиям с прогрессом в области
быстродействующих, точных и надежных средств измерения, автоматических
процессов контроля должны удовлетворять системы технического контроля
(СТК) в совмещении своих функций с функцией управления
технологическими процессами (ТП). Общая тенденция совмещения функций
контроля и технологии, т.е. СТК и ТП, прослеживается по схеме
рис. 8.22.
На рисунке показано, что совмещение функций контроля и
технологии проходит по последовательному комплексу оптимизации с
обратной связью в виде удаления брака из производственной партии
обрабатываемых деталей. В основу принципа совмещения положены
следующие предпосылки:
передача обрабатываемых деталей с предыдущей на последующую
операцию происходит без повреждений, каждая технологическая
операция (ТО) имеет свою технологическую себестоимость.
Технологический процесс (ТП) в целом дискретный, детерминированный, типовой,
партия обрабатываемых деталей постоянна;
на каждой ТО детали классифицируются по признаку требований к
точности по признаку на «годен — О» или «дефект — О»;
вводится сплошной технический контроль (ТК) после каждой ТО,
обеспечивая высокий уровень качества;
удаляемые дефектные детали проходят дополнительную одну или
несколько ТО, на которых выявлен брак. В случае глубокого брака
они используются как заготовки ТП. Каждый последующий цикл
изготовления деталей начинается, когда исправлен брак удаленных
дефектных деталей с количеством дополнительных рабочих проходов;
новая партия деталей запускается в производство, когда каждая
последняя деталь предыдущей партии реализована.
Перечисленные предпосылки принципа совмещения при
построении математической модели оптимизации ТП и ТК в
последовательном комплексе имеют исходное математическое описание и поясняют-
1
1 0(1)
ТО(1)
\/Ь(2)
[п(1)
ТО(2
\ГК(2У__ _ _ ^
V/ О(п)
\й(2)
ТО(п)
шш ^
\У 0("+1)
]н(п)
Рис. 8.22. Совмещение функций контроля и технологии:
п — партия обрабатываемых деталей по технологическим операциям ТО; ТК — технический
контроль, соответствующий ТО; И, — удаляемые дефектные детали с исправимым браком — после
соответствующей ТО
343
ся временными фазами производства и реализации продукции (см.
рис. 8.22).
Матрица, если обозначить через Р(1) вероятность появления брака
на 1-й ТО, О — годные, В — дефектные детали:
С о
0 1 ~р{1) р(1)
й О 1
где Р(1)9 /= 1, 2, ..., п остается постоянной долей брака операции 1.
В дальнейшем формировании математической модели оптимизации
учитывается, что оптимальный технический уровень СТК и ТП
должен учитывать их качество, размещение и эффективность
контрольных постов, серий постов и передел производственной партии, затраты
на средства ТК, затраты на предупреждение брака. В особенность
модели включено обязательное требование, что последующий запуск
очередной партии деталей будет осуществлен, когда последняя деталь
предыдущей партии реализована.
Математическая модель совмещенной оптимизации СТК и ТП
с критерием оптимальности — технологическая себестоимость С^,
отнесенная к годовому выпуску деталей при бесперебойной работе
производства, после соответствующих преобразований получает простую
запись
с„=мх1 ео)+м2ео)+д/3/ео)+а/4 / /со)+м59
где (Л/| - М$) — функции констант индивидуальных постов ТК, после
п
обработки табулируются; константы ранжируются |~[(1-/?(/)) по ве-
роятности появления брака на стадии 1.
Важной расчетной составляющей модели является число
дополнительных рабочих проходов доделки дефектных деталей с
вероятностями: м>о — части детали, попадающих в разряд годных с первого
предъявления, м?[) — части деталей, не соответствующих допуску изделия,
подлежащих доработке.
Отсюда
м>о = 1 - мс-
Если закон рассеивания размеров при доделках не изменился, то
объем негодных деталей после каждого прохода, очевидно, может
быть вычислен по формуле
"Ч =0*/>)*.
344
где к — число дополнительных рабочих проходов.
Для одной детали значение мг0 можно рассматривать как
вероятность получить данный геометрический параметр вне допуска после
А>го прохода.
Величина м>о при равновероятном законе технологического
рассеивания может быть найдена с помощью зависимости
1 ТГ
3,4ате
где 1Т — допуск ИСО на контролируемый размер; от — среднее
квадратическое отклонение технологической погрешности.
Задавшись величиной м^ и зная м>о, легко найти необходимое
число проходов к. Для этого логарифмируют выражение
1пм^ =/:1пи>д,
откуда
1пиь'
Рассмотренные зависимости не учитывают погрешности измерения
Аизм. Если вероятность забракования годной детали в результате
погрешности измерения р(п\ то вероятность выявления негодной детали
с первого предъявления по результатам измерения изменится и будет
равна
Тогда число необходимых рабочих проходов
*' = -
ггйк
\п{п0 + р(п))
Очевидно, что к'>к.
Если по условиям производства не допускается попадание
бракованных изделий в группу годных, т. е. должно быть/= 0, то
необходимо вводить производственные допуски I на размеры контролируемого
изделия с допуском 1Т
Г = /Г-Лизм.
Выполнение функций СТК и управление технологическими
процессами в современном машиностроении неразрывно связано с
решением проблемы автоматизации производства.
345
8.4.3. Принцип адаптации
Оперативное регулирование настройки
технологических систем. Регулирование настройки станков выполняется
непосредственно в процессе формообразования того комплекса
поверхностей, качество которых необходимо обеспечить. Выполнить это
можно одним из следующих способов:
1) поддержанием заданного уровня статической настройки
путем введения корректирующих управляющих воздействий,
учитывающих случайные составляющие входных переменных и внешних
возмущений;
2) автоматическим генерированием, поддержанием и изменением
наиболее оптимального для данных условий уровня настройки,
гарантированно обеспечивающего заданное качество.
В системах регулирования настройки наблюдается компромисс
принципов активного (управляющего) контроля и адаптации. Контроль
и управление осуществляются по составляющим вектора внешних
возмущений.
Адаптивная система управления станками. Адаптивной
системой управления станком называется такое управление, при
котором используется оптимальный цикл обработки благодаря учету
интенсивности технологической операции в данный момент времени.
(Адаптация — приспособление технологического объекта к
изменяющимся внешним условиям.)
Основная цель такой адаптации заключается в обеспечении
постоянства условий процесса заключительной обработки независимо от
величины припуска, нестабильности механизма подачи. В зависимости
от интенсивности съема материала при обработке деталей одного и
того же размера имеет место различный нагрев их, а следовательно,
различная температурная деформация, различная силовая деформация
в системе станка, и все это вместе оказывает влияние на
окончательный размер деталей, качество обработанной поверхности.
Адаптивные системы управления в процессе работы станка
измеряют скорость изменения размера и величину оставшегося припуска
на обработку и выдают управляющий сигнал на изменение режима
станка при достижении определенного значения комбинации этих
двух сигналов.
Система адаптивного управления:
позволяет оптимизировать окончание обработки, при этом
устраняется влияние многих факторов, воздействующих на точность
обработки, что позволяет уменьшить разброс размеров деталей более чем
346
на 50%, уменьшить конусообразность детали в 1,5—2 раза,
уменьшить поверхностные неровности не менее чем на 30% и избежать
прижогов;
обеспечивает постоянные деформации в системе станка;
создает предпосылки для повышения производительности, так как
на этапе черновой обработки перед выхаживанием могут быть
применены максимальные подачи.
Адаптация технологических процессов к
изменяющейся производственной ситуации. Ситуация, возникающая
при работе любой производственной системы, являющейся
совокупностью технологических систем, средств транспортного обслуживания
и управления, непрерывно изменяется. Действует значительное
количество дестабилизирующих производственную ситуацию факторов,
к важнейшим из которых относят: нестабильность
физико-механических свойств материала и размеров исходных заготовок;
несоответствие реальных условий изготовления изделия структуре и параметрам
ТП, реализованных в конкретной производственной системе; действие
факторов, формирующих суммарную погрешность обработки;
изменение конструктивно-технологических факторов выпускаемых изделий;
отказы отдельных элементов производственной системы и грубые
ошибки при управлении ею.
Гарантированно обеспечить качество деталей при действии любого
из указанных дестабилизирующих факторов можно лишь на основе
системного подхода, при адаптации ТП к условиям изменяющейся
производственной ситуации, состоящей в возможности замены части
заранее спроектированного ТП иным его продолжением, оптимальным как
с точки зрения исходных данных о ходе процесса, так и его конечного
результата. Если после какой-либо операции базового процесса
отклонения параметров качества изделия превышают допустимые, то
следующей выполняется не очередная операция базового процесса, а
возможно, иная операция, являющаяся первой операцией нового
продолжения процесса, позволяющего компенсировать отклонения и
обеспечить заданное качество. Деталь при этом может быть передана на
другой станок, позицию и т. д.
Реализация принципа адаптации целесообразна при изготовлении
сложных, дорогостоящих деталей, а также деталей, которые должны
обладать высокой надежностью или иметь доминирующий показатель
качества изделия. Достижение показателя качества означает полное
выполнение в течение цикла работы деталью своего функционального
назначения в заданном диапазоне рабочих условий.
347
8.4.4. Особенности управления технологическими процессами
в автоматизированном производстве
Для автоматизированного производства характерно следующее.
1. Работа оборудования в автоматическом режиме, по
автоматическому циклу. Исключение иногда составляют позиции загрузки.
2. Снижение или полное отсутствие возможности вмешательства
в процесс формообразования оператора. Тенденция к реализации в
автоматизированных производственных системах «безлюдного» режима
обработки.
3. Стремление к объединению конструкторской, технологических
подготовок производства и собственно производства в единый
комплекс на базе вычислительной техники, т. е. компьютеризованное
интегральное производство (см. выше).
4. Тенденция к автоматизации производства любого типа
(единичного, серийного, массового).
Тип производства в основном определяет степень его
автоматизации и специфику задач управления ТП.
Автоматизацию единичного и мелкосерийного типов производства
осуществляют в основном на базе использования станков с ЧПУ.
Специфику задач управления при обеспечении качества продукции в
единичном и мелкосерийном типах производства определяют следующие
особенности.
1. Повышенное рассеяние входных переменных, что обусловлено,
например, более низким качеством заготовок. Это порождает
увеличение случайной составляющей погрешности обработки. Для
обеспечения заданного качества, как правило, приходится снижать
производительность обработки (увеличивать число переходов и рабочих ходов,
снижать режимы обработки).
Основными путями устранения указанного недостатка являются
совершенствование методов получения заготовок, а также повышение
качества управления в цикловых системах. Получение заготовок
высокого качества в единичном или мелкосерийном производстве
сопряжено со значительными затратами. Однако, например, для литых и
штампованных заготовок разрабатывают быстро переналаживаемую
оснастку (модели, штампы) по типу универсально-сборочных
приспособлений, которая позволяет обеспечить высокое качество заготовок при
малых программах выпуска.
2. Высококонцентрированное построение операций обработки, в
частности на станках с ЧПУ. В этих условиях становится практически
невозможно вести обработку цикловых систем управления погрешно-
348
стями от тепловых деформаций и размерного износа инструмента, так
как сильно затрудняет расчет этих погрешностей.
3. Широкая номенклатура и малые программы выпуска изделий
(деталей). В течение смены на одном станке могут быть обработаны
заготовки нескольких типоразмеров. Кроме того, получают все
большее распространение новые организационные формы запуска
заготовок в обработку. Стремятся ввести обработку комплектами, причем
в комплект включают детали, входящие в одну сборочную единицу.
Это позволяет уменьшить потребные складские помещения, сократить
цикл производства изделия. В этих условиях вообще идет непрерывная
смена операций на станке с ЧПУ. При этом остро встает проблема
выполнения размерной наладки, так как известные методы наладки в
таких условиях либо вообще непригодны, либо малоэффективны.
В крупносерийном и массовом автоматизированных типах
производства специфику задач управления определяют следующие
требования.
1. Обеспечение высокой производительности обработки. Время
измерения необходимых для управления параметров и время,
затрачиваемое на реализацию результатов измерения (компенсация
погрешностей, подкладка и т. д.), должны максимально перекрываться
оперативным временем.
2. Повышение устойчивости производственных систем к отказам.
Это особенно относится к производственным системам, работающим
в тактовом режиме, например автоматическим линиям, а также к
производственным системам, управляемым едиными управляющими
комплексами, например центральной управляющей ЭВМ. Для
производственных систем, функционирующих в «безлюдном» режиме,
необходимо обеспечение поддержания их работоспособности.
Специфика задач управления в серийном автоматизированном
производстве в той или иной мере отражает специфику задач
рассмотренных выше типов производств. Требование обеспечения качества
изделий широкой номенклатуры может сочетаться, например, с
требованием обеспечения заданной производительности производственной
системы, функционирующей в «безлюдном режиме».
Специфика управления автоматизированными (гибкими)
производственными системами позволила выделить в отдельный класс задач
ситуационное управление, общая постановка которых заключается
в следующем. Известна структура автоматизированной
производственной системы (состав оборудования, взаимосвязь отдельных элементов
системы и т. д.), а также номенклатура, программы выпуска,
параметры заготовок, обрабатывающихся в данной системе. Задается ситуа-
349
ция, возникающая в определенном месте (элементе) системы; это
может быть отказ оборудования, риск появления брака, поломка или
прогрессирующий износ инструмента, отказ элемента транспортной
системы и т.п. Необходимо принять решение, являющееся оптимальным
с точки зрения эффективности работы системы, описываемой
системой соответствующих критериев.
Каждое из конкретных решений задачи ситуационного управления
можно рассматривать как методическую и информационную основу
для его представления в виде соответствующей программы
управления. Совокупность таких программ образует программное обеспечение
управления и определяет его эффективность.
8.5. Процессы технологического обеспечения качества
8.5.1. Роль технологии производства в обеспечении качества
При обеспечении качества на стадиях жизненного цикла изделия
машиностроения роль технологии производства определяющая, она
включает: создание конструкционных материалов, изготовление
заготовок, финишную обработку, формирующую окончательные
свойства деталей, сборку, испытания, конструкторско-технологическую
доводку.
Изготовление любой машины начинается в заготовительных цехах
и участках. Ковка, штамповка, прокатка, литье, резка и сварка — вот
основные способы получения заготовок деталей машин. В
заготовительных производствах начинают закладываться качества будущих
деталей: плотность материала, направление его волокон, концентрация
напряжений при остывании и деформировании, структура материала
поверхностного слоя — от них, прежде всего, будет зависеть качество
деталей после придания им окончательного вида.
Плотность материала штампованной детали выше, чем литой, при
рациональной форме детали и организации процесса остывания можно
избежать остаточных термических напряжений, приводящих к
появлению трещин. Заготовка зубчатого колеса, полученная методом
поперечно-винтовой прокатки с накаткой зубьев, не имеет перерезанных
окружных волокон в сравнении с зубчатыми колесами, зубья которых
получают на зуборезных станках. При литье, штамповке, прокатке
формируется структура материала поверхностного слоя детали. От
пластического деформирования и быстрого остывания в материале
поверхностного слоя создается мелкозернистая структура повышенной
твердости, которая предпочтительнее крупнозернистой во многих
отношениях.
350
При последующей механической обработке поверхностный слой
детали снимается: чем больше предусмотрен припуск на
механическую обработку, тем больше глубина снимаемого слоя. Неточная
геометрия заготовки и большие припуски на механическую обработку
вызывают необходимость иметь лишний станочный парк,
инструментарий, технологическую оснастку, лишние энергетические затраты,
чтобы металл перегонять в стружку.
Основная задача заготовительного производства при высокой
производительности — дать заготовку хорошего качества с
минимальными припусками на механическую обработку. В этом одна из основных
задач и всего машиностроительного производства.
Для получения точных заготовок большое значение имеет
штамповал оснастка. С использованием САПР методы ее проектирования
и изготовления значительно усовершенствовались.
Наряду со штамповкой взрывом, при которой происходит
одновременное упрочнение поверхностного слоя детали, а также возможно
осуществление плакирования, достаточно разработанными являются и
такие нетрадиционные методы формообразования, калибровки, как
электрогидроимпульсный и магнитоимпульсный.
Одним из наиболее давних и вместе с тем имеющих большое
значение на всех этапах развития машиностроения является метод
получения деталей литьем. Сложные корпусные детали тел вращения,
сложные чугунные детали с внутренними полостями можно
изготовить только способом литья. Для многих деталей даже массового
производства литье заготовки оказывается более дешевым.
Основой получения качественных литых деталей машин является
обеспечение плотности отливок путем рационального проектирования
литниково-питающих систем, обеспечения точности отливок при литье
по выплавляемым моделям.
Автоматизированная сварка под слоем флюса, сварка в защитной
среде, сварка электронным лучом, ультразвуком, диффузионная сварка
в вакууме, диагностика сварных соединений позволяют получить
качественные сварные детали для различных условий и материалов.
Качество детали в значительной степени определяется свойствами
ее поверхностного слоя. Наряду с традиционной химико-термической
обработкой в последние годы нашли применение новые эффективные
процессы, такие, как лазерная обработка поверхности металла с целью
повышения стойкости против изнашивания и коррозии, лазерное
легирование поверхности металла, плазмомеханическая обработка металла,
плазменное напыление износостойких, коррозионно-стойких
покрытий, плазменное напыление нитрида титана на инструмент,
повышающее износостойкость режущего инструмента в 2—3 раза.
351
Все большее распространение получает ионная имплантация
поверхностного слоя металлов с целью повышения износостойкости,
усталостной долговечности, коррозионной стойкости.
Парофазная технология — испарение материала в глубоком
вакууме и конденсации паров на поверхности детали в виде пленки,
позволяет получать слоистые структуры с заданными свойствами.
Основанная на последних достижениях физики, физической химии,
металловедения порошковая технология позволяет получать
сверхтвердые материалы, конструкционную керамику, композиционные
материалы, детали без дальнейшей механической обработки, восстанавливать
изношенные детали.
Несмотря на неоспоримые преимущества и прогрессивность
отдельных заготовительных процессов, нельзя отказаться от
механической обработки резанием.
Учение о технологической наследственности предусматривает
взаимосвязь и взаимообусловленность свойств заготовок и готовых
деталей. Служебные свойства любой детали машины формируются в ходе
всего технологического процесса, однако финишные технологические
операции играют особую роль. Поверхностный слой деталей после
обработки заготовок на металлорежущих станках получает заданные
технологом напряжения по величине и знаку, направления штрихов
обработки, формы микровыступов, их взаимное расположение на
поверхности. Методы финишной обработки решающим образом влияют на
такие служебные свойства, как износостойкость, сопротивление
усталости, контактная жесткость, виброустойчивость, коррозионная
стойкость и многие другие, что связано с понятием «качество машины».
Наличие годных деталей еще не означает наличия качественной
машины. Качество машины связано с технологическим процессом
сборки. Трудоемкость сборочных работ в машиностроении находится
в диапазоне от 30 до 70% трудоемкости изготовления изделий.
Предстоит широкое внедрение роботизированной сборки с оснащением
роботов специальными устройствами, обладающими высокой
чувствительностью к условиям контактирования деталей, а также оснащенных
элементами технического зрения. Существует тенденция слияния
методов обработки резанием и сборки в одном технологическом
комплексе. При всех видах сборки, применяемых в машиностроении,
наибольшее внимание уделяется регламентированию условий проведения
процесса собственно соединений отдельных деталей с целью создания
качественной машины. Поузловая сборка и испытания, испытания
и диагностика всей машины являются важнейшим и завершающим
этапом технологического процесса создания машины.
352
Все сказанное существенно для обеспечения качества машин
в производстве. Вся цепочка технологических основ должна
анализироваться и соблюдаться при создании машин в общей системе стадий
жизненного цикла.
8.5.2. Машиностроительные материалы
и способы обеспечения заданных свойств
Обеспечение качества стали и чугуна. Среди
машиностроительных материалов первостепенное значение имеют стали и чу-
гуны. Отношение мирового производства стали к алюминию в 1967 г.
было 32 : 1, а к 2000 г. составило 19:1.
Качество стали определяется технологией ее выплавки,
дополнительной внепечной обработкой жидкой стали и переплавом слитков.
Основная масса углеродистой стали выплавляется в мартеновских
печах, кислородных конвертерах, а также в дуговых электропечах.
Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные не
разделяются по технологии выплавки и требования к ним определяются ГОСТ
380—71 и ГОСТ 1050—74.
Углеродистые стали общего назначения (ГОСТ 380—71)
производят в виде разнообразной горячекатанной продукции — листов, балок,
прутков, труб, швеллеров, а также в виде кованых и литых заготовок,
в том числе полученных на машинах непрерывного литья заготовок.
Как наиболее дешевые эти стали выплавляют по нормам массовой
технологии и в них допускается наиболее высокое содержание вредных
примесей, повышенная загрязненность неметаллическими
включениями и сравнительно высокое содержание газов — азота и водорода.
Стальной лист представляет собой особенно ценный для
машиностроения вид продукции сталеплавильных заводов. Качество листа из
углеродистой стали общего назначения и качественной конструкционной
стали регламентируется ГОСТ 16523—70. На поверхности листов не
допускаются металлургические дефекты (закаты, плены, вкатанная
окалина и т. д.).
Качество стали определяется содержанием вредных примесей,
однородностью химического состава и структуры. Вредными
примесями являются прежде всего сера, фосфор, мышьяк, кислород, азот
и водород.
Качество стали зависит также от характера раскисления при
выплавке. Раскисление — это процесс удаления кислорода из жидкой
стали, что совершенно необходимо для обеспечения прочности и
предупреждения крупного разрушения при горячем деформировании.
Различают спокойные, полуспокойные и кипящие стали. Спокойные стали
23-4523 353
раскисляют марганцем, кремнием, алюминием, и содержание
кислорода в них снижается до 0,005—0,006%, а в высококачественных сталях
— даже до 0,002—0,003%. Эти стали затвердевают спокойно, без
выделения газов.
Кипящие стали раскисляют марганцем до содержания кислорода
0,02—0,04% и разливают на слитки. Кислород, частично
взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО (угарного газа). Выделение
пузырей СО создает впечатление кипения стали, чем объясняется ее
название.
Высококачественные и качественные стали выпускают только
спокойными, а углеродистые стали с содержанием до 0,25% выплавляют
спокойными, полуспокойными и кипящими. В обозначениях марок
стали добавляются соответственно буквы сп, пс и кп.
Кипящие стали дешевле спокойных, при их выплавке выход
годного увеличивается на 3—5% по сравнению со спокойными сталями,
кроме того, экономятся ферросплавы.
До половины объема выпуска низкоуглеродистых сталей —
кипящие. Из кипящей стали изготовляют фасонный прокат (балки,
швеллеры, уголки), толстый и тонкий лист, сварочную и вязальную
проволоку. Особую ценность имеет кипящая сталь как материал для
глубокой вытяжки. В этом случае химический состав стали
характеризуется низким содержанием углерода (0,07—0,2%), кремния (не более
0,01%), серы (0,016—0,020%) и фосфора (0,015—0,020%). Ее
механические свойства: <тв = 320...330 МПа, <тт=195...228 МПа, 5-34%.
Склонность к старению уменьшают при помощи микролегирования
такими элементами, которые образуют с азотом прочные нитриды
и выводят его из раствора. Показано, что добавка 0,01—0,07% А1
или 0,03% V устраняет склонность стали к старению. Аналогично
действуют добавки 0,1% N6 или 0,25—0,35% Сг, но сталь при этом
оказывается прочнее и ее трудно штамповать. Склонность к
старению можно устранять отжигом, при котором азот выделяется из
раствора в виде нитридов. Чаще используют отжиг ниже температуры
А1, но это удорожает сталь.
Полуспокойная сталь имеет повышенный выход годного по
сравнению со спокойной и менее выраженные недостатки по сравнению
с кипящей сталью.
В будущем производство кипящей и полуспокойной сталей как
менее качественных сократится благодаря развитию непрерывной
разливки стали. При получении непрерывного слитка выход годного
увеличивается до 95—98% и кипящая сталь теряет главное преимущество
по сравнению со спокойной — более высокий выход годного. Техно-
354
логия выплавки кипящей стали сохранится в производстве тонкого
листа и жести, где повышенная пластичность кипящей стали является
важным технологическим преимуществом.
Стали повышенной обрабатываемости резанием по легкости
обработки превосходят обычные углеродистые стали. Это свойство
обеспечивается металлургическими средствами, а именно — добавками
небольших количеств элементов, которые сами или благодаря
образованию соединений уменьшают трение между стружкой и инструментом
в зоне резания и, кроме того, уменьшают пластичность металла так,
что стружка становится сыпучей (скалывания) и легко отделяется.
Для улучшения обрабатываемости резанием в сталях прежде
всего увеличивают содержание серы, а также дополнительно вводят
селен, свинец, кальций, теллур. Сернистые стали повышенной
обрабатываемости резанием АН, А12, А20, АЗО, А35, А40Г содержат
0,08—0,30% серы, 0,05—0,15% фосфора. Одновременно в них
увеличивается содержание марганца (0,70—1,55%), чтобы получить
сульфид марганца вместо сульфида железа и предупредить появление
красноломкости при горячей обработке давлением. Повышенное
содержание фосфора увеличивает хрупкость феррита, способствуя
легкому отделению и дроблению стружки. При прокатке стали
повышенной обрабатываемости резанием включения сульфида марганца
раскатываются в ленточки и волокна, и поэтому прокат получается
неоднородным по механическим свойствам. В поперечном
направлении по отношению к направлению прокатки понижена пластичность,
вязкость, уменьшено сопротивление усталости. Кроме того,
автоматные сернистые стали сопротивляются коррозии хуже обычных
углеродистых сталей.
Указанные недостатки ограничивают область применения
сернистых сталей повышенной обрабатываемости резанием, они
используются для мелких крепежных деталей и малонагруженных деталей
сложной формы, где важны шероховатость поверхности и точность
размеров.
Для повышения качества стали применяют внепечную обработку
жидкого металла, микролегирование и внепечную обработку. Переплав
увеличивает стоимость стали на 40—50%, его применяют при
изготовлении наиболее ответственных и тяжело нагруженных деталей массой
до 50 т.
Новым направлением повышения качества стальных изделий является
производство слитков из армированной квазимонолитной стали (АКМ).
Сущность технологии сводится к внепечной обработке стали и ее
разливке в изложницы с использованием армирующих вкладышей — объ-
23* 355
емных конструкций из листа, сортового проката, металлической сетки.
В крупных слитках вкладыши уменьшают ликвацию серы и фосфора.
По качеству сталь АКМ близка к стали электрошлакового переплава,
но дешевле ее.
Повышения качества деталей машин при сокращении
трудоемкости и отходов металла можно добиться при переходе на порошковую
металлургию. При изготовлении деталей из металлических порошков
отпадают проблемы качества, связанные с ликвацией, растворенными
газами и неметаллическими включениями. Порошковые детали
однородны по структуре и механическим свойствам. Обычная технология
прессования деталей из порошков и последующего спекания не
позволяет получить в порошковом материале такую же прочность, какую
имеет обычный прокатанный металл. Однако горячая ковка деталей из
порошков в штампах дает возможность получать детали с высокой
плотностью и повышенными механическими свойствами.
Дальнейшим резервом повышения качества станет производство
стали из металлизированных окатышей (губчатого железа),
отличающихся чистотой от вредных примесей (8, Р, газы), и более широкое
использование термической обработки прокатанной стали для
повышения прочности и хладостойкое™.
Чугун является основным материалом литых деталей машин, на
долю чугунных отливок приходится около 75% всей массы литья в
машиностроении. Это объясняется экономичностью чугуна и комплексом
его свойств, зависящих от количества, формы и размеров графитных
частиц, а также от структуры металлической основы.
Качество отливок из чугуна обеспечивается выбором шихты,
оптимизацией плавки и комплексом мер для получения требуемой
структуры. Самым действенным способом повышения свойств
чугунных отливок является модифицирование, имеющее форму и размеры
частиц графита, а также структуру основы. Современным
направлением производства чугунов для отливок является плавка в
электропечах взамен вагранок. В этом случае обеспечивается более точный
химический состав чугуна, возможна выплавка чугунов с низким
содержанием углерода (2,2—2,5%) и серы (0,02%), которые нельзя
выплавить в вагранках.
Пониженная прочность и практически полное отсутствие
пластичности, обусловленное пластинчатой формой графита, — главный
недостаток серого чугуна. Наименьшую прочность (100—180 МПа) имеют
серые чугуны с ферритной основой, в чугунах с перлитной основой
прочность почти в 2 раза выше. Несмотря на хорошие
технологические свойства, малую чувствительность к концентраторам напряжений
и демпфирующую способность, применение серого чугуна ограничено
356
областью мало- и средненагруженных деталей из-за недостатка
прочности. Структура и свойства серого чугуна определяются его
химическим составом и скоростью охлаждения при затвердевании. Серые чу-
гуны чувствительны к скорости охлаждения; в толстостенных
отливках увеличивается доля феррита в металлической основе и возрастают
размеры графитных пластин, что уменьшает прочность.
Чугун с шаровидным графитом является высокопрочным, он
превосходит серый чугун по прочности и пластичности, а также
износостойкости. Благодаря шаровидной форме графита прочность меньше
зависит от содержания углерода, которое в высокопрочных чугунах
находится в пределах 3—3,6%.
Высокопрочный чугун отличается от серого чугуна повышенной
усадкой (соответственно 1,25 и 1%) и имеет значительную усадочную
пористость (около 5%).
Вермикулярный графит представляет собой короткие утолщенные
пластины с закругленными краями. Чугун с вермикулярным графитом
является новым типом чугуна, по литейным свойствам он близок
серому чугуну, что упрощает изготовление отливок.
Резервом повышения прочности чугунных отливок является
термическая обработка. Благодаря увеличению доли перлита в основе или
получению бейнитной структуры повышаются прочность и твердость
чугуна, но уменьшается пластичность. Термическое упрочнение
используют преимущественно для отливок из легированных чугунов.
Модифицированные чугуны ограничили применение ковкого
чугуна. Последний используется в производстве мелких тонкостенных
отливок, когда практически невозможно предотвратить отбел.
Во всех материалах возможно появление трещин и трещиноподоб-
ных дефектов металлургического или технологического
происхождения. В вязких материалах у вершин трещины в результате
перемещения дислокаций происходит местная пластическая деформация,
трещина становится менее острой, металл упрочняется. В хрупких
материалах дислокации заблокированы, упрочнение в устье трещины не
происходит, и трещина развивается, вызывая хрупкое разрушение при
напряжениях, значительно меньших предела прочности. Именно поэтому
материалы с ионным и ковалентным типами связей находят
ограниченное применение в промышленности как высокопрочные материалы.
Высокопрочные материалы должны иметь способность тормозить
развитие трещин благодаря некоторой подвижности дислокаций.
Способность тормозить развитие трещин определяется величиной критерия
трещиностойкости К. Ирвина К\с. Критерий Ирвина связан простым
соотношением с длиной трещины, способной вызвать хрупкое
разрушение,
357
где а — коэффициент, учитывающий форму трещины; стср — среднее
расчетное напряжение; /,ф — критическая длина трещины.
Трещины меньше критического размера не вызывают хрупкого
разрушения материалов.
Критерий Ирвина К\с является важнейшим параметром надежности
высокопрочных материалов: чем выше значение К\с, тем выше
надежность конструкционного материала и его несущая способность.
Формирование свойств поверхностного слоя детали.
Справедливо утверждают, что качество машин заложено в
поверхностном слое детали. Методами литья, ковки, штамповки, прокатки,
сварки, термической обработки, механической обработки резанием,
включая шлифование и полирование — основными технологическими
методами машиностроительных производств, — создаются машины,
которые при рациональных конструктивных формах и правильном
выборе материалов могут быть легкими, жесткими и прочными. Однако
долговечность работы машины будет зависеть от того, как быстро или
медленно будут изнашиваться различные трущиеся поверхности, как
быстро или медленно будут возникать и развиваться трещины,
особенно при знакопеременных нафузках, т. е. долговечность будет зависеть
от качества поверхностного слоя детали.
Для получения высокого сопротивления износу в машиностроении
применяют химико-термическую обработку поверхностей
низкоуглеродистых сталей: цементацию, заключающуюся в диффузионном
насыщении металлов углеродом в твердой, газовой и жидкой средах;
азотирование — диффузионное насыщение металла азотом;
цементацию — диффузионное насыщение углеродом и азотом одновременно,
после которой проводят закалку и низкий отпуск. Диффузионное
насыщение при химико-термической обработке осуществляется на
глубину менее 1 мм.
В процессе химико-термической обработки, которая проводится
при достаточно высокой температуре, активные атомы насыщающей
среды адсорбируются на поверхности насыщения и затем
диффундируют от поверхности в глубь отрабатываемого металла.
Взаимодействие железа с углеродом и азотом приводит к образованию твердых
растворов и соединений — карбидов и нитридов. При последующей
закалке — нагреве выше температуры полиморфного превращения с
последующим достаточно быстрым охлаждением — образуется
структура поверхностного слоя, состоящая из мартенсита, остаточного аус-
358
тенита и не растворившихся при нагреве под закалку карбидов,
обладающая высокой твердостью и износостойкостью.
Имеется много разновидностей диффузионного насыщения сплавов
металлами и неметаллами (бором, кремнием).
Как в процессе цементации, так и при закалке и последующем
отпуске происходят объемные изменения. При этом создаются
значительные внутренние напряжения сжатия, способствующие повышению
трещиностойкости. Результатом структурных преобразований и
внутренних напряжений является деформация и изменение размеров
цементированных деталей, возникает необходимость восстановления
нужных размеров и качества поверхности дополнительной
механической обработки (шлифованием).
Обычная химико-термическая обработка с закалкой и отпуском,
хотя и оказывает большое влияние на свойства изделия, однако во
многих случаях является явно недостаточной. Она в наибольшей
степени подходит для повышения износостойкости, коррозионной
стойкости и в меньшей степени для повышения сопротивления
возникновению и распространению трещин. Для улучшения трещиностойкости
применяют механический метод поверхностного пластического
деформирования: обдувка дробью, стальными шариками, обкатывание
роликами, выглаживание, чеканка. При пластическом деформировании
поверхности остаточный аустенит превращается в мартенсит
мелкодисперсный. Это не только повышает механические свойства
поверхностного слоя, но и сопровождается возникновением остаточных
сжимающих напряжений, наличие которых приводит к повышению
трещиностойкости.
Эффективными методами, которые значительно расширяют
возможности воздействия на характеристики поверхностного слоя
материала, являются разработанные электронно-лучевые и ионно-плазмен-
ные методы.
8.5.3. Технологическая наследственность
Изменение свойств любых изделий в процессе их изготовления
и эксплуатации можно объяснить явлениями технологической
наследственности. Технологической наследственностью можно назвать
явление переноса свойств объектов от предшествующих технологических
операций к последующим. Сохранение этих свойств у деталей машин
называют технологическим наследованием.
Носителями наследственной информации является собственно
материал детали, а также ее поверхности с многообразием параметров,
описывающих состояние этих поверхностей. Носители информации активно
359
участвуют в технологическом процессе, проходя через различные
операции, в ходе которых они могут менять свои свойства частично и
полностью. Типичной операцией, задерживающей или исключающей
передачу наследственных свойств, является термическая обработка.
Технологические системы могут быть представлены как
детерминированные, так и вероятностные. В первом случае не возникает
никакой неопределенности в формировании показателей качества детали.
Для вероятностной системы нельзя сделать точного, детального
предсказания.
Для обеспечения качества изделий следует управлять процессом
технологического наследования. Свойства с положительным эффектом
нужно развивать, с отрицательным эффектом — ослаблять. Для
практических целей важно установить не только качественные, но и
количественные связи технологического наследования. Передачу свойств
оценивают коэффициентом технологического наследования. Такие
коэффициенты представляют собой простые дроби, у которых числитель
указывает на количественное выражение величины, отражающей
данное свойство до проведения соответствующей операции, а знаменатель
— после ее проведения.
В ходе технологического процесса наследуются самые различные
свойства обрабатываемого объекта. Особенно ощутимо влияние на
качество деталей наследования свойств материала, обрабатываемых
заготовок. Обнаружение наследственных структурных пороков часто
происходит на финишных операциях, когда уже поздно что-либо
предпринять. Технологический процесс при отрицательных свойствах должен
строиться так, что на начальных операциях работа должна
проводиться с относительно большими значениями коэффициентов
наследования, а на конечных — с небольшими.
Контрольные вопросы
1. Раскройте кибернетическую особенность стандартизации технологических объектов.
2. Из какой совокупности состоят процессы управления технологическими
объектами стандартизации?
3. Из какой совокупности состоят процессы управления ЕСТПП?
4. Какие свойства характеризуют эффективность управления ТПП ТС в системе
рыночной экономики?
5. Из каких видов состоит статистический контроль в управлении производством?
6. Из какой совокупности состоят процессы управления технологическими
процессами?
7. В чем содержание принципа совмещения функций контроля и управления
технологическими процессами?
ГЛАВА 9
ОСНОВЫ СЕРТИФИКАЦИИ
9.1. Сущность сертификации
Общие положения. По определению Европейской
экономической комиссии (ЕЭК) ООН и Международной организации по
стандартизации (ИСО) сертификация — это действие, проводимое с целью
подтверждения соответствия изделия или процесса определенным
стандартам или техническим условиям. Данное определение позволяет
широко трактовать это понятие и иметь многообразные формы
сертификации. Сертификация — это гарантия потребителю того, что
продукция соответствует стандарту или определенным требованиям
качества. Сертификация базируется на стандартах, и в ее основе лежат
испытания по нормам сертификации.
Сертификация осуществляется в целях:
создания условий для деятельности предприятий, учреждений,
организаций и предпринимателей на едином товарном рынке Российской
Федерации, а также для участия в международном экономическом
научно-техническом сотрудничестве и международной торговле;
содействия потребителям в компетентном выборе продукции;
защиты потребителя от недобросовестности изготовителя
(продавца, исполнителя);
контроля безопасности продукции для окружающей среды, жизни,
здоровья и имущества;
подтверждения показателей качества продукции, заявленных
изготовителем.
Сертификация является методом объективного контроля качества
продукции, ее соответствия установленным требованиям. Ее разделяют
на обязательную и добровольную, на самосертификацию и
сертификацию третьей стороной. Обязательная сертификация является средством
государственного контроля за безопасностью продукции. Доброволь-
361
ная сертификация способствует повышению конкурентоспособности
продукции. Самосертификация выполняет все необходимые действия
и заявляет об этом специальным документом или простановкой знака
сертификации на продукции, либо сопроводительным документом.
При этом потребитель получает информацию о методах испытаний,
применяемых на предприятии. Сертификация третьей стороной
осуществляется системой органов, формально не относящихся ни к
изготовителю, ни к потребителю продукции. В эту систему органов входят
официальные центры (лаборатории) по испытаниям, инспектирующие
органы и национальные организации по стандартизации.
Любая система сертификации базируется на стандартах
(государственных, предприятий, технических условиях). Подтверждение, что
продукция соответствует требованиям стандартов, осуществляется по
средствам специального документа — сертификата.
В ИСО создан комитет по сертификации — СЕРТИКО. Этим
комитетом подготовлен свод принципов сертификации, получивший
название «Кодекс принципов ИСО/МЭК по системам сертификации третьей
стороной на соответствие стандартам». Кодекс исходит из
необходимости применения международных стандартов в национальных
системах сертификации. В Российской Федерации национальным органом
по сертификации является Госстандарт Р, деятельность которого
регулируется законодательством РФ о сертификации.
Система сертификации. Система сертификации создается
государственными органами управления, предприятиями, учреждениями,
организациями и представляет собой совокупность участников
сертификации, осуществляющих сертификацию по правилам,
установленным в этой системе в соответствии с Законом о сертификации. В
систему сертификации могут входить предприятия, учреждения и
организации независимо от форм собственности, а также общественные
объединения. В нее также могут входить несколько систем сертификации
однородной продукции. Она подлежит государственной регистрации
в установленном Госстандартом России порядке.
Понятие и состав системы сертификации имеют значение не только
в теоретическом, но и в практическом плане. Система может
создаваться только юридическими лицами. Закон предусматривает две
составляющие системы сертификации: совокупность участников
сертификации и правила сертификации. К участникам сертификации
относят: государственные органы, организации, являющиеся создателями
системы сертификации, испытательные лаборатории (центры),
центральные органы систем сертификации, изготовители продукции. Под
правилами системы понимаются нормативные документы, регулирую-
362
щие все стороны деятельности системы. Документ, выданный по
правилам системы сертификации для подтверждения соответствия
сертификационной продукции установленным требованиям, называют
сертификатом соответствия. Содержание сертификата определяется в
системе в зависимости от избранной схемы сертификации и категории
заявителя.
Система сертификации создается для определенного вида
однородной продукции, включающего большие группы товаров, имеющих
единое функциональное назначение, принципы работы, методы контроля
и испытаний. Конкретный перечень товаров определяется
документами системы или общими перечнями продукции путем ссылки на коды
классификаторов продукции (ОКП) или товарной номенклатуры
внешнеэкономической деятельности, а также путем указания
соответствующих государственных стандартов и приравненных к ним документов.
Отдельные системы сертификации однородной продукции могут
объединяться в единую, более крупную систему, все звенья которой
руководствуются едиными принципами и документами, что не
исключает возможности учета специфики отдельных систем в их
руководящих документах. Система обязательной сертификации Госстандарта
Р является именно такой объединяющей системой.
Организационную структуру государственной системы
сертификации образуют:
национальный орган России по сертификации;
органы по сертификации конкретной продукции;
аккредитованные испытательные лаборатории (центры);
изготовители и поставщики продукции.
Национальным органом по сертификации в России является
Госстандарт Р, который осуществляет многие функции, а также:
разработку и совершенствование основополагающих
организационно-методических документов системы;
учреждение НТД, устанавливающих порядок сертификации
конкретных видов продукции;
информацию о результатах сертификации.
НТД на сертифицируемую продукцию. Сертификация
проводится на соответствие:
государственным стандартам;
международным и зарубежным стандартам;
другим НТД по выбору заявителя.
Экспортируемая продукция сертифицируется на соответствие
требованиям национальных НТД стран-импортеров.
363
При сертификации продукции в рамках международных систем
сертификации, участником которых является Россия, подтверждается
ее соответствие требованиям международных НТД, принятых в этих
системах.
Тексты стандартов и других НТД, используемых при сертификации
продукции, формулируются точно в соответствии с требованиями
Руководства ИСО/МЭК 7 «Требования к стандартам, применяемым при
сертификации изделий».
Поскольку сертификация основывается на стандартах, то между
органами сертификации и стандартизации поддерживается тесная связь
независимо от того, являются они составными частями одной и той же
организации или нет.
9.2. Проведение сертификации
Получение изготовителем продукции сертификата
соответствия. Изготовитель (поставщик) продукции (заявитель)
для получения сертификата соответствия направляет в орган по
сертификации заявку на ее проведение. Орган сообщает заявителю свое
решение о проведении испытаний в аккредитованной испытательной
лаборатории (центре) образцов продукции, о проверке производства
и устанавливает сроки. При положительных результатах испытаний
продукции, наличии аттестата производства или сертификата на
систему качества аккредитованная испытательная лаборатория оформляет
сертификат и по получению регистрационного номера в Госстандарте
Р выдает его предприятию-изготовителю. При внесении изменений
в конструкцию изделия или технологию ее производства, которые
могут влиять на качество продукции, принимается решение о
необходимости проведения новых испытаний или проверки состояния
производства этой продукции.
Получение изготовителем сертификата на продукцию дает ему
право маркировать эту продукцию знаком соответствия.
Признание зарубежных сертификатов соответствия.
Решение о признании и регистрации сертификатов, выданных
органами по сертификации других стран на отечественную и импортную
продукцию, используемую в стране, осуществляет Госстандарт Р или
другой уполномоченный орган по сертификации. Признаются
сертификаты или аналогичные по назначению документы (лицензии,
официальные утверждения), выданные в международных системах, к
которым присоединились Россия и страна заявителя, или соглашений меж-
364
ду органами по сертификации в России и этой стране о взаимном
признании сертификатов. Порядок такого признания устанавливается
правилами этих систем или соглашений.
Госстандарт Р или другой орган по сертификации при
осуществлении признания может провести повторные испытания (в полном
объеме или по некоторым характеристикам) для подтверждения
соответствия продукции установленным требованиям. По требованию органа по
сертификации заявитель направляет образец сертифицированной
продукции.
Проверка состояния производства
сертифицируемой продукции. Проверка состояния производства
сертифицируемой продукции может выполняться двумя способами: путем его
аттестации или путем сертификации системы качества, разработанной на
основе стандартов ИСО серии 9000.
Аттестация производств сертифицируемой продукции — это
комплекс мероприятий и достаточных условий для обеспечения
стабильного уровня требований, характеристик, показателей, которые
контролируются при сертификации. При этом оценивается эффективность
контроля всех условий производства и характеристик продукции, ее
составных частей, используемых материалов, от которых зависит
указанный уровень требований. При аттестации межотраслевой продукции
проверяется:
достаточность и качество проведения операций контроля при
производстве продукции, в том числе метрологическое обеспечение;
состояние технологических операций, определяющих уровень
характеристик и требований к продукции, которые контролируются при
сертификации;
стабильность соответствия изготовляемой продукции требованиям
НТД;
распределение ответственности персонала за обеспечение качества
продукции.
При обнаружении серьезных недостатков в обеспечении
стабильного качества продукции, предлагаемой к сертификации,
устанавливается срок повторной аттестации при условии полного устранения
отмеченных недостатков. При положительных результатах проверки
Госстандарт Р выдает предприятию-изготовителю аттестат производства.
Сертификация системы качества продукции — это деятельность
организаций, аккредитованных Госстандартом Р, по проверке, оценке
и удостоверению соответствия системы качества проверяемого
предприятия требованиям государственного или международного стандарта
на систему качества.
365
Сертификация системы качества осуществляется в соответствии
с комплексом руководящих документов «Сертификация систем
качества продукции», утвержденным Госстандартом Р.
Испытания продукции. Испытания для сертификации
проводятся на образцах, конструкция, состав и технология изготовления
которых должны быть такими же, как у образцов, поставляемых
потребителю (заказчику). Количество образцов, порядок отбора,
идентификации и хранения устанавливаются организационно-методическими
документами по сертификации конкретного вида продукции и
методики испытаний. Испытание импортируемой продукции проводится
в России.
Надзор за проведением сертификации и качеством
сертифицируемой продукции. Надзор за проведением
сертификации, за стабильностью качества сертифицированной продукции
и состояния ее производства осуществляют территориальные органы
Госстандарта Р. Объем, содержание, порядок надзора устанавливаются
в организационно-методических документах по сертификации
конкретных видов продукции. В них предусматривается периодичность и
объемы инспекционных испытаний сертифицированной продукции в акк-
редитированных испытательных лабораториях (центрах). По
результатам надзора Госстандарт Р может приостановить или аннулировать
действие сертификата соответствия и право применения знака
соответствия, аттестата производства. Решение о приостановлении действия
указанных документов принимается, когда в результате
незамедлительных мер не может быть восстановлено соответствие продукции
или состояние производства установленным требованиям.
Информация о сертификации. Госстандарт Р проводит учет
и создает фонд:
сертификатов, выданных и действующих в России;
организационно-методических документов по сертификации
конкретных видов продукции;
аттестатов производств сертифицируемой продукции;
аттестатов аккредитации испытательных лабораторий (центров).
Госстандарт Р периодически публикует информацию о работах по
сертификации продукции, включающую:
перечень продукции, на которую выданы сертификаты;
перечень аккредитованных испытательных лабораторий (центров);
перечень аттестованных производств сертифицируемой продукции.
В случае несогласия с результатами сертификации
заинтересованные стороны могут подать в Госстандарт Р апелляцию. Госстандарт
Р рассматривает апелляцию с привлечением заинтересованных сторон
и извещает подателя апелляции о принятом решении.
366
9.3. Правовые основы сертификации в РФ
Сертификация в России организуется и проводится в соответствии
с федеральными законами: «О техническом регулировании», «О
защите прав потребителей», а также с законами РФ, относящимися к
определенным отраслям:
«О ветеринарии», «О пожарной безопасности», «О
санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»; иными правовыми актами
Российской Федерации, направленными на решение отдельных
социально-экономических задач (более 30 актов), указами Президента и
актами Правительства (около 50 актов).
Основу законодательства о защите прав потребителей составляют
нормативные акты гражданского законодательства, и данный закон
среди них занимает центральное место. Все законодательные акты,
действующие на территории РФ, приведены в соответствии с Законом
«О защите прав потребителей».
В целях обеспечения безопасности товаров (работ, услуг) Закон «О
защите прав потребителей» вводит обязательную сертификацию.
Сертификация подтверждает соответствие качества товара обязательным
требованиям государственных стандартов.
На товарах, прошедших сертификацию и удостоверенных
сертификатом, должен быть знак соответствия, установленный
государственным стандартом. Ответственность за наличие сертификата и знака
соответствия несет продавец (изготовитель).
Закон «О техническом регулировании» устанавливает цели
сертификации, определяет национальный орган по сертификации —
Госстандарт РФ и направления его деятельности. Другими федеральными
органами по сертификации являются Госсанэпиднадзор Минздрава РФ,
Государственный комитет РФ по охране окружающей среды,
Министерство природных ресурсов РФ, Государственная ветеринарная
служба и др.
Закон определяет следующие формы контроля: государственный
контроль и надзор; инспекционный контроль за соблюдением правил
сертификации и за сертифицированной продукцией; государственный
контроль и надзор за соблюдением обязательных требований
государственных стандартов.
В соответствии с Законами «О защите прав потребителей» и «О
техническом регулировании» в России организованы испытательные
центры, система аккредитации испытательных лабораторий, работы
по сертификации в рамках большого количества систем как
обязательного, так и добровольного характера. Для упрочнения доверия
к результатам сертификации, защиты от необъективной информации,
367
возможности взаимного признания и сопоставления результатов
испытаний требуется гармонизация правил, принципов и целей
сертификации. Для этого и были приняты Правила сертификации в РФ и другие
документы.
На основании законов, действующих в области сертификации,
разработаны организационно-методические принципы, определяющие
практику сертификации в России.
9.4. Организационно-методические принципы
сертификации в РФ
В организационно-методических принципах сертификации в РФ
рассматриваются:
принципы, правила и порядок проведения сертификации
продукции;
схемы сертификации;
орган по сертификации и испытательные лаборатории;
аккредитация органов по сертификации и испытательных
лабораторий;
знаки соответствия.
К организационным и методическим принципам относят:
обеспечение достоверности информации об объекте сертификации;
объективность и независимость от изготовителя и потребителя;
профессиональность испытаний;
исключение дискриминации по отношению к иностранным
заявителям;
право заявителя выбирать орган по сертификации и испытательную
лабораторию; ответственность участников сертификации;
открытость информации о результатах сертификации или о
прекращении срока (отмене) сертификата (знака) соответствия;
многообразие методов испытаний с учетом особенностей объекта
сертификации, его производства и потребления;
использование в деятельности по сертификации рекомендаций
и правил ИСО/МЭК, региональных организаций, положений
международных стандартов и других международных документов;
признание аккредитации зарубежных органов по сертификации
и испытательных лабораторий, сертификатов и знаков соответствия
в РФ на основе многосторонних и двусторонних соглашений, в
которых участвует Россия;
368
соблюдение конфиденциальности информации, составляющей
коммерческую тайну;
привлечение в необходимых случаях к работам по сертификации
обществ потребителей.
На сегодняшний день сертификация охватывает более 75%
наименований производимой в стране продукции. В дальнейшем к
сертификации будут относиться товары с наибольшей потенциальной
опасностью.
Правила по проведению сертификации устанавливают общие
рекомендации, которые применяются при организации и проведении работ
по обязательной и добровольной сертификации. Эти правила
распространяются на все объекты сертификации российского и зарубежного
происхождения, а также могут служить основой для организации
систем сертификации однородной продукции. Правила включают
положения, касающиеся участников сертификации, проведения работ в
области сертификации, систем сертификации однородной продукции. Они
определяют основные действия и функции, которые осуществляют
государственные органы управления по созданию и работе систем
сертификации однородной продукции. Правила устанавливают процедуры
проведения сертификации в рамках создаваемой системы, выбирают
схемы сертификации, определяют центральные органы системы,
разрабатывают правила аккредитации и выдачи лицензий; аккредитуют
органы по сертификации и испытательные лаборатории и выдают им
соответствующие лицензии.
Правила проведения работ по сертификации предусматривают
возможность возникновения спорных ситуаций. В таких случаях любой
участник сертификации имеет право обратиться в федеральные органы
исполнительной власти по профилю сертификации.
Правила содержат отдельное положение по добровольной
сертификации, четко оговаривающие функции юридического лица, которое
выступает в роли органа по сертификации. Это юридическое лицо
формирует структуру системы и разрабатывает ее правила и знак
соответствия, которые подлежат регистрации. В остальном его, функции
совпадают с таковыми для органа по обязательной сертификации. Они
отражают и принципы оплаты работ по сертификации, которые
полностью отвечают Закону «О сертификации продукции и услуг».
Сертификация отечественной и импортируемой продукции
проводится по одним и тем же правилам принципов ГАТТ/ВТО.
Порядок проведения сертификации в России установлен по
отношению к обязательной сертификации, но может применяться и при
добровольной сертификации. Для систем сертификации однородной
продукции с учетом ее особенностей допускается разработка соответ-
24 — 4523 369
ствующего порядка. Он разъясняет, какие характеристики продукции
проверяются, по каким критериям выбираются схемы сертификации,
каким требованиям должны отвечать нормативные документы на
сертифицируемую продукцию, в какой последовательности
осуществляются соответствующие процедуры сертификации и в чем их сущность.
Общие принципы сертификации соответствуют Руководствам
ИСО/МЭК.
Характеристики (показатели качества) товара, которые
проверяются при сертификации, выбираются с учетом следующих основных
критериев:
они должны позволить идентифицировать продукцию (проверять
принадлежность к группе классификатора, ее происхождение,
принадлежность к определенной производственной партии и т.п.). При этом
устанавливается соответствие продукции приложенной технической
документации;
отбираемые характеристики должны полно и достоверно
подтвердить нормы безопасности, экологичности, установленные в
нормативных документах на эту продукцию;
могут потребоваться и такие характеристики, которые отражают
другие требования, подлежащие обязательной сертификации в
соответствии с законодательными актами. Совокупность других проверяемых
показателей определяется исходя из целей сертификации конкретной
продукции.
При выборе схемы сертификации учитываются особенности
производства, испытаний, поставки и применение конкретной продукции,
требуемый уровень доказательности, необходимые затраты заявителя.
Схему сертификации выбирает заявитель и предлагает ее органу по
сертификации.
Установлен порядок проведения сертификации в такой
последовательности:
подача заявки на сертификацию;
отбор, идентификация образцов и их испытания;
оценка производства;
выдача сертификата соответствия;
применение знака соответствия;
инспекционный контроль за сертифицированной продукцией;
корректирущие мероприятия.
Схемы сертификации, применяемые в России и разработанные
с учетом рекомендаций ИСО/МЭК и практики подтверждения
соответствия в ЕС, приведены в табл. 9.1.
370
Таблица 9.1
Номер
схемы
1
1а
2
2а
3
За
4
4а
5
6
7
8
9
Испытания в
аккредитованных испытательных
лабораториях и другие способы
доказательства соответствия
Испытания типа*
Испытания типа
Испытания типа
Испытания типа
Испытания типа
Испытания типа
Испытания типа
Испытания типа
Испытания типа
Рассмотрение декларации
о соответствии
прилагаемым документам
Испытания партии
Испытания каждого
образца
Рассмотрение декларации
о соответствии
прилагаемым документам
Проверка производства
(системы качества)
Анализ состояния
производства
Анализ состояния
производства
Анализ состояния
производства
Анализ состояния
производства
Сертификация
производства или сертификация
системы качества
Сертификация системы
качества
Инспекционный контроль
сертифицированной
продукции (системы качества,
производства)
Испытания образцов,
взятых у продавца
Испытания образцов,
взятых у продавца
Анализ состояния
производства
Испытания образцов,
взятых у изготовителя
Испытания образцов,
взятых у изготовителя
Анализ состояния
производства
Испытания образцов,
взятых у продавца
Испытания образцов,
взятых у изготовителя
Анализ состояния
производства
Испытания образцов,
взятых у продавца
Испытания образцов,
взятых у изготовителя
Анализ состояния
производства
Контроль
сертифицированной системы качества
(производства)
Испытания образцов,
взятых у продавца и (или) у
изготовителя**
Контроль
сертифицированной системы качества
24'
371
Продолжение табл. 9.1
Номер
схемы
9а
10
10а
Испытания в
аккредитованных испытательных
лабораториях и другие способы
доказательства соответствия
Рассмотрение декларации
о соответствии
прилагаемым документам
Рассмотрение декларации
Рассмотрение декларации
о соответствии
прилагаемым документам
Проверка производства
(системы качества)
Анализ состояния
производства
Анализ состояния
производства
Инспекционный контроль
сертифицированной
продукции (системы качества,
производства)
Испытания образцов,
взятых у изготовителя и у
продавца
Испытания образцов,
взятых у изготовителя и у
продавца
Анализ состояния
производства
* Испытания выпускаемой продукции на основе оценки одного или нескольких образцов,
являющихся ее типовыми представителями.
** Необходимость и объем испытаний, место отбора образцов определяет орган по
сертификации продукции по результатам инспекционного контроля за сертифицированной системой качества
(производства).
В схемах сертификации могут быть использованы документальные
доказательства соответствия, полученные заявителем другим путем,
помимо данной сертификации, что воспринимается положительно как
способ сокращения объема проверок.
Орган по сертификации — это официально признанная путем
аккредитации на компетентность и независимость организация,
которая имеет право выполнять сертификацию однородной продукции
в определенной области аккредитации. Область аккредитации
устанавливается в соответствии с номенклатурой сертифицируемой продукции
и нормативными документами, применяемыми при сертификации. На
аккредитацию в качестве органа по сертификации могут претендовать
зарегистрированные организации любой формы собственности:
частные, государственные, муниципальные и др.
К требованиям и обязанностям органов сертификации и
исполнительным лабораториям при аккредитации относят следующее:
требования к аккредитуемой организации;
обязанности и основные функции органа по сертификации;
требования к персоналу органа по сертификации;
требования к фонду нормативных документов;
требования к процедуре аккредитации;
требования к испытательным лабораториям;
обязанности аккредитованной испытательной лаборатории.
372
Взаимное признание результатов испытаний и сертификации как
способ устранения технических барьеров в торговле во многом зависит от
аккредитации: авторитет и независимость аккредитующего органа определяет
доверие к деятельности организации по сертификации и ее результатам.
Выработаны принципы организации системы аккредитации в РФ,
которые нашли отражение в основополагающих стандартах ГОСТ
Р серии 51000, гармонизированных с руководствами ИСО/МЭК,
европейскими стандартами серии Е45000, положениями Международной
конференции по аккредитации испытательных лабораторий (ИЛАК).
Общее руководство и координацию деятельности по аккредитации
возложено на Отдел по аккредитации при Госстандарте.
Российская система аккредитации (РОСА) представляет собой
совокупность организаций, участвующих в деятельности по
аккредитации, аккредитованных органов по сертификации, испытательных
лабораторий, других объектов, а также установленных норм, правил,
процедур, которые определяют действие этой системы (рис. 9.1).
Объектами аккредитации являются организации, осуществляющие
деятельность в области оценки соответствия: испытательные
лаборатории, органы по сертификации, контролирующие организации; метроло-
Пользо-
ватели
услуг
аккредитованных
организаций
Организации-
заявители
Организации,
получившие
сертификат или
протоколы
испытаний
Лица-заявители,
получившие
сертификат или
протоколы
испытаний
Предприятия -
изготовители
и другие
заинтересованные
стороны
АККРЕДИТУЮЩИЕ ОРГАНЫ
В обязательной (законодательно В добровольной (законодательно
регулируемой) сфере регулируемой) сфере
Госстандарт
России
Другие
федеральные
органы
исполнительной
власти
Юридические
лица, отвечающие
установленным
требованиям
^^
ОБЪЕКТЫ А К КРЕ Д И Т А Ц И И
Испытательные
лаборатории
Измерительные
лаборатории
Метрологические службы
юридических лиц
Органы по сертификации
Контролирующее
организации
Организации подготовки
экспертов
Испытательные
лаборатории
Органы по сертификации
Организации подготовки
экспертов
Контролирующие
организации
Испытательные
лаборатории
Органы по сертификации
Организации подготовки
экспертов
Рис. 9.1. Российская система аккредитации (РОСА) (ГОСТ Р 51000. 1—95)
373
гические службы юридических лиц; организации, осуществляющие
специальную подготовку экспертов.
Процедура аккредитации состоит из таких последовательно
выполняемых действий:
представление заявителям заявки на аккредитацию;
экспертиза документов по аккредитации;
аттестация заявителя;
анализ всех материалов и принятие решений об аккредитации;
выдача аттестата об аккредитации;
проведение инспекционного контроля аккредитованной
организации.
Регламентация всех составляющих процедуры аккредитации
установлена в ГОСТ Р 51000.1—95, который предназначен для
применения аккредитующими органами и организациями, подлежащими
аккредитации. Система аккредитации предусматривает повторную
аккредитацию и доаккредитацию.
На основании Закона «О защите прав потребителей»,
постановлений Правительства РФ «О маркировке товаров и продукции на
территории Российской Федерации знаками соответствия, защищенными от
подделок» и о внесении изменений в это постановление на территории
РФ введены знаки соответствия для маркировки товаров, подлежащих
обязательной сертификации. Положения этих документов относятся
как к производимой в России, так и импортируемой продукции.
Ответственность за соблюдение правил маркировки возложена на
предприятия-изготовители, организации-импортеры, торговые
организации, а также на индивидуальных предпринимателей. Все вопросы
организационно-методического характера, относящиеся к знакам
соответствия, находятся в ведении Госстандарта и Министерства по
антимонопольной политике и поддержке предпринимательства РФ.
До 1998 г. действовал один знак соответствия системы
обязательной сертификации ГОСТ Р (рис. 9.2).
Согласно российскому законодательству, каждая система
сертификации имеет право на свой знак соответствия. Системы обязательной
сертификации однородной продукции, входящие в структуру ГОСТ Р, име-
■ ют право применять указанный выше
знак, но им не запрещено вводить
и собственные знаки.
Зарегистрированы собственные знаки соответствия
некоторых российских систем
обязательной сертификации (рис. 9.3).
Рис. 9.2. Знак соответствия системы Знаки соответствия несут в себе
обязательной сертификации ГОСТ Р полезную информацию, которая:
374
Система сертификации на воздушном транспорте
Российской Федерации РОСС йи.0001.01АТ01
Департамент воздушного транспорта Минтранса России
для продукции
для предприятия
(организации)
для персонала
для систем качества
®
00000
Система
сертификации продукции и
услуг в области
пожарной
безопасности
РОСС
Пи.ОСЮ1.01ББОО
ГУ Государственной
противопожарной
службы МВД России
Система
сертификации морских
гражданских судов
РОСС 10001.01МФОО
Служба Морского
Флота Минтранса РФ
Система
сертификации
средств защиты
информации по
требованиям
безопасности
информации
РОСС 10001.01БИОО
Гостехкомиссия РФ
Система сертификации
на федеральном
железнодорожном
транспорте Российской
Федерации
РОСС 10001.01ЖЮО
Министерство путей
сообщения
Российской
Федерации
Система
сертификации
медицинских
иммунобиологических
препаратов РОСС
10001.01ИПОО
Департамент
Госсанэпиднадзора
Минздрава России
Ф
Система обязательной
сертификации по
экологическим требованиям
РОСС 10001.01ЭЮО
Государственный комитет
РФ по охране
окружающей среды
Рис. 9.3. Знаки соответствия систем обязательной сертификации
убеждает потребителя в надлежащем качестве товара, в его
безопасности;
может использоваться изготовителем в рекламных целях;
помогает органам госнадзора принять решение о возможности
реализации продукции; для страховых компаний является одной из
гарантий безопасности товара.
9.5. Международная сертификация
Деятельность ИСО в области сертификации. Создание
организационно-методического обеспечения в области сертификации
поручено международной организации по стандартизации (ИСО).
Единые организационно-методические документы по сертификации,
которые разработаны и разрабатываются ИСО, содействуют гармонизации
процедуры сертификации, что в свою очередь делает возможным
взаимное признание результатов сертификации даже при различиях в
национальных законодательных положениях. ИСО содействует в
методическом плане также созданию систем сертификации в тех странах, где
они пока отсутствуют.
В области сертификации ИСО сотрудничает с Международной
электротехнической комиссией (МЭК), о чем говорят многие
совместные руководства. Основополагающим руководством в области
сертификации считается Руководство 28 ИСО/МЭК «Общие правила
типовой системы сертификации продукции третьей стороной», содержащее
рекомендации по созданию национальных систем сертификации. В
развитии этого документа были приняты Руководства 38—40, в
которых изложены общие требования к органам сертификации и надзора,
а также к испытательным лабораториям. Одно из серьезных
требований к лаборатории — наличие системы обеспечения качества работы.
По заказу Международной конференции по аккредитации
испытательных лабораторий (ИЛАК) ИСО/МЭК разработано Руководство 43
«Квалификационные испытания лабораторий», которое применяется
как основополагающий методический документ всеми странами при
решении таких вопросов, как оценка уровня работы испытательной
лаборатории; определение технической компетентности и области
деятельности; оценка эффективности применяемых методов испытаний,
аккредитация лаборатории и пр.
В области сертификации ИСО занимается исключительно
методологическими проблемами, в то время как МЭК разработала
международные системы сертификации и разрабатывает стандарты. Общим
в деятельности ИСО и МЭК является направленность на содействие
заключению многосторонних соглашений о взаимном признании в це-
376
лях развития международной торговли. На основании созданных ими
принципов гармонизации национальных систем сертификация может
быть достигнута двумя путями: присоединением страны к
международным системам сертификации МЭК, либо широким использованием
единых организационно-методических принципов сертификации,
предлагаемых ИСО.
Деятельность МЭК в области сертификации.
Сформулирована международная система сертификации электротехнических
изделий МЭК по испытаниям электрооборудования на соответствие
стандартам безопасности — МЭКСЭ, созданная в 1935 г. и
объединяющая 34 страны.
Цель системы — содействие международной торговле
электрооборудованием, эксплуатация которого осуществляется обычными
потребителями, а не специалистами в области электротехники.
Сертификация таких изделий на безопасность почти во всех странах
мира предусмотрена законодательными положениями по защите прав
потребителей.
Россия является членом МЭКСЭ и в рамках ее системы
сертификации действует национальная сертификация электрооборудования в
ГОСТ Р.
Создана международная Система сертификации электронной
техники (ИЭТ), инициированная обострившейся конкуренцией на рынках
этих товаров между европейскими и американскими фирмами.
Региональная сертификация ИЭТ на соответствие европейским стандартам
стимулировала правительственные решения западноевропейских стран
о предпочтительных закупках сертифицированных изделий. Создание
Системы сертификации ИЭТ содействовало международной торговле
изделиями электронной техники посредством установления единых
требований к этим товарам, методам оценки их соответствия, чтобы
эти изделия были одинаково приемлемы во всех странах-участницах
системы без проведения повторных испытаний. Россия участвует в
Системе сертификации ИЭТ МЭК.
Деятельность МГС участниц СНГ в области
сертификации. Стандартизация, сертификация и метрология в рамках
СНГ осуществляется в соответствии с «Соглашением о проведении
согласованной политики в области стандартизации, метрологии и
сертификации», которое является межправительственным и действует с
1992 г. Создан Межгосударственный совет стран-участниц СНГ
(МГС), в котором представлены все национальные организации по
стандартизации этих государств. МГС принимает межгосударственные
стандарты.
377
В области сертификации принят Перечень межгосударственных
нормативных документов, устанавливающих единые порядки
сертификации приоритетных групп продукции и услуг. В МГС рассмотрен
вопрос об условиях прямого применения европейских стандартов в
качестве межгосударственных для стран СНГ.
9.6. Сертификация в различных сферах
К сферам сертификации отнесены: сертификация систем
обеспечения качества, экологическая.
Сертификация систем обеспечения качества Серьезная
конкурентная борьба в условиях рыночной экономики привела к
сертификации систем обеспечения качества на соответствие стандартам ИСО серии
9000. Такая сертификация дает предприятиям много выгод и преимуществ.
Практическая деятельность по сертификации систем качества
в России регламентируется основополагающими государственными
стандартами: ГОСТ Р 40.001—95 «Правила по проведению
сертификации систем качества в Российской Федерации»; ГОСТ Р 40.002—96
«Система сертификации ГОСТ Р. Регистр систем качества. Основные
положения»; ГОСТ Р 40.003—96 «Система сертификации ГОСТ Р.
Порядок проведения сертификации производств»; ГОСТ Р 40.005—96
«Система сертификации ГОСТ Р. Регистр систем качества.
Инспекционный контроль за сертифицированными системами качества и
производствами».
В качестве нормативных документов, на соответствие которым
проводится сертификация, в Регистре используются государственные
стандарты, представляющие собой принятые международные
стандарты ИСО:
ГОСТ Р ИСО 9001—96 «Системы качества. Модель обеспечения
качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже
и обслуживании»;
ГОСТ Р ИСО 9002—96 «Системы качества. Модель обеспечения
качества при производстве, монтаже и обслуживании»;
ГОСТ Р ИСО 9003—96 «Системы качества. Модель обеспечения
качества при контроле и испытаниях готовой продукции».
Под «Регистром систем качества» понимают «Систему
сертификации систем качества и производств».
Перечисленные ГОСТ Р относятся к взаимодействию органов по
сертификации и заявителей в период, предшествующий сертификации;
проведению проверок, принятию решений о сертификации систем
качества, оформлению сертификатов соответствия, инспекционному
контролю за сертифицированными системами качества, взаимодействию орга-
378
нов по сертификации с Техническим центром Регистра Госстандарта
РФ. Процедуры сертификации систем качества и производств
гармонизированы с европейскими и международными соответствующими
правилами и нормами, что направлено на создание условий для признания
сертификатов Регистра за рубежом, а также присоединения к
международной системе признания результатов оценки систем качества — С?8АК.
Однако российская система сертификации систем качества
отличается от международной практики, поскольку включает сертификацию
производств. Поскольку сертификация систем качества сложнее, чем
производств, то предприятия предпочитают сначала заняться
сертификацией производств и рассматривают ее как первую ступень на пути
к сертификации системы качества. Поэтому Регистр представляет
собой по существу двухступенчатую сертификацию, что считается
временным явлением.
Совокупность перечисленных основополагающих стандартов
устанавливает основные принципы и организационную структуру Регистра
систем качества (рис. 9.4), процедуру сертификации систем качества
и производств.
Госстандарт РФ
Комиссия по
апелляциям
Научно-методический комитет Регистра
Подкомитеты ,
машиностроения
метрологии
сырья и
материалов
Органы по сертификации систем качества
Органы по сертификации производств
Органк
л
1ЦИМ
, прошвщ
иие сершцт*
[ацик? 1
Совет по
сертификации
систем
качества и
производств
Рис. 9.4. Структура Регистра систем качества. Системы сертификации ГОСТ Р
379
Экологическая сертификация. Цель экологической
сертификации — стимулирование производителей к внедрению таких
технологических процессов и разработке таких товаров, которые в
минимальной степени загрязняют природную среду и дают потребителю
гарантию безопасности продукции для его жизни, здоровья, имущества
и среды обитания.
Для многих видов продукции экологический сертификат или знак
является определяющим фактором их конкурентоспособности.
В России экологическая сертификация находится в начальной
стадии развития, хотя сделано уже немало. Установлены объекты,
относящееся к этой области. Принятие международных стандартов ИСО
серии 14000, которые включают руководства по управлению
окружающей средой и по экологическому аудиту, создало основы для
организации и проведения экосертификации.
Контрольные вопросы
1. В чем состоит сущность сертификации?
2. Каковы взаимоотношения субъектов сертификации?
3. Что такое система сертификации?
4. Что такое сертификация соответствия?
5. Какая нормативная документация применяется при сертификации соответствия?
6. Какова последовательность процедур сертификации продукции?
7. Какие общегосударственные законы определяют правовую основу сертификации
в РФ?
8. Как построены организационно-методические принципы сертификации в РФ?
9. Охарактеризуйте сходство и различие между обязательной и добровольной
сертификацией. Какова их роль в России и за рубежом?
10. Что такое регистр систем качества? С какой целью эта Система аккредитована
в ГОСТ Р? Каким образом Регистр гармонизирован с международными правилами
сертификации систем качества, укажите различия?
11. Крупнейшие международные организации ИСО и МЭК целью своей
деятельности по сертификации считают развитие международной торговли; в чем сходство и
различие в их подходах?
12. Проанализируйте схемы сертификации продукции, предусмотренные
российскими правилами, в отношении их соответствия рекомендациям ИСО/МЭК. Считаете ли
Вы, что они гармонизированы по отношению к международным правилам?
13. Партия импортируемого товара сопровождается сертификатом соответствия.
Какова будет процедура признания его в России, если сертификат выдан: в Системе МЭК-
СЭ; в странах СНГ'по руководству ИСО/МЭК?
14. Какова международная практика сертификации?
15. В чем состоит принцип построения Российской системы аккредитации (РОСА)
и как она гармонизирована с руководствами Международных организаций?
16. В чем цель и какое нормативное обеспечение имеет экологическая
сертификация?
ГЛАВА 10
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ —
КОМПОНЕНТ ДИСЦИПЛИНЫ
ЮЛ. Экономическое обоснование стандартизации
Общие принципы определения экономической эффективности
стандартизации. Стандартизация — один из механизмов
изучения и реализации объективного познания мотивов, действий людей
в хозяйственной деятельности. Законы хозяйствования определяются
в рамках государства и условиями вне его.
Отношения между хозяйствующими субъектами складываются
под влиянием экономических и внеэкономических факторов, среди
которых исключительную роль играют технико-экономические.
Приоритеты в технической политике определяются экономикой
стандартизации.
Экономика как наука включает систему научных дисциплин,
изучающих функциональные аспекты развития экономики
(ценообразование, маркетинг, менеджмент и т. д.) и ее отраслевые особенности
(экономика промышленности, транспорта, образования).
Группа самостоятельных конкретных дисциплин с особыми
задачами, предметами и логическими приемами (в том числе стандартизация
и сертификация) вырабатывает систему правил, необходимых для
практической деятельности. Современная эволюция институциаль-
но-социалогического направления экономической теории (здесь
институт — корпорация, государство, и т.п.) характеризуется отходом от
абсолютизации технических факторов, большим вниманием к человеку,
его потребностям и социальным проблемам.
Потребности — это объективная нужда людей в чем-либо
объективно необходимом для поддержания жизнедеятельности, развития
организма, развития личности и требующая удовлетворения. Известно,
381
что спрос рождает предложение. Поэтому существует пара:
потребитель (покупатель) — производитель (изготовитель, продавец,
исполнитель).
Потребитель — гражданин, предприятие или организация,
использующие, приобретающие, заказывающие либо имеющие
намерение приобрести или заказать продукцию, работу, услуги.
Изготовитель — предприятие, организация, учреждение или
гражданин-предприниматель, производящие товары для реализации.
Возможность делать выбор ассоциируется с рынком и ценами.
Рынок сегодня рассматривают как тип хозяйственных связей
между субъектами хозяйствования, отличающийся свободным выбором
партнеров и наличием конкуренции. Регулирование рынка
государством проявляется через его (государство) экономические функции,
выработка конкретных программ достижения целей общества лежит в
основе экономической политики любого государства.
Любая деятельность связана с разделением труда. Существует
общественное разделение труда (разделение внутри предприятия).
Сложение результатов труда в единый объект может быть только при
возможности объединения их на стандартизированной базе при
достижении эффективности стандартизации. Эффективность стандартизации
проявляется через основные ее функции: экономическую, социальную,
коммуникативную.
Вся совокупность действующих в России стандартов может быть
подразделена на две большие группы. К одной следует отнести
стандарты, содержащие определенные требования к качеству продукции
и имеющие конечной целью его улучшение; ко второй — стандарты,
предназначенные для сокращения необоснованного и во многих
случаях излишнего многообразия материальных факторов производства,
управления и обслуживания — изделий, их агрегатов, составных частей,
технологических процессов, терминологии и т. д.
Развитие работ в области экономики стандартизации позволило
утвердить целый ряд стандартов, устанавливающих принцип проведения
оценки экономической эффективности. Этими
нормативно-техническими документами установлены методы сбора, анализа и обработки
данных для определения экономической эффективности стандартизации,
методы экономической эффективности, порядок расчета и др.
Стандартизация в целом оказывает организующее воздействие на
ускорение развития народного хозяйства, а ее экономические
проблемы являются составными частями экономики научно-технического
прогресса. В то же время известно, что в большинстве случаев
последствия проведения стандартизации в различных отраслях и сферах
общественного производства оказывают неодинаковое воздействие или
382/^
имеют противоположную направленность. Так, внедрение отдельных
стандартов, связанное с дополнительными капитальными вложениями,
может быть невыгодно разработчику или изготовителю продукции, но
давать эффект потребителю. Наоборот, изготовитель, в результате,
например, широкого проведения унификации технологической оснастки
и оборудования, типизации технологических процессов и т. п. может
получить ощутимые преимущества, которые мало отразятся в сфере
эксплуатации продукции.
Сложный и неоднозначный характер последствий стандартизации
существенно влияет на методы и принципы расчетов ее
экономической эффективности.
Основным условием объективности оценки экономической
эффективности стандартизации является народнохозяйственный подход.
Именно этот принцип позволяет избежать одностороннего понимания
последствий конкретных работ по стандартизации, добиваться в
противоречивых ситуациях принятия оптимальных решений, приносящих
эффект народному хозяйству в целом.
В целом методика определения экономической эффективности
стандартизации базируется на тех же методологических принципах,
что и методы оценки эффективности научно-технического прогресса.
Применяемые методы определения экономической эффективности
стандартизации должны обеспечивать единый комплексный подход
с учетом проведения многовариантных экономических расчетов в
следующих основных случаях:
при экономическом обосновании планов стандартизации;
при обосновании целесообразности разработки и утверждения
стандартов и технических условий;
при оценке влияния стандартизации на послепроизводственно-хо-
зяйственные показатели работы предприятий и отраслей народного
хозяйства;
в процессе поиска оптимальных вариантов стандартизации,
унификации, типизации, агрегатирования;
для проведения расчетов при согласованной разработке стандартов
и цен на продукцию;
при материальном стимулировании работников в области
стандартизации.
В зависимости от целей определения экономической
эффективности, полноты охвата экономических последствий стандартизации,
уровня проведения расчетов (народное хозяйство, отрасль,
предприятие) и периода времени, в который выполняются расчеты (стадия
разработки стандарта, внедрение стандарта, выпуск и эксплуатация
стандартной продукции), необходимо выделять:
383
общую (абсолютную) эффективность стандартизации в народном
хозяйстве, определяемую отношением прироста национального дохода
в сопоставимых ценах, рассчитанного по годам за период действия
стандарта или за срок службы стандартной продукции, к вызвавшим
этот прирост вложениям в основные и оборотные фонды в масштабе
народного хозяйства;
сравнительную экономическую эффективность, вычисляемую
при выборе наилучшего из ряда возможных вариантов мероприятий по
стандартизации и характеризующую преимущества одного какого-либо
варианта перед другими:
проектную (расчетную, ожидаемую, прогнозируемую)
эффективность, определяемую во все периоды времени,
предшествующие эксплуатации техники или внедрению стандартизационных
решений;
фактическую (реально достигнутую, реализованную)
эффективность в результате выпуска и эксплуатации (потребления)
стандартной продукции в конкретных условиях в отраслях или на
предприятиях;
частную эффективность, характеризующую экономическую
целесообразность отдельных видов стандартов или частный эффект,
получаемый в различных сферах создания и потребления стандартной
продукции.
При оценке экономической эффективности стандартизации, за
исключением случаев определения фактического экономического
эффекта, ставится многовариантная задача поиска наиболее рационального
из нескольких вариантов мероприятий.
В основе методического подхода к определению экономической
эффективности стандартизации лежит учет всевозможных последствий
ее проведения. Стандартизация связана с процессами выполнения
научных исследований, разработки продукции, технологической
подготовки производства, освоения и постановки продукции на
производство, ее серийного производства и эксплуатации (потребления).
Комплексный подход к оценке экономической эффективности
стандартизации позволяет учитывать и анализировать в единстве и
взаимосвязи все технические, экономические и организационные факторы,
определяющие целесообразность работ по стандартизации на всех
этапах разработки и внедрения стандартов и эксплуатации продукции.
Этот подход предусматривает необходимость последовательного
рассмотрения и анализа затрат на стандартизацию и экономического
эффекта от ее внедрения в сферах создания опытных образцов изделий,
производства и эксплуатации продукции.
384
Комплексная оценка экономической эффективности правильно
и достаточно полно отражает воздействие стандартизации на
повышение эффективности народного хозяйства, служит надежным
ориентиром для принятия решений о развитии теории и практики
стандартизации.
Естественно, что до внедрения мероприятий по стандартизации все
оценки ожидаемой эффективности носят характер прогноза и в силу
этого не могут быть абсолютно точными. Однако это отнюдь не
снижает их практической значимости. С появлением более полной
информации по мере разработки стандартов качество расчетов будет
постоянно улучшаться, что позволит постепенно сокращать количество
рассматриваемых вариантов решений, пока не появится возможность
выбрать из них наиболее рациональное. Особое место занимает
комплексная оценка эффективности при установлении фактического
экономического эффекта от внедрения стандартизации.
В связи с решением задачи совершенствования хозяйственного
механизма все большее значение при определении эффективности
стандартизации приобретают расчеты натуральных эффектов, в
первую очередь таких, как снижение трудоемкости изготовления,
материалоемкости продукции, повышение ее энергоэкономичности. Учет
этих показателей позволяет более полно учитывать воздействие
стандартизации на мобилизацию резервов производств и его
интенсификацию. Далее можно переходить непосредственно к определению
эффектов экономических, отражающих в стоимостном выражении
экономию живого и овеществленного труда, достигаемую в результате
внедрения стандартов, за вычетом понесенных расходов на их
разработку и внедрение.
Источники получения экономического эффекта в результате
проведения работ по стандартизации крайне многообразны, но с
определенными допущениями их можно свести к следующим. Первым из них
является экономия, достигаемая в результате улучшения качества
выпускаемой продукции в сфере эксплуатации, а также рост валютной
выручки в результате повышения конкурентоспособности продукции
на мировых рынках. Вторым источником является экономия,
достигаемая в результате отбора из всех возможных вариантов технических
решений оптимального набора. Следствием этого при производстве
продукции является повышение ее серийности за счет сокращения
излишних типов и видов изделий, составных частей, сборочных единиц и
деталей. Ликвидируя ненужное и зачастую случайно сложившееся в
конкретной области или отрасли многообразие, стандартизация создает
необходимые предпосылки для концентрации производства.
Повышение массовости является основой создания специализированных пред-
приятии и цехов, сосредоточенных на выпуске конструктивно и
технологически однородной продукции или на выполнении технологически
однородных операций. Третьим источником, наиболее трудным для
проведения расчетов, является экономия, получаемая в результате
совершенствования качества организационных решений, в области,
например, управления качеством продукции, подготовки производства,
управления предприятием, повышения безопасности труда и т. п.
Показатели экономической эффективности
стандартизации. При определении народнохозяйственного экономического
эффекта от стандартизации рассматриваются экономические эффекты
в предпроизводственной сфере, в сфере производства и в сфере
эксплуатации.
Годовой экономический эффект от стандартизации представляет
собой абсолютную величину суммарной экономии всех
производственных ресурсов (живого труда, материалов, капитальных вложений),
которую получает народное хозяйство в результате проведения
мероприятий по стандартизации. Этот показатель особое значение имеет
при оценке последствий разработки и внедрения стандартов на
новую технику. Рассчитывается годовой экономический эффект как
разность приведенных затрат по базовому и стандартизуемому варианту
техники.
Приведенные затраты по каждому варианту определяют по формуле
где 5, — себестоимость единицы продукции (работы), руб/1ед.; Е„ —
нормативный коэффициент экономической эффективности
капитальных вложений (Яп = 0,15); К, — показатель удельных
капитальных затрат, руб/кг; ЭД — годовой объем выпуска стандартизуемого
объекта, шт.
Величина Е„ показывает, какую минимальную долю
дополнительного дохода должен обеспечивать каждый рубль капитальных
вложений, чтобы затраты на технику, создаваемую в соответствии с новыми
стандартами (стандартизуемую технику), были эффективны для
народного хозяйства.
При нахождении наиболее рационального варианта стандартизации
техники осуществляют поиск наиболее приемлемого варианта с
минимальной величиной приведенных затрат.
Показатель, обратный Е„, называют нормативным сроком
окупаемости дополнительных капитальных вложений (Гок = —).
Он используется для оценки относительной эффективности
стандартизации. Нормативный срок окупаемости показывает, в течение ка-
386
кого максимально допустимого времени дополнительные капитальные
вложения (точнее, производственные фонды) АК, требуемые для
разработки и внедрения стандарта, должны окупаться за счет экономии от
снижения себестоимости.
Стандарт является эффективным, если расчетный срок окупаемости
Ток меньше нормативного или в крайнем случае равен ему, т. е.
Т < Т
1 ок — 1 ок.н*
Расчетный срок окупаемости для рассматриваемого варианта
стандарта определяется по формуле
ак
т = — -
ок Эуг~(Я,-52)*2
Годовая экономия Эуг от снижения текущих затрат — это разность
себестоимостей ^ и 52 до и после проведения работ по
стандартизации.
Так, расчет годового экономического эффекта Э стандартизации
средств труда долговременного пользования (машины, оборудование,
приборы и т. п.), разрабатываемый с учетом повышения качественных
характеристик (надежность, производительность, материалоемкость,
энергоэкономичность, топливная экономичность и т. п.), проводится
по зависимости
Э =
(51+ед-'"2Л + Ел
*х ^2 + Ея
Л + 5.
{82+ЕпК2) +
N.
где ^1 и ^ — соответственно себестоимость базового и
стандартизованного изделия, руб/шт.; К\ и Кг — капитальные вложения в
производственные фонды соответственно для базового и
стандартизованного изделия, руб/год • шт.; Ш\ и \У2 — соответственно годовая
производительность базового и стандартизованного изделия, единица
производительности/год; 2\ и 2г — соответственно годовые эксплуатационные
1 Индексы 1 и 2 соответствуют значениям показателей базового варианта и варианта,
создаваемого в соответствии с новыми требованиями стандартизации.
25* 387
издержки потребителя при использовании базового и
стандартизованного изделия (в них учитываются только часть работ по
стандартизации, предназначенная на капитальный ремонт, и стандартизационные
отчисления по сопутствующим капитальным вложениям потребителя),
руб/шт. • год; К[ и К\ — соответственно соответствующие
капитальные вложения потребителя (без учета стоимости машины) при
использовании базового и стандартизованного изделия, руб/шт.; Ыг — объем
производства стандартизованного изделия (на расчетный год), шт/год;
Р] и Р2 — доли отчисления от балансовой стоимости на полное
восстановление (реновацию) соответственно базового и стандартизуемого
изделия (коэффициенты реновации):
Р= Е
(1+ЕГ"
где Е — норматив приведения, равный 0,1; Т— срок службы изделия.
В состав приведенных затрат по стандартизуемому изделию Вг
входят предпроизводственные капитальные затраты К„2, включающие
затраты на разработку стандартов на продукцию, расходы на
научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы и освоение
стандартизуемого изделия.
Методы определения экономического эффекта в
сфере опытно-конструкторских р а б о т. В сфере
опытно-конструкторских работ в результате стандартизации экономия в основном
достигается за счет того, что отпадает необходимость в
проектировании ряда стандартных, унифицированных изделий, унифицированных
деталей и узлов.
Основными источниками получения экономического эффекта на
стадии проектирования в результате мероприятий по стандартизации
являются:
уменьшение объема, трудоемкости, стоимости и сроков
выполнения проектно-конструкторских работ в связи с возможностью
повторного использования ранее выпущенных рабочих чертежей и другой
технической документации, а также в связи с использованием
унифицированных технических и организационных решений;
снижение трудоемкости работ за счет применения
классификаторов и систем унифицированной документации;
сокращение расходов вспомогательных материалов и объема
копировальных работ, уменьшение технических архивов и т. п. за счет
сокращения объема чертежей и другой технической документации;
снижение затрат и сокращение цикла работ на переоформление
и переработку чертежей и другой технической документации
вследствие повышения ее стабильности;
388
сокращение времени на согласование и утверждение вновь
выпускаемой технической документации;
унификация методов расчетов и методов проведения испытаний
опытных образцов продукции.
Опытно-конструкторские работы (конструкторская подготовка
производства) являются первой стадией технической подготовки
производства и следуют непосредственно за стадиями научных
исследований.
Целью проведения опытно-конструкторских работ (ОКР) является
создание комплекта конструкторской документации, изготовление
и испытание опытных образцов (партий) продукции. ОКР включает
следующие основные этапы, в выполнении каждого из которых
большую роль играют мероприятия по стандартизации и унификации:
разработка технического задания;
эскизное и техническое проектирование и составление рабочих
чертежей опытного образца;
изготовление, испытания и доводка опытного образца;
составление рабочих чертежей для развернутого серийного или
массового выпуска.
Большое значение для совершенствования всей деятельности
в этой области имеют разработанные и внедренные стандарты Единой
системы конструкторской документации (ЕСКД), Системы разработки
и постановки продукции на производство, а также классификатор
ЕСКД.
Расчет экономического эффекта в сфере ОКР в результате
использования стандартных элементов конструкций, чертежей,
конструктивных решений и т. п. базируется на сравнении общих затрат на
проектирование, опытное производство и испытания продукции до и после
внедрения стандартизации. При этом под затратами до проведения
новых мероприятий по стандартизации понимается величина затрат,
которая имела место, когда конструкторская организация или не
использовала в полной мере всех возможных стандартных конструктивных
решений, или эти решения в связи с пересмотром стандартов
подверглись изменениям.
Выбор базы сравнения при определении эффекта представляет
собой сложную задачу, зачастую связанную с отсутствием прототипов.
В таких случаях может быть применено сопоставление с прототипами
составных частей изделий. Если же на практике осуществить это
невозможно, целесообразно использовать экономико-математические
методы прогнозирования эффективности стандартизуемых изделий.
Таким образом, вопрос выбора базы для сравнения в каждом отдельном
случае необходимо решать индивидуально.
389
Годовая экономия в сфере ОКР может быть определена как
где 5рГ 5р^ — годовые суммарные затраты на проектирование,
опытное производство и испытания изделий до и после стандартизации.
Годовые затраты на ОКР по созданию стандартизуемого изделия
состоят из единовременных (капитальных) и текущих.
Единовременные затраты представляют собой удельную стоимость
производственных (основных и оборотных) фондов конструкторской организации,
приходящуюся на стандартизуемое изделие. Текущие затраты
определяются сметной стоимостью разработки изделия. Таким образом,
экономия приведенных затрат определяется по формуле
Э^5Р1-5Р1) + ЕП(КР[-КР2),
где 5 , 5Л> — годовые текущие затраты конструкторской организации
до и после проведения стандартизации; Кр и Кр — удельная
стоимость производственных фондов конструкторской организации до
и после проведения стандартизации.
Методы расчетов экономической эффективности на
этапе технологической подготовки производства.
Экономический эффект от стандартизации на этапе технологической
подготовки производства (ТПП) во многом определяется проведением
следующих основных мероприятий:
типизацией и стандартизацией технологических процессов;
стандартизацией технологической документации;
стандартизацией средств технологического оснащения (оснастки
и оборудования);
совершенствованием организации ТПП;
автоматизацией работ по ТПП и др.
В результате этих мероприятий повышается эффективность,
сокращается цикл ТПП, создаются лучшие условия для внедрения
механизации и автоматизации, повышения производительности труда и
снижения издержек производства.
Для достижения максимального эффекта от стандартизации в ТПП
в промышленность внедрены постоянно развивающиеся стандарты
Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП),
изделий машиностроения, приборостроения и средств автоматизации,
охватывающие уровни предприятия, объединения, подотрасли, отрасли
народного хозяйства в целом. Поэтому, говоря об эффективности
стандартизации на этапе ТПП, прежде всего необходимо оценивать
результаты совершенствования технологической подготовки производства на
основе ЕСТПП.
390
Расчеты экономической эффективности внедрения ЕСТПП в
процессе ТПП на промышленных предприятиях (объединениях),
подотраслях, отраслях осуществляются в целях достижения оптимального
технико-экономического уровня ТПП конкретного изделия или
изделий с учетом оптимального использования производственных
мощностей предприятий (объединений); использования предприятиями
(объединениями) отраслевых и зональных баз комплектации и проката
стандартных средств технологического оснащения; учета
соответствующего экономического эффекта в плановых и отчетных показателях;
использования конкретными предприятиями фондов типовых
технологических процессов подотрасли, отрасли; специализации и кооперации
проектирования и изготовления средств технологического оснащения;
расчета окупаемости затрат на внедрение ЕСТПП на предприятии
(объединении) или в отрасли, подотрасли; использовании типовых
средств и методов контроля и испытаний продукции на предприятиях
(объединениях) и др.
Выполнять расчеты экономической эффективности необходимо с
учетом получения оптимальности системы ТПП в целом, т. е.
обеспечения народнохозяйственного эффекта.
Суммарный показатель экономической эффективности
совершенствования ТПП на основе внедрения ЕСТПП может быть определен
с учетом сложения результатов расчетов по источникам
экономического эффекта, которых насчитывается более десяти. К этим источникам
относят: внедрение и соблюдение правил организации управления
процессом технологической подготовки производства; внедрение правил
обеспечения технологичности конструкций изделий, внедрение правил
и методических указаний по разработке и применению
технологических процессов и выбору средств технологического оснащения;
внедрение и соблюдение методических указаний и правил проектирования,
изготовления и применения средств технологического оснащения;
соблюдение правил применения технических средств механизации и
автоматизации инженерно-технических работ; внедрение и соблюдение
методических указаний и правил использования типовых средств и
методов контроля и испытаний продукции на предприятиях и
государственных испытательных центрах; внедрение и соблюдение правил
интенсификации использования производственных мощностей
предприятий (объединений); внедрение и соблюдение методических указаний
и правил выбора оптимальных форм организации технологических
процессов; внедрение и соблюдение правил выбора технологических
планировок оборудования; внедрение и соблюдение методических ука-
391
заний и правил разработки технологических нормативов; внедрение
и соблюдение правил применения единой системы технологической
документации.
Каждый источник экономического эффекта может быть
охарактеризован одним или несколькими показателями. Вследствие их
множества остановимся лишь на нескольких из них.
Так, годовой экономический эффект от разработки документации,
нормативов работ по ТПП и графической информационной модели
системы ТПП может быть определен по следующей формуле1:
>.-=Х1>|
>/| м/| Ч\
-Г Ц г
) + ЭтАГшп+глЯ-
лг,
м
где 1ц — трудоемкость /-й операции /-и работы по ТПП, чел/ч; Щ —
заработная плата (основная, дополнительная и отчисления на
социальное страхование) работников управленческого персонала в системе
ТПП, руб; г,; — число реализации по /-й операции у'-й работы, единиц;
Эт — годовой экономический эффект изделий новой техники, по
которой осуществляется ТПП, руб/год; АГТПП — сокращение
продолжительности периода ТПП, лет; Е„ — нормативный коэффициент
экономической эффективности; Н — годовая сумма условно-постоянных
расходов, руб; N— годовой выпуск изделий новой техники, шт.
Годовой экономический эффект унификации и стандартизации ук-
рупненно можно оценить по зависимости
ЭУ.С = ЛГ
где Сп — средняя цена приспособления, руб.; Гос — стойкость
оснастки в единицах выпускаемой продукции.
Годовой экономический эффект от повышения коэффициента
использования материала Эим рассчитывается по формуле
ЭИМ = ЫМЩМ-Ц0)
где М — масса (нетто) изделия, кг; Кп — коэффициент использования
материала; Цм — цена материала, руб/кг; Ц0 — цена отходов, руб/кг.
Годовой экономический эффект от повышения уровня
использования ЭВМ (Ээвм) можно рассчитать по формуле
1 В формулах раздела индексы 1 и 2 определяют значения показателей до и после
внедрения ЕСТПП.
392
ЭЭвм =С„ -КЛС[С.Т. +ЦР(ТХ +Г„)1
где Ср — стоимость проектирования (разработки) без ЭВМ, руб.;
К0.с— коэффициент отнесения стоимости подготовительных работ на
1 руб. стоимости конкретных работ на ЭВМ; Св — стоимость единицы
времени ЭВМ данного типа, руб.; Тв — время проектирования
(разработки) на ЭВМ, ч; Цр — стоимость времени работника, руб.; Тк —
время кодирования информации по данному объекту, ч; Тъв — время
введения информации в ЭВМ и время вывода результата, не совпадающее
с временем основной работы машины.
Пример. Определить экономический эффект применения ЭВМ при проектировании
технологии.
Время, затрачиваемое ЭВМ, значительно меньше, чем время проектирования без
ЭВМ, что обеспечивает общее сокращение затрат, несмотря на высокую стоимость
времени машины и подготовительных работ:
Ср = 25 000 руб.; А"ос = 0,8; Св=150 руб.; Гв=10 ч; Цр = 0,9 руб./ч; Гк = 50 ч;
7... = 0,6 ч.
Подставляя данные в формулу для ЭВМ, получим
Ээвм = 25 000 - 08 [150 • 10 + 0,9 (50 + 0,6)] = 23763,6 руб.
Экономический эффект от применения правил типизации технологических
процессов определяется по формуле
Э„, =
1Еад-^-1Х*Л<Л
ТП*/
♦ЁЁЁс/С^ -^/г)-Ейк7,
где N „ и N „ — соответственно количество единичных ГП и заменяющих их типовых
технологических процессов (ТТП), шт.; Зе, и Зе/ — соответственно стоимость
разработки единичного ТП и средняя стоимость работ по выполнению данной детали в ТТП
и данной группе сложности и серийности, руб.; К1и — единовременные затраты,
приходящиеся на один ТП, руб.; Кт — единовременные затраты на внедрение ТП, руб.;
Зн„ — технологическая себестоимость изготовления данной детали в течение года на
/V/
данной операции, руб.; г — средняя ожидаемая величина числа реализации ТП в году
с учетом конструкторских изменений; / — количество групп сложности деталей и
сборочных единиц (/"= 1, 2, ..., Р); / — количество групп деталей с учетом серийности
производства (/= 1,2, ..., I); / — количество операций в ТП (/ = 1, 2, ..., Г); Еп—
нормативный коэффициент эффективности.
Пример. Определить экономический эффект от применения правил типизации
технологических процессов в механообработке для деталей I группы сложности с
серийностью единичных ТП 50 реализации в год при следующих данных:
N1 = 2000; N2 = 100; 3 = 2,5 руб.; 3 = 0,3 руб.; Еп = 0,12; Ктп = 20; 3^ =3И1Г:;
Кт = 500 руб.
Расчет ведем по формуле для Эпт:
Эпт = 2000 (2,5 - 0,3) - 0,12 ■ 100 • 20 - 0,12 • 500 = 4100 руб.
26 — 4523 393
Экономический эффект от стандартизации в сфере
производства и эксплуатации. Наибольшее влияние
стандартизация в сфере производства оказывает на снижение себестоимости
изготавливаемых изделий. Основные направления снижения
себестоимости в результате стандартизации рассмотрены выше, поэтому можно
перейти непосредственно к методам определения экономического
эффекта от стандартизации при производстве продукции.
Известно, что все текущие расходы в производстве можно
разделить на переменные ^п (стоимость основных материалов, заработная
плата производственных рабочих по сдельным системам и др.) и
условно-постоянные 5уп амортизационные отчисления по
специальным статьям, заработная плата производственных рабочих по
повременным системам и др. В связи с этим себестоимость изделия
5 (руб /шт.) можно определить по формуле
Я = 5П + 5У.П/#Г,
где Л^г — годовая программа выпуска.
С увеличением выпуска изделий в результате стандартизации,
унификации сокращается доля условно-постоянных расходов,
приходящихся на единицу продукции.
Пример. Пусть проводится унификация (стандартизация) сборочной единицы
четырех машин, входящих в унифицированное семейство. При этом исходные данные,
характеризующие каждую машину, соответственно таковы:
5^=200; 5-1К=250; 5^=300; 5^=350; 5^=20000; ^=25000; 5У.И|*= 30000;
5, (1= 35000: Л, = 100: #, = 250; Л^г<= 500; Л^,^ 1000 шт. За базовую примем четвертую
модель. Тогда
5| = 200+^2 = 400; 5, = 250, *™ = 350;
' 100 : 250
5, = 300, *™ = 360; 54 = 350. ^ = 385.
1 500 4 1000
После проведения унификации на базе сборочной единицы четвертой модели ее
годовой объем выпуска возрастает с 1000 до 1850 шт. (1000+ 100 + 250 + 500).
Тогда
54 = 350+^*369.
1850
Следовательно, при унификации обеспечивается снижение себестоимости не только
по сравнению с себестоимостью базового изделия (385 руб.), но и по сравнению со
средней себестоимостью выпуска сборочных единиц:
100-400+250 350+500-360+1000-385 ,„„ я
5 = = 374 руб.
ср 100+250+500+1000
Кроме того, что при проведении стандартизации (унификации) за
394
счет увеличения серийности изделий происходит снижение
трудоемкости и себестоимости машин (приборов), мероприятия по
стандартизации, как правило, вызывают повышение производительности труда,
сокращение основных и оборотных фондов, повышение фондоотдачи,
высвобождение производственных фондов.
В сфере эксплуатации экономический эффект от стандартизации
достигается в результате повышения надежности, долговечности и
качества изделий, улучшения эксплуатационных показателей,
сокращения затрат на ремонт изделий, уменьшения номенклатуры и объема
запасных частей и комплектующих изделий.
В целом ряде случаев стандартизация позволяет ускорить освоение
новой техники, что дает дополнительный, часто весьма существенный
экономический эффект.
Действительно, в связи с тем, что изделия новой техники
поступят к потребителю, в сфере эксплуатации экономия будет
определяться разностью приведенных затрат на эксплуатацию старой и
новой, более экономичной техники. Расчет экономии за счет ускорения
освоения новой техники может быть укрупненно проведен по
формуле (руб.)
Э0 =
'-(ад+2,)- — (ЕтК2+22)
нгх IV,
щмГ2,
Стандартизация и экономия материальных
ресурсов. Применение стандартизации позволяет рациональнее
использовать сырье и материалы, создавать более дешевые и вместе с тем
чрезвычайно разнообразные изделия. Экономия материальных ресурсов
средствами стандартизации — одна из главных задач повышения
качества и технического уровня изделий.
В развитии машиностроения за последние годы трудно найти
пример более быстрого прогресса, чем в области производства и
применения различных материалов. Это объясняется не только появлением
принципиально новых конструкций машин, но и тем, что в серийном
и особенно в массовом производстве стоимость обработки в
результате применения высокопроизводительных методов резко сокращается,
а стоимость материалов достигает 30—60% общей стоимости машин.
Поэтому снижение массы деталей машин и одновременно применение
материалов, имеющих повышенную обрабатываемость, является одной
из основных тенденций в машиностроении. В ряде случаев
уменьшение массы деталей может диктоваться также стремлением не только
уменьшить их стоимость, но и улучшить конструктивные параметры
машин.
26*
395
Значительное повышение качества изделий от экономии
материалов достигается использованием метода комплексной стандартизации,
охватывающей одновременно стандартизацию изделий и
технологических процессов. Эффективность от экономии материалов при
стандартизации изделий делится на непосредственную и косвенную.
Непосредственная эффективность от стандартизации
проявляется через снижение потребности и расходов материалов на
предприятиях, производящих стандартизованную продукцию. Эта
эффективность образуется за счет: использования стандартизованной
продукции металлургической промышленности и предприятий,
изготовляющих изделия общепромышленного применения (материалы,
унифицированные детали, изделия, получаемые по кооперации);
производства непосредственно на данном предприятии
стандартизованных изделий с оптимальными показателями материалоемкости.
При этом эффект от экономии материалов проявляется в снижении
массы изделий, совершенствовании структуры используемых видов
материалов с заменой наиболее дефицитных видов сырья и
материалов, повышении коэффициентов использования материалов, замене
дорогостоящих материалов на менее дорогостоящие.
Косвенная эффективность от экономии материалов за счет
стандартизации изделий проявляется во вспомогательных службах
предприятий (служба материально-технического обеспечения,
складское хозяйство, сбыт и т. д.). В службах материально-технического
обеспечения косвенная эффективность приводит к уменьшению
объема приобретаемых изделий, а также упрощению связей по
кооперативным поставкам, к улучшению использования транспортных средств,
увеличению стабильности поставок, снижению расходов на
обслуживающий и управленческий аппарат. Эти факторы обеспечивают
эффективность в процессе материально-технического производства.
В складском хозяйстве косвенная эффективность проявляется через
уменьшение емкости складских помещений, уменьшение количества
складируемых изделий, снижение запасов.
При сбыте готовой продукции косвенная эффективность
проявляется за счет упрощения реализации готовой стандартизованной
продукции, имеющей более высокие и гарантированные показатели
качества и надежности, а также за счет уменьшения объема оборотных
средств.
Эффективность экономии материалов при стандартизации в
области технологии существенным образом зависит от серийности
производства, уровня стандартизации и унификации изделий. Для
повышения эффективности мероприятий по экономии материалов работа по
комплексной стандартизации изделий должна быть самым тесным об-
396
разом взаимоувязана с программами работ по комплексной
стандартизации в области технологии. Нормативно-техническая документация
должна содержать требования к методам обработки и организации
производства. Непосредственными и косвенными источниками
эффективности стандартизации в области технологии могут быть:
снижение количества используемого материала;
совершенствование сортамента используемых материалов и
сокращение потребления дефицитных и дорогостоящих материалов;
повышение коэффициента использования материалов;
снижение затрат на приобретение материалов;
снижение брака;
снижение расхода вспомогательных материалов;
сокращение длительности производственного цикла изготовления
изделий.
Требования в стандартах, направленные на экономию материалов,
оптимизируют по критериям материально-экономической
эффективности с помощью методов оптимизации. Экономию материалов
обеспечивают требования стандартов, сформированные в результате
следующих основных направлений работ по стандартизации:
внедрение на основе стандартов в практику конструирования
прогрессивных профилей, регламентации в стандартах правил выбора
материалов с помощью ЭВМ, использование типовых программ
оптимизации;
совершенствование номенклатуры используемых материалов путем
оптимизации сортамента металлургического проката, изготовления
проката с отрицательными отклонениями, выработку рекомендаций по
оптимальному раскрою материала и др.;
регламентация в стандартах показателей качества и надежности
изделий, методов контроля обеспечения этих показателей на этапах
процесса производства;
повышение доли применения вторичного сырья и отходов
производства путем установления возможностей замены основных
материалов, разработки методов использования вторичного сырья и отходов,
методов обогащения сырья;
улучшение коррозионной стойкости изделий с помощью
регламентации методов антикоррозионной защиты, методов контроля
коррозионной стойкости, введения прибавки на коррозию.
Экономию материалов на основе требований стандартов оценивают
с помощью следующих укрупненных показателей:
отношения массы изделия к его основному параметру;
397
сравнением на этапах проектирования, разработки технологии
изготовления изделий их материалоемкости с материалоемкостью
аналогичных отечественных и зарубежных изделий.
Эти данные обеспечивают рациональное использование материалов
и являются предпосылкой для разработки технически и экономически
обоснованных норм расхода материалов.
На экономию материала направлены также стандарты,
регламентирующие методы расчета и правила конструирования.
Требования по экономии материалов включают в стандарты при их
разработке и пересмотре на основе регламентации показателей
материалоемкости изделий и рационального использования материалов.
10.2. Экономическое обоснование качества продукции
Актуальная задача повышения качества продукции как важного
фактора интенсификации экономического развития предъявляет более
строгие требования к экономическому обоснованию всех мероприятий,
направленных на повышение качества продукции. Ресурсы общества
в каждый временной интервал ограничены, и их необходимо
использовать с максимальной отдачей. Этой цели и служат расчеты
экономической эффективности хозяйственных мероприятий, в результате
которых из набора возможных направлений повышения качества
продукции всякий раз выбирается тот вариант, который обеспечивает
минимизацию затрат на единицу полезного эффекта. Как недостаточный
уровень качества, так и избыточный оказывают отрицательное
воздействие на экономическое развитие. Поэтому задача заключается в том,
чтобы найти в каждой конкретной хозяйственной ситуации наилучший
вариант. Во всех случаях обеспечение качества продукции связано
с затратами.
Качество продукции должно гарантировать потребителю
удовлетворение его запросов, надежность продукции и экономию затрат. Эти
свойства формируются в процессе всей воспроизводственной
деятельности предприятия, на всех ее этапах и во всех звеньях. Вместе с ними
образуется стоимостная величина продукта, характеризующая эти
свойства — от планирования разработок продукции до ее реализации
и послепроданного обслуживания. Она позволяет конкретизировать
принцип гарантии качества и увидеть, когда, т. е. на каком этапе
деятельности, и где, в каком подразделении, несет ответственность
руководитель, становится ясно, кто отвечает за качество продукции. То,
что подразумевают под гарантиями, есть технические, технологиче-
398
ские, экологические, эргономические, экономические и иные
показатели качества, которые и обеспечивают удовлетворение запросов
потребителя. Эти показатели имеют качественное выражение и включают
в себя плановые, фактические и критериальные качества продукции.
Все этапы деятельности предприятия включают в себя элементы
управления затратами.
Укрупненные затраты, связанные с качеством продукции, можно
разделить на научно-технические, управленческие и
производственные. Научно-технические и управленческие обеспечивают условия
производства качественной продукцией, чем определяют наличие и
величину производственных затрат. В свою очередь производственные
затраты делят на материальные, технические и трудовые.
С целью управления видами затрат различают базовые и
дополнительные затраты. Вне этих затрат рассматривают издержки на брак
и его исправление.
На этапах проектирования, подготовки и освоения производства
целесообразно применение функционально-технологического синтеза
(ФТС). Это метод системного исследования функций отдельного
изделия и технологии производства, ориентированный на повышение
эффективности использования ресурсов. Основными принципами
применения ФТС являются:
функциональный подход к объекту исследования;
системный подход к технологическому анализу объекта и
выполняемых им функций;
исследований функций объекта и их материальных носителей
в жизненном цикле изделий;
соответствие качества и полезности функций продукции затратами
на них;
коллективное творчество.
На основе ФТС с учетом значимости функций изделия и
технологии производства, уровня затрат на создание и эксплуатацию
посредством ценообразования определяется уровень ее рентабельности. Все
это в совокупности служит цели принятия решения о выборе к
производству конкретного изделия или направлений и масштаба его
усовершенствования. Существенную помощь в определении затрат на
качество продукции оказывают методы технического нормирования.
Если предприятие переходит к производству новой продукции,
имевшей ранее аналог по потребительскому назначению к свойствам,
то затраты на качество Зк будут определяться разностью между
затратами на старую Зст и новую 3„ продукцию:
399
Производство новой продукции более высокого качества по
сравнению с заменяемой должно сопровождаться и повышением его
эффективности за счет снижения затрат. Методы расчета
экономической эффективности классифицируются по четырем основным
направлениям.
Первое направление включает в себя применение новых
технологических процессов, механизации и автоматизации производства,
новых способов организации производства и труда,
усовершенствованной технологии, обеспечивающих повышение качества продукции при
одновременной экономии производственных ресурсов, при выпуске
одной и той же продукции. В этом случае расчет годового
экономического эффекта производится по формуле
Э = (3,-30*2.
где Э — годовой экономический эффект ден. ед.; 3\ и 32 —
приведенные затраты единицы продукции (работы), производимой с помощью
базовой (1) и новой (2) техники, ден. ед.; В2 — годовой объем
производства продукции (работы) с помощью новой техники в расчетном
году, нат. ед.
Расчеты снижения себестоимости продукции должны учитывать
только те затраты, которые изменяются в связи с производством и
использованием новой техники.
Если новая техника повышает производительность, одновременно
снижая накладные расходы (цеховые и общезаводские), экономия
отражается прямым счетом на статьях затрат.
В случае, когда новая технология отличается от базовой только
изменением одной или нескольких операций, годовой экономический
эффект рассчитывается с помощью сравнения изменяющихся
элементов затрат на этих операциях.
Второе направление проводимых организационно-технических
мероприятий включает в себя производство и использование новых
средств труда одновременного применения (технологическое
оборудование) с улучшенными качественными характеристиками
(производительность, долговечность, издержки эксплуатации и т. д.).
Третье направление включает в себя производство и использование
новых или усовершенствованных предметов труда, к которым
относятся такие материальные ресурсы, как материалы, сырье, топливо, а
также средства со сроком службы менее одного года.
Четвертое направление проводимых оргтехмероприятий включает
в себя производство и использование новой техники, не имеющей
аналога, а также новой продукции и продукции повышенного качества (с
400
более высокой ценой), разработанной для удовлетворения нужд
населения в этой продукции.
Расчет годового экономического эффекта имеет широкое
применение в практике экономических расчетов. Его величина показывает
общую экономию годовых затрат по сравниваемым вариантам. Методы
расчета величины годового экономического эффекта различаются в
зависимости от показателей, характеризующих объект новой техники
как в сфере производства, так и в сфере использования.
Каждое из рассмотренных четырех направлений внедрения в
производство инновационных достижений в области научно-технического
прогресса имеет свою специфику, которая и учитывается в расчете
показателя годового экономического эффекта.
Наряду с другими показателями годовой экономический эффект
является одним из основных элементов расчета экономической
эффективности капитальных вложений и новой техники.
В качестве показателей эффективности достаточно широко
применяют систему показателей рентабельности, исчисляемых как
отношение в общем виде прибыли к затратам. Причем в зависимости от
целей исследования числитель и знаменатель этой дроби могут быть
детализированы, что в свою очередь позволяет провести расчет
показателя рентабельности, на базе которого была осуществлена детализация.
10.3. Экономическая эффективность новой продукции
В условиях жесткой конкуренции существенно возрастают
требования к эффективности использования продукций за счет повышения
качества и экономичности. Продукция должна быть
конкурентоспособной, обладать необходимыми потребительскими свойствами, а для
выхода на внешний рынок — сертифицированной. В условиях
свободного ценообразования рыночной экономики оценка экономической
эффективности качества проводится по двум признакам — состоянию
качества конструкции и технологического процесса изготовления
(инфляционные процессы исключаются). Оценка строится по изменению
интенсивности функции полезности Р9 принятой за критерий
экономической эффективности с ценой Р от продаж и себестоимости изделий
Р — С
за планируемое время их выпуска, Г (рис 10.1), Р = .
Как видно из рис. 10.1, та часть ординат, которая заключена между
кривой стоимости С и ценовой кривой Р изделия и ограниченная
точками ^\ и (?2, отражает рентабельность производства и является
основанием для повышения качества изделий на производстве. Точка
наибольшего отдаления ^^ определяет прибыль, соответствующую опти-
401
Качество
конструкции
Рис. 10.1. Экономическая эффективность конструкции
мальному качеству. Определение прибыли с учетом качества всегда
остается в кругу вопросов стратегии и тактики производства,
определяет целесообразность его автоматизации и выпуска изделия с учетом
технического состояния конструкции.
Оценка по состоянию конструкции изделия осуществляется в двух
вариантах: без учета и с учетом возможного морального старения изделия.
Без учета морального старения цена Р будет Р =рЫ9 где р —
ожидаемая цена одного нового изделия; определяется по относительному
уровню цен с предшествующими аналогами изделий и техническому
уровню продукции; N— партия изделий;
где АГо — качество аналога конструкции изделия с известной ценой Р0
и единичным показателем качества ЯАГ0; К0 — качество и единичный
показатель новой конструкции ПК/. Из расчета технического уровня
получено
/ Лш^Ц 4-^ ',/ ЦТ
Тогда
Г? — ^0 ^0
1 I •
С учетом морального старения, приводящего к существенному
уменьшению цены изделия во времени, Р вычисляется по формуле
402
р = ^Т^ Ро е-«о (1 + е- -2«т -("-Оат)
1 к{) пк„ к '9
где еа — коэффициент морального старения за единицу времени (т. е.
цена уменьшается в еа раз за единицу времени); х — среднее время
продажи одного изделия, а т0 — отрезок времени от момента расчета
коэффициента К до момента продажи первой единицы нового изделия.
После суммирования профессии получается формула
„ */ ПК, п
Л = ——'-Ров
К()ПКП 1-е""
Коэффициент старения еа приближенно оценивается по данным
о цене.
Пусть Ро — цена единицы старого изделия в момент расчета; Р^т) —
цена за т единиц времени до момента расчета. Тогда Р0 = Р(т)е~ат,
откуда
е =
р
Если конструкция изделия не меняется, а совершенствуется
только технологический процесс изготовления, то при Р = Р0 = сопз*
получаем
Т
Желательное увеличение Р может быть достигнуто за счет
уменьшения С и Г.
Величина себестоимости продукции С определяется совокупным
набором факторов на этапах создания изделия от затрат на
конструирование до затрат на производство. Каждый из факторов в наборе
влияет не только в границах своего этапа создания, но и опосредованно
в другой. Поэтому точную дифференциальную экономическую оценку
качества поэтапно дать трудно, к тому же она осложняется
появлением других сопутствующих затрат в сборке.
В этой ситуации для оценки функции себестоимости,
изображенной на рис. 10.1, можно провести ее интерполяцию по набору
отдельных значений, полученных для различных показателей качества и
точности. При этом гладкую аппроксимацию графика кривой в целом
удобно построить на основе кубического сплайна
же)=/, о - 0+г л - еа - ош - еж, + о+о)мм у,? / &,
403
Значения производных Л/, находятся из равенств первых
производных во внутренних узлах интерполяции
5'(й, + °) = (/"« -/,)/Л/ -<2А/, + Л/„№ /6,
5Щ -0) = (/; -/М)/Лм + (Л/М + 2Л/,.)АМ /6
и с условиями вида Мо = Л/л/ = 0.
Выписанные условия приводят нас к линейной системе с
диагональным преобладанием вида
С Начало ^
ввод набора значений цен р и
себестоимостей с.
Построение кубической сплайн-аппроксимации для функций
цены Р(О) и себестоимости С(0) по наборам значений р и Су
Отыскание критических точек пересечения 01 и 0&
используя итерационный метод золотого сечения
Задание целевой функции и ограничений для поиска
оптимального показателя прибыли
тах{(Р(0) - С(О) \ 01 < О <02}
I
Формирование вектора -градиента и матрицы вторых
производных для целевой функции 1(х) - Р(0) - С(0)
Отыскание оптимального показателя качества 00,
используя итерационный процесс метода Ньютона
Вывод характерных точек графиков
Р(О), С(О): 0„ О* О0
( Конец )
Рис. 10.2. Алгоритмическая модель экономической эффективности конструкции
404
Для аппроксимации себестоимости и цены можно решить задачу
оптимизации прибыли
Пр" = тах(/>(0 - С(0» * тах(Р(0 - 5(0)).
Для решения этой задачи оптимизации с использованием
численных методов можно отыскать критические точки ^\ и ^2 в узлах
пересечения кривых, а также оптимальный показатель качества 2о>
соответствующий наибольшей прибыли. Алгоритм анализа экономической
эффективности конструкции представлен на рис. 10.2.
Контрольные вопросы
1. В чем состоит содержание принципа проведения оценки экономической
эффективности стандартизации?
2. Какие выделяют виды экономической эффективности в зависимости от ее оценки?
3. Назовите источники получения экономического эффекта в результате проведения
работ по стандартизации.
4. В каких сферах определяется экономический эффект от стандартизации?
Поясните каждую сферу.
5. Как рассчитывается годовой экономический эффект от стандартизации?
6. Какими методами определяют экономический эффект в сфере
опытно-конструкторских работ?
7. От каких источников получают экономический эффект на стадии
проектирования? Как проводится расчет экономического эффекта в сфере опытно-конструкторских
работ (ОКР)?
8. Какими методами рассчитывают экономическую эффективность на этапе I
технологической подготовки производства (ТПП)? Показать расчет годового экономического
эффекта от разработки методической документации ТПП.
9. Как рассчитывается годовой экономический эффект унификации и
стандартизации? Раскрыть влияние повышения уровня использования ЭВМ на изменение годового
экономического эффекта.
10. Какой экономический эффект достигается от стандартизации в сфере
производства и эксплуатации? Пояснить эффект расчетом.
11. Какие затраты существенно влияют на экономику качества продукции?
12. В чем состоят методические преимущества функционально-технологического
синтеза в оценке экономики качества промышленной продукции на стадии создания?
13. По каким направлениям классифицируются методы расчета экономической
эффективности?
14. Какую оценку экономической эффективности качества продукции проводят
в условиях свободного ценообразования в условиях рыночной экономики?
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Адаптация — приспособление системы к фактическим условиям.
Аккредитация — официальное признание того, что испытательная лаборатория
осуществляет конкретные испытания или конкретные типы испытаний.
Это определение введено руководством ИСО/МЭК 2-1983 «Общие термины и
определения в области стандартизации и смежных видов деятельности».
Аккредитованная лаборатория — испытательная лаборатория, прошедшая
аккредитацию.
Аккредитующий орган — орган, который управляет системой аккредитации и
проводит аккредитацию организаций, являющихся объектами аккредитации.
Аттестат аккредитации — документ, выданный аккредитующим органом и
регистрирующий факт официального признания компетентности организации в определенной
области деятельности.
Алгоритмизация процессов — описание процессов на языке математических
символов для получения алгоритма, отображающего элементарные акты процесса, их
последовательность и взаимосвязь. Алгоритмы, получающиеся путем алгоритмизации
процессов, предназначаются, как правило, для реализации на ЭВМ.
Анализ размерностей — метод установления связи между физическими
величинами, существенными для изучаемого явления, основанный на рассмотрении размерностей
этих величин. В основе анализа размерностей лежит требование, согласно которому
управление, выражающее искомую связь, должно оставаться справедливым при любом
изменении единиц входящих в него величин. Это требование совпадает с требованием
равенства размерностей в левой и правой частях уравнения.
Аудит — проверка соблюдения (выполнения) правовых норм.
Безопасность — отсутствие недопустимого риска, связанного с возможностью
нанесения ущерба.
Введение классификатора — комплекс работ, направленных на своевременное
внесение изменений во все документы с ним связанные, доведение этих изменений до
пользователей. Работы по ведению координирует Госстандарт РФ.
Взаимозаменяемость — это свойство элемента (детали, сборочной единицы),
обеспечивающее возможность его применения вместо другого с одинаковыми параметрами
без дополнительной обработки с сохранением заданного качества изделия, в состав
которого оно входит.
Генезис — происхождение, возникновение; процесс образования.
Государственный реестр систем сертификации — официальный перечень
зарегистрированных систем сертификации.
Декларация о соответствии — декларация поставщика о том, что продукция,
процесс или услуга соответствуют конкретному стандарту или другому нормативному
документу.
Защита продукта — сохранность продукции в условиях воздействия
климатических или других неблагоприятных факторов при ее использовании, транспортировке или
хранении.
Заявитель — предприятие либо организация, обратившиеся с заявкой на
проведение аккредитации или сертификации.
406
Закон соответствия — зарегистрированный в законодательном порядке
сертификационный знак, используемый согласно порядку сертификации третьей стороной для
продукции (услуги), находящейся в полном соответствии с требованиями нормативного
документа, применяемого при сертификации.
Идентификация — процедура, посредством которой устанавливается соответствие
продукции требованиям, которые предъявляются к ней в нормативных или
информационных документах.
Измерительная техника — совокупность технических средств и методик
проведения измерения. Измерения, относящиеся к измерениям линейных, угловых, радиусных
величин, называются техническими измерениями.
Интерполяция сплайном — отыскание промежуточных значений величины с
использованием методики моделирования с расширенной информацией, существенно
улучшающей достоверность и надежность исследования. Предназначается для
использования ЭВМ.
Информация — сведения, знания, сообщения, которые содержат элементы новизны
для их получателя и используются в процессе принятия решения.
Классификатор — систематизированный свод наименований классификационных
классов, подклассов, видов и их кодовых обозначений. Для идентификации объектов
и использования в качестве единого языка общения производителей и потребителей
продукции и услуг вводят кодирование технико-экономической информации.
Комплекс — совокупность объектов стандартизации, составляющих одно целое.
Качество — совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность
удовлетворять определенным потребностям в соответствии с ее назначением. Эти
свойства делят на свойства потребительские, основной и вспомогательной функции изделия.
Квалификационные испытания — метод оценки работы лаборатории путем
проведения параллельных таких же испытаний в другой аналогичной лаборатории
(межлабораторных испытаний).
Консенсус — согласие, характеризующееся отсутствием возражений по
существенным вопросам в процессе принятия нормативного документа (стандарта) у большинства
заинтересованных сторон. Консенсус не предполагает полного единодушия.
Кибернетическая система — система, состоящая из множества взаимосвязанных
объектов, способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также
обмениваться ею.
Квалиметрия — научная область, объединяющая количественные методы
оценки качества, используемые для обоснования решений, принимаемых при управлении
качеством продукции и стандартизации. Основные задачи квалиметрии —
определить номенклатуру необходимых показателей качества изделий и их оптимальные
значения.
Контролирующий орган (для сертификации) — орган, осуществляющий по
поручению органа по сертификации инспектирующую деятельность.
Контроль технический — проверка соответствия продукции или процесса, от
которого зависит качество продукции, установленным техническим условиям.
Критерий — основа оценки эффективности стандартизации, позволяющая избежать
субъективных подходов.
Критерии аккредитации — требования, используемые аккредитирующим органом,
которым должна отвечать организация, чтобы быть аккредитованной.
Концепция — система взглядов в явлениях стандартизации.
Лицензия (для стандартизации) (сертификационная лицензия) — документ,
изданный в соответствии с правилами системы сертификации, посредством которого орган
407
по сертификации наделяет лицо или орган правом использовать сертификаты или знаки
соответствия для своей продукции, процессов или услуг согласно правилам
соответствующей системы сертификации.
Маркетинговые исследования — систематическое определение данных,
необходимых для анализа и решения, стоящих перед организацией задач, сбор информации, ее
изучение, обработка и представление результатов.
Метод — логическая основа способа действия, основывающаяся на осознанном
применении определенных правил в достижении цели стандартизации, измерений,
испытаний.
Метод измерений — сочетание принципов и средств измерений, соответствующих
выбранному принципу.
Метод испытаний — установленные технические правила проведения испытаний.
Математическое моделирование — конкретное отражение процессов
управления или стандартизации от момента абстрагирования до внедрения полученных
знаний в практику. Оно предназначено для изучения структуры и функционирования,
прогнозирования, оптимизации параметров изделия, теоретическое и
экспериментальное исследование которых традиционными методами затруднено или
невозможно. При математическом явлении имеют дело не с самим явлением, а с моделью,
выражающей в математической форме основные закономерности, которым она
подчиняется.
Математическая статистика — раздел математики, посвященный математическим
методам систематизации, обработки и использования статистических данных для
научных и практических выводов. В стандартизации и сертификации часто применяют
статистические методы оценки качества. Для этого созданы многочисленные стандарты —
отечественные и международные ИСО. Широко используется в процессах управления
производством.
Надежность — вероятность того, что изделие будет выполнять свои функции в
соответствии с заданными требованиями в намеченный период времени при определенных
условиях. Надежность является одним из аспектов качества, представляет качество во
времени. Она является сложным свойством, состоящим из сочетаний свойств —
безотказности, долговечности, ремонтопригодности.
Нормативный документ .— документ, в котором изложены установленные в
процессе стандартизации правила, принципы, характеристики, касающиеся различных видов
деятельности или их результатов, доступные широкому кругу заинтересованных в нем
пользователей.
Надзор за качеством — непрерывное наблюдение и проверка процедур, методов,
процессов, продукции, анализ результатов с целью соблюдения требований к их
качеству. Он может осуществляться заказчиком или от его имени и имеет целью проверку
выполнения договорных обязательств.
Обеспечение качества — совокупность планируемых и систематически
осуществляемых процессов, процедур, операций и отдельных мероприятий, необходимых
для подтверждения того, что продукция удовлетворяет определенным требованиям
к качеству.
Орган по аккредитации (лабораторий) — орган, который управляет системой
аккредитации лабораторий и проводит аккредитацию.
Орган по сертификации — орган, проводящий сертификацию соответствия.
Охрана окружающей среды — защита среды обитания от неблагоприятного
воздействия продукции, процессов и услуг.
408
Оценка соответствия — любая процедура, прямо или косвенно используемая для
определения соответствия продукции требованиям технических регламентов или
стандартов. Наиболее часто соответствие подтверждается сертификацией. К процедуре
оценки соответствия могут быть отнесены: отбор проб, испытания, контроль, регистрация,
аккредитация, утверждение (принятие), а также их сочетание.
Область аккредитации — один вид работы или несколько видов, на выполнение
которых аккредитована конкретная организация.
Оптимизация требований стандартов связана с оптимизацией объектов
стандартизации и для ее реализации применяют методы оптимизации параметров объектов
стандартизации (ПОС). Важность проведения оптимизации для народного хозяйства
определила целесообразность выделения ее методов в отдельную систему — систему
оптимизации параметров объектов стандартизации (СОПОС).
Объект стандартизации в машиностроении — обычно называют предмет
стандартизации на промышленную продукцию, технические условия, качество продукции,
моделирование функциональных структур, технические объекты, для которых
разрабатывают стандарты, те или иные требования, характеристики, параметры, правила и т.п.
Петля качества — схематическая модель взаимозависимых видов деятельности,
влияющих на качество продукции (услуги) на всех стадиях жизненного цикла — от
определения потребности и проектирования до утилизации.
Поставщик — сторона, несущая ответственность за продукцию, процесс или
услугу и способная продемонстрировать свои возможности по обеспечению качества. Это
определение применимо к изготовителям, оптовикам, импортерам, монтажным
организациям, службам сервиса и т. д.
Потребитель — получатель продукции, предоставляемой поставщиком.
Программа качества — документ, регламентирующий конкретные меры в области
качества, распределение ресурсов и последовательность действий, относящихся к
конкретной продукции.
Проверка (лаборатории) на качество проведения испытаний — установление
способности данной лаборатории проводить испытания посредством межлабораторных
сравнительных испытаний.
Протокол испытаний — документ, содержащий результаты испытаний и другую
информацию, относящуюся к испытаниям.
Подобия теории — учение об условиях подобия физических явлений. Теория
подобия опирается на учение о размерностях физических величин и служит основой
математического моделирования. Предметом действия является установление подобия
критериев различных физических явлений и изучение с помощью этих критериев свойств самих
явлений. Размерные физические параметры, входящие в критерии подобия, могут
принимать для подобных систем сильно различающиеся значения; одинаковыми должны
быть лишь безразмерные критерии подобия. Это свойство подобных систем и составляет
основу моделирования.
Прогноз — обоснованное суждение о возможных состояниях объекта или процесса
в будущем или об альтернативных путях и сроках достижения этих состояний.
Сертификат соответствия — документ, изданный в соответствии с правилами
системы сертификации. Подтверждает полное соответствие продукции, процесса или
услуги конкретному стандарту или другому нормативному документу.
Система аккредитации (лабораторий) — система, располагающая собственными
правилами процедуры и управления для осуществления аккредитации лабораторий. При
аккредитации удостоверяется техническая компетентность испытательной лаборатории
в обеспечении и проведении испытаний.
27-4523 409
Система управления качеством продукции — совокупность управляющих
органов и объектов управления, взаимодействующих с помощью материально-технических
и информационных средств при управлении качеством продукции.
Стандартизация и сертификация — состоит во взаимосвязи их действий.
Стандартизация устанавливает требования к объекту, а сертификация определяет
соответствие объекта этим требованиям. Комплекс документов системы сертификации ГОСТ
Р состоит из четырех групп: общесистемные положения, сертификация продукции,
сертификация услуг, сертификация систем качества и производств. Каждая группа
документов содержит основополагающие документы и документы, развивающие их отдельные
положения.
Стандарт применения — охватывает следующие основные виды работ: разработка
изделий и товаров с назначением показателей качества и технические условия; разработка
производств, изготовление, монтаж и эксплуатация; сертификация; аттестация рабочих мест;
экспертиза контрактов; авторский надзор; лицензирование; типизация; нормализация.
Стандарт разработки — включает факторы: причина разработки, участники
разработки, технический уровень требований, процедура разработки, методы классификации
объектов, авторские права разработчика стандарта.
Система сертификации — система, располагающая собственными правилами
процедуры проведения сертификации соответствия и управления им.
Система управления качеством окружающей среды — часть общей системы
управления, которая включает организационную структуру, деятельность по
планированию, распределению ответственности, практическую работу, процедуры, процессы и
ресурсы для разработки, внедрения, достижения целей, оценки достигнутого в рамках
реализации экологической политики.
Сертификационный центр — юридическое лицо, уполномоченное одновременно
выполнять функции органа по сертификации и испытательной лаборатории.
Системный подход — направление методологии специально-научного познания
и социальной практики, в основе которых лежит исследование объектов как систем.
Методологическая специфика системного подхода определяется тем, что он ориентирует
исследование на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих ее механизмов, на
выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведения их в единую
теоретическую картину.
Стандартизация отклонений поверхностей деталей машин — распространяется
на точность расположения и точность составляющих рельефа поверхности
(шероховатость поверхности, волнистость поверхности, отклонения формы). Отклонения
составляющих рельефа поверхности условно характеризуют отношением шага Р к высоте
рельефа, т. е. Р/К. из них шероховатость поверхности (микрогеометрия) — Р/К < 50;
волнистость поверхности — 50 < Р/К < 1000; отклонения формы (макрогеометрия) —
Р/К> 1000.
Система стандартизации — множество элементов, находящихся в отношениях
и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство.
Исследование и конструирование систем проводится в рамках системного подхода.
Система техническая — комплекс, отражающий преобразования и связи объекта
стандартизации на основе энергии, массы и информации. Свойства системы
устанавливаются в процессе стандартизации с учетом ее предмета (сферы).
Совокупность — множество элементов, сгруппированных с учетом поставленной
цели стандартизации.
Уровень развития научно-технического прогресса — результат обобщенных
достижений науки, техники и практического опыта применительно к продукции, процессам,
услугам в определенной области.
410
Управление качеством — методы и виды деятельности оперативного характера,
используемые для выполнения требований к качеству. Термин введен стандартом
ИСО8402.
Фактор стандартизации — причина, определяющая состояние системы
стандартизации и условия деловой деятельности.
Функциональный анализ — подчинен основной задаче — предварительному
определению параметров по заданным показателям качества исходя из рассмотрения
физического принципа работы изделия и рационального технического решения. Используя
методы функционального анализа и прогнозирования, составляют математические
модели функционирования и устанавливают различие между расчетным и заданным
показателями качества [3]. В построение математических моделей функционирования главное
внимание обращается на методологию применения методов функционального анализа.
Стараются применять методы функционального анализа в их наиболее чистом, простом
и фундаментальном виде.
Экономическая эффективность — соотношение экономических результатов
функционирования системы и произведенных для их получения и использования затрат.
Экспликация — перевод интуитивных представлений об объектах стандартизации
в ранг строгих математических понятий.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Автоматизированный поиск допусков и
посадок в системе гладких цилиндрических соединений ИСО
СГпк Соттоп;
1п1егГаое
РипсИоп СЬо1се№11арВоо1еап;
РипсИоп СЬо1се2агог:Воо1еап;
РипсИоп СпсисеРегепоё:Воо1еап;
ипр1етепШюп
и$е$ ОЪдеси, АррСопй;
РгосЫиге КстСоНесИопз;
Верп
01у_Ргес1росЬ__Ро8аака:-Не^(РСо11ес110п, 1тЦ10, 5));
01\_Кесотепа_Ро$аака: = Ыс\у(РСо11есйоп, 1ш1(10, 5));
01у_УоапогЬ__Ро5аака:=Ые^(РСо11ос110п, 1ш1(10, 5));
УаЛ__Рге(5росЬ_-Ро$аака:=* ^ъ^РСоПесйоп, 1ш1(10, 5));
Уа1_кссотсп<1_Р08адка:»Ке^(РСо11ес11оп, 1ш1(10, 5));
Уа1_Уодпогп—Ро$а<1ка:« №*(РСоНесйоп, 1ш^!0, 5));
Епё;
Ргоседиге 01$ро$еСо11ес1юп$;
Верп
01$ро&е(0(у РгейросЬ-—Ро$а<1ка, Бопе);
ОСУ—РгейросЬ—Розаёка:=ш1;
О1$ро$е(01у_Кесотепй Ро$а4ка, Оопс);
01у Яесотепй Ро$айка:=ш1;
1>1$ро&е(01у УояпогЬ Ро$а4ка, Эопе);
01у_Уогтогп_Ро$а<!ка: =ш1;
01$роке(Уа1—Ргес1росп_Ро5а<1ка, Иопе);
Уа1 Ргедросп—Ро$а4ка:=ш1;
Э1$ро$е(Уа] Кесотепё__Ро$адка, Бопе);
Уа1_-Лесотепд__Ро$а<1ка: — ш1;
01$ро$е(Уа1 УояпогЬ Рошйка, Бете);
Уа1 Уоппогп ^оааёка: =т1;
Епй;
РгосЫиге ^п1е1Ро$аака(Уаг ^РИе: Р81гис1; Ро$ас1каСо1: РСоИесиоп; ТШе: 81лпв);
Уаг к 1п1е8ег; 80: Р81гОЬ)ес1;
Верп
>УИЬ >УРПе Эо
Верп >Уп1еЬп(Р, ТШе); >Уп1еЬп(Р, "); Р812е:«Р81ге + 2;
1Г Ро$а4каСо11л.Соип1=0
Тпеп
412
Вест ^гпе1л(Р, 'Отсутствуют/); Р5йи:-Р8юе+1; Епд
Е1к
Роп:»1 То РоаадкаСо1Г.Соип1 Оо
80:~РомдкаСо1ГА1(---1); \Уп1еЬп(Р, $6.5); Р8ие:»Р$.2е + 1; Епд;
Шп1еЬп(Р,' '); ^л1еЬп(Р, ");
Р$12е:«Р&ге+2;
Вид;
Епд;
Ртоседиге ^п1еТШеТоР|1еЫаИа8(Уаг ОТИе: РЗйчнЛ);
Верп
Л^11Ь \УР1к Оо
Верп
^п1*Ьп(Р,' ♦♦♦РАСЧЕТ ПОСАДОК С НАТЯГОМ"*); ^гкеЬп(Р, ");
^НЫлГР,' 0;
^гпеЬп(Р, 'Исходные данные: 7;
^Н1е1л(Р, ТЧМт:', ММга:5:0, 'мжм., .ММах»', 1>1Мах:5:0, 'мжм., ОО-', N00:5:0,
' О;
>Угйе1л(Р,' 0; ^п!еЬп(Р,");
Р$12е:«Р81ге+7;
Епд;
Еш1;
Ртоседиге ^гпеТШеТоРие2а2ог(Уаг ^РИе: Р81гис1);
Верп
ТОШ игРНе Оо
Верп
ММеЬпСР,' ♦♦РАСЧЕТ ПОСАДОК С ЗАЗОРОМ"^; ^п1еЬп(Р, ");
Шп1еЬпГР,' Ъ
>Уп1еЬп(Р, 'Исходные данные: 7;
ОДйЩР, /8Мт=/, 5Мт:5:0, «мжм., 8Мах«', 5Мах:5:0, 'мжм., О0«', 500:5:0,
'мм/);
^гйеЬпГР,' 0; >^п1еЬп(Р, ");
Р$12е:»Р81ге+7;
Епд;
Епд;
Ртоседиге ^пиТккТоРиеРегепод(Уаг ОТИе: Р$(гис*);
Вент
ТОЛ ШР1к Оо
МГгнеЬп(Р,' ♦♦♦РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЬОС ПОСАДОКф"7; ^п1еЬп(Р, ");
\Уп*еЬп(Р,' 75
^п1еЬп(Р, 'Исходные данные:'); \Уп1еЬп(Р, *О0«', РО0:5:0, 'мм.7;
^п1еЬп(Р,' 7; ^гпе1л(Р, '7;
Р$12е:«*Р8.ге+7;
Епд;
Епд;
Ртоседиге Ореп№пРИе(Уаг >УРИе:Р81гис1);
Верп
ТОШ \УРУе Оо
Верп
Ргее:~РаЬе; Р8ке:=0; А$яр1(Р, РЫате); Яе*п1е(Р);
Епд;
Епд;
413
Ргосеёиге ^гкеСо11ТоРйе(Уаг \ЮРИе: Р81гис1);
Верп
ТО1Ь >УРИе Бо
Верп
АУп1еЬп(Р, 'СИСТЕМА ОТВЕРСТИЯ'); ^п!еЬп(Р, ");
Р812е: = Р812е+2;
1Г ЭоРоаЫе
ТЬеп
^пЫРозаёка^РИе, ау_Уо2тогп_Ро5ас1ка1 'ВОЗМОЖНЫЕ ПОСАДКИ');
УУп1е1Ро$аака(УУрае, 01у__аесотепс1_Ро5ас1ка, 'РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПОСАД-
ЮГ);
>Уп1е1Ро8ас1ка(УУрае, Огу__Рге<1росЬ_^о5а<1ка, 'ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ
ПОСАДКИ');
\Уп1е1л1(Р, ' '-);
\Уп1еЬп(Р, "); УУп1еЬп(Р, "); Р812е: = Р81ге + 3;
УУл1еЬп(Р, 'СИСТЕМА ВАЛАО; >^п1сЬп(Р, ");
Р812е:=Р81*е+2;
1Г ОоРо551Ыс
ТЬеп
^п1с1Ро8а<1каОУР11с, Уа1_Уоапо2п_^>о8а(1ка, 'ВОЗМОЖНЫЕ ПОСАДКИ');
>Уп1е1Ро$а<1ка(УУР11е, Уа1_Яесотеш1_Ро$а<1ка, 'РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПОСАД-
КИО;
^п1е1Ро&а<1ка(УУР11е, Уа1_Ргес1росп_Ро$а<1ка, 'ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ
ПОСАДКИ');
^г!1еЬп(Р,' У%
Р81ге: = Р81ге + 2; С1о$с(Р);
Еп4;
Епё;
Росеёиге \Уп1еР11еТоУ1еш(Уаг ^РУе:Р81гис1);
Уаг \у8: 8*пп&
Верп
>УкЬ >УРПе Ио
Верп А551вд(Р, Р>1ате); Кезе*(Р);
УУЫ1е по1 ЕоГ(Р) Ро
Верп КеааЬп(Р, *Я); р11еСо1Г.1п8еЛ(Мелу(Р81гОЬзес1, 1ш1(1у8))); Епд;
С1о$е(Р);
Епа4;
Епа;
РгосесЫге МакеТех1(Е>о01у: Воо1еап; Уаг то, то1: 81ппв);
Верп
1Г Бо01у
ТЬеп Верп >у$: = 'отверстие'; то1:='вал'; Епд
Е1$е Верп \У51:=* 'отверстие'; то: ='вал'; Еп<1;
Епд;
Ргосеёиге Рт<ИлпеКит(Е>0; Яеа1; Уаг II, 12:1п1е^ег);
Уаг I: 1п1евег;
Верп
Рог1: = 1 То25Эо
1ГО0<=Ц1]
ТЬеп Верп И:=1; Вгеак; Еп<1;
Рог1: = 1 То 13 Эо
1ГО0<=Мр]
ТЬеп Верп 12: =1; Вгеак; Епс1;
Епс1;
414
Ргосеёиге Ргш13000(1)оО1у: Воокап; Тепп, II, 17, 20, У 1п1еяег; Е1, Е2: Кеа1;
УоапогЬ—Ро$а4ка, Кесотепй Ровайка, ' РтейпосЬ—Ровадка:
РСоИесйоп);
Уаг 8, 80, 81, 82, *г$, то1: 81ппя; *Т: 1п1ееег;
Верп
МаксТех1(Оо01у, ад, >у$1);
1ГТепп»1 ТЬеп «гТ: = 6Е1$е **:=0;
81г(17:2, 81); 81г(17+20:2, 82); й-Н'+Я+'-'+Хр+г/П+ВД 8*(Е1:5:0, 81);
80:»'Отклонения: '+то+'0-'+81 +'; -';
81гСГегт*ВР1,1]:5, 81); 8й-СГегт*(Вр1,Л+Е2):5:0, 82);
80* = 80+ад1 +81 + 4—'+82*
1Г(17>8) Ог (17<5) ог (Ср*(17-4)+20,1+*Г]«0)
ТЬеп
Верп
Уоапо2й__^о8а(1каМп$еЛ(Ке^(Р51ЮУес1,1ш1(8)));
УогтоА__Ро$аДкаМп5ет1^е™(Р8иОУес1э 1пк(80))); ЕхИ;
Епд;
И^2Ч17-4)+20,1+*Т1 = 1
ТЬеп
Веет
Яесотеп(1_^о$аакаА.1п$еПГКе^(Р81гОЬ)ес1,1шЧ(8)));
Кесотепё__Ро8а|1каж.1п5ег1(Ме^(Р81г0^ес1,1пк(80))); Ехк;
Епд;
Рг«1росЬ^^Рс»аакаМп5егг(Ыелу(Р51г0^ес1,1пк(8)));
Рг«1росЬи_Ро5адкаА.1п8еп(Ые^(Р81гОЬ)ес1,1пт1(80)));
Епд;
Ргосейиге Рпп13050(1>оО1у: Воокап; Тепп, И, 17, 20, У. 1п1еяег; Е1, Е2, Р7: Кеа1;
УояпогЬ Розаёка, Кесотепс1__Ро$а4ка, Ргеёросп_Ро$а4ка:
РСо11ес1юп);
Уаг 8, 80, 81, 82, ад, ад1: 81гте; *Т: 1п1едег;
Верп
МакеТех1(ОоО(у, ад, ад1);
1ГТепп«1
ТЬеп Верп *Т:=6, 81г(17:2, 81); &г(17+20:2, 82); Епа*
Е1$е Верп \*:=0; 81г(17+20:2, 81); 8<г(17:2, 82); Вш1;
8:=УР+>уТ]+82+'-Ь'+81; 81г(Е1:5:0, 81);
80:= Отклонения: ' + **+81 +'-а+';'; 81г(Тегт*(-ВР1,Л+Р7 + Е2):5:0, 81);
81г(ГегтЧ - ВЩД]+Р7):5:0, 82); 80: - 80+ад1 + 81 +' -' + 82;
1Г(17>7) Ог (17<4) ог (Р[2*(17-3)-20,1+*гТ]~0)
ТЬеп
Верп
Уоппо2Ь_Ро$а|1каМп$ег1(Ме^(Р8иОЬ)ес1,1пй(8)));
Уогто2П__Ро$аакаМп8ег1(Ме^(Р81гОЬзес1,1шЧ(80))); Ехк;
Епй;
1ГР[2*(17-3)-2М + *Т] = 1
ТЬеп
Верп
Кесотепё_Ро8а<1каМп8ег1^е^(Р8пЮЫес1,1ш1(8)));
Кесотепё_Ро5аакаМп8ег1СМе^(Р81гОЪ]ес1,1шЧ(80))); ЕхИ;
Епд;
Ргео,росп>-_Ро8а(1каМпяег10Че^(Р81гОЬ]ес1,1пк(8)));
РгедросЬ Ро&аёкаМп8ег1^е^(Р8й-ОЬзес1,1ш1(80)));
Епд;
Рипкс1юп СЬо1се№иав: Воо1еап;
ЬаЪе! 1410, 1505, 1550, 1580, 1615, 1630, 1645, 2680;
Уаг 20, I, 11, 12, 17, У Ыер*; Е1, Е2, Р7, >У: Яеа1;
415
Верп
СЬо1се№йар - Ра1«е;
Ке^СоПесИопк; р1П(1ЬтсЫит(>Ш0, II, 12);
{— выбор в системе отверегия-
РогГ7:«1То17Эо
Верп
Е1:-ЦЦХ1\; Е2:=Е1; 20: =0;
1410:
Рог *»11То24По
1Г (Вр1 Л<9990) Апа (Е1 <ВР1,Л) Апё (ВР1.Л-Е1 > «ММт*(1 -РегаепЙЧааегЪ))
Апа (Вр 1 ,Л+Е2 < «**Мах*(1 + РегаепЙЧааегп))
ТЬеп Рпп13000(Ггие, 1, И, 17, 20, I, Е1, Е2, 01у_Уоапо2Ь__Ро5аака, ОГу_
Кесотепё Рош1ка, ОЬг РгедросЬ Розаёка);
1Г(20о-1)Апс1(17о1)
ТЬеп Верп Е2: «БР2Д7-1]; 20: = -1; ОоЮ 1410; Епё;
Епд;
{ выбор в системе вала }
Рог 17: = 1 То 17 Ио
Верп
Е1: = -ЭР2Д7]; Е2:=Е1; 20: =0;
1505:
Рог*=*ПТо24 0о
Верп
1Г.1о11ТЪепОои> 1615;
1Г(17+20>8)Ог(17+20<3)ТЬепОо1о 1580;
1П7=6
ТЬеп
1П2=11ТЬеп>У: = -9
Е1$е
1ГВР1,Л> «9990 ТЬеп СопИпие Е1зе >У: = -Вр1„П+РР2,17 + 20-2];
1550:
1Г(Е1>>У) Апд (Е1^^>=ММт*(1-Репепта<1еЛ))
Ап<1 (-(\У+Е2)< «ММах*(1 +Рег$еп11Чаае2Ь))
ТЬеп
Верп
Р7: = Рр2,17+20-2];
РгЫ3050(Ра1$е, 1, II, 17, 20, Е1, Е2, Р7, Уа1_Уо2тогЬ_Ро5аака, Уа1_
Кесотепё Ро$аёка, Уа1 РгеаросЬ_Ро8аака);
Епб;
СоШшие;
1580:
1Г(ВР1,Л<9990) Апа (Е1>-Вр1„П)
Апа ВР1,1]+Е1 > =1ЧМш*(1 - РегаепМааетЬ))
Апа (ВР1,1]~Е2< =ММах*(1 + РегзетКааегЬ))
ТЬеп
Верп
Р7:=0; Рпп13050(Ра1$е, 1, И, 17, 20, 3, Е1, Е2, Р7, Уа1__УоапогЬ_ _Роваака,
Уа1 Кесотепа Ро&аёка, Уа1_РгеаросЬ__Ро8аака);
Епа;
СоШтие;
1615:
1По12ТЬепСоЮ 1645;
1Г (17+20 > 8) От 07 + 20 <3) ТЬеп СоЮ 1580;
1630:
1Г Ври]> =9990 ТЬеп СоШтие;
ЛУ:=-Вр1,.Г] + Рр2,17 + 20-2];
416
СоЮ 1550;
1645:
1Г(П+20>7) От 07+2О<3) ТЬеп СоЮ 1580;
Со(о 1630;
Епб;
1Г20-1 ТЬеп Соп&ше; Ш7-17 ТЬеп СоЮ 2680;
Е2:«-Е>Р2Д7 + 1]; 20: -1; СоЮ1505;
Еп4;
2680:
ОрепАУтРИеСЫайагРИе); ЧУпиТШеТоРйеМапаа{Кап*вЛ1е);
^пгеСоОТоРйеСЧайавРЯе); ЕИвроБеСоИесйош;
NаI^авР^1е.Р^1еСои:-NеV(РСо1]ес(^оп, 1пк(50, 20));
^гйеРИеТоУ1ету(КаиавР11е);
СЬоке№йар * Тгие;
Епё;
Рипсйоп СЬсвсеЗагог: Воо1еап;
ЬаЪе! 1410, 1505;
Уаг 20,1, И, 12,17, У. 1п1евег; Е1, Е2, Р7, \У: Кеа1;
Верп
СЬо1се2агоп «Раке;
^*0>Песйоп&; РтдЪтеКшп(8О0, II, 12);
{ выбор в системе отверстия }
Рог17:«1То17Бо
Верп
Е1:«0[12Д7]; Е2: = Е1; 20:~0;
1410:
Рог1:«1То 10 Эо
1Г (Вр1,Л <9990) Аш1 (8Мга< -В[11э/|) Апд (8Мах>Вр1„Г] + Е1+Е2)
Аш1 ((8Мах-8Мт)/(Е1 +Е2)> =2)
ТЬеп Ргш*3000(Тгие, -1, И, 17, 80, I Е1, Е2, СНу_Уогто2П__Ро$ас1ка, (Иу__
Кесотепё Роздйка, СКу_РгеёросЬ_^онк1ка);
1Г(20о-1)Апё(17о1)
ТЬеп
Верп Е2: »П[12,17 -1]; 20:« -1; СоЮ 1410; Епё;
Епё;
{ выбор в системе вала }
Рог17:«1То17 0о
Верп Е1:- -0[12Д7]; Е2:«Е1; 20:-0;
1505:
Рог1:~1ТоЮЭо
1Г(ВР1,Л<9990) Апс1 (8Мш< -В[11Д) Ап<1 (8Мах>ВР1,.Г]-Е1-Е2)
Апд ((8Мах - 8Мт)/( - Е1 - Е2) > = 2)
ТЬеп Рйп13050(Ра1$е, -I, И, 17, 20, 1, Е1, Е2, 0, Уа1_Уогто2П__Ро$а(1ка> Уа1__
Кесотепё Роааёка, Уа1 Рге4росЬ__Ро$а4ка);
1Г(20о1)Апс1(17о17)
ТЬеп Верп Е2: = -Ор2,17 + 1]; 20: = 1; СоЮ 1505; Епё; Епё;
Ореп^тРИе(2а2огРие);
>Уп1еТк1еТоРйе2а2ог(2а20гРие);^п1еСо11ТоР11е(2а2огр11е);
ЕИ$ро$еСо11ес1юп&;
2агогРПе.РИеСои: = ^™(РСо11ес1юп, 1ш1(50, 20));
^п1еРйеТоУ1е^(2а20гРПе);
СЬо1се2а20г: =Тгие;
Епд
417
Ргосейиге Рпп1__Рег_ОН11, 17, 1__сЬ, 1, С1к1: Ыеяег; Е1, Е2, РегаеШ: Кеа1;
УолпогЬ-_Рош1ка, Кесотсш1_Роаа<1ка, Рг*1росп_Ро«ак*: РСоВесйоп);
Уах 8, 50, $1,32, **, «а1: ЗЬт*;
Верп
МакеТезйСТгие, **, *»1); 8*(17;2, 81); 8*07-1:2, $2); 8*(Регаеп1:5:2, 80);
8:«4гГ+81 +4-,+Хр-_сЦ+82+4Вероятностный ватаг:'+80+'•/•';
8*г(Е1:5:0, 81); 80:-'Отклонения: '+то+'0-'+81+';';
»г(о1к1:5, 81); 8*(01к1 +Б2:5:0, 82); 80:--50+то1 +31 +'-'+82;
1ГС_Рй(17-4,Л-1
ТЬеп
Веет
Кесотеш1^Л>ош1каАЛшег((Ке^Р81гОЬ|ес1,1ш1(8)));
Яесотепа^^о8аака^1шег^е^^1гОЬ|ес1,1шЧ(30))); Ел*;
Еш1;
Рг€аросЬ_РомёкА*.1п4сг1(Ыс^(Р8й<>Ь>5с1,1ш1(3)));
1^едрос1^^08аакаг1пвег(^е^(ге1ЮЪ|ес1,1ш1(80)));
Епё;
Ргосейиге Ргт1__Рег_Уа1(И, 17, 1__Л, I, 01к1: 1п1еяег; Е1, Е2, Регзеп*: Кеа1;
УогтогЬ—Роваёка, Кесотсаё—Ровайка, РгейросЬ Розаёка: РСо11есйоп);
Уаг 8, 80, 81, 82, т, то1: 3(гтк;
Верп
МакеТех1(Ра18е, то, то1); 81г(17:2, 81); .31г(Г7+1:2, 82); 31г(Рег$еп1:5:2, 80);
8:»УР_^]+82+'-^|'+81 +'Вероятностный натяг:'+80+*%*;
&г(-Е1:5:0, 81); 30: «'Отклонения: '+**+81 +'-0Ч';';
5*г(01к1:5, 81); 31г(01к1 +Е2:5:0, 32); 80:«80+**1 +81+'-'+82;
1ГС1_Регр7-3,Х]»1
ТЬеп
Верп
Кссоток1__Ро$аакаМп5сг101с^(Р8йОЪЗсс1,1ш1(8)));
Кесотсш1_Ро5аакаМп5сг1(Ке^(Р81гОЬЗес1,1ш1(50))); ЕмЧ;
Бпё;
РгсйросЬ^Роыи1кА 1п5сП(Ке^(Р81ЮЬЗес1,1ш((3)));
Ргес1роса_^о$ааЬ^1п5ег1^е^(ге1гОЬ)ес1,1ш1(30)));
Еп<1;
РипкОюп ЬарОДх: Кеа1): Кеа1;
Верп 1лф1аз:»ехр(-х^2)/цг1(2*Р0; Епд;
ГипксИоп Саи»1п1_1(Ю, ОС: Кеа1; Р: Гипс1): Кеа1;
Туре Агг8=Аггау [1...8] оГ Кеа1;
СОПЛ
X: Агг8 * (-0.96028985649753623168, - 0.79666647741362673959,
- 0.52553240991632898582, - 0.18343464249564980494, 0.18343464249564980494,
0.5255324О0991632898582, 0.79666647741362673959, 0.96028985649753623168);
АА: Агг8«(0.10122853629037625915, 0.22238103445337447054,
0.31370664587788728734, 0.36268378337836198297, 0.36268378337836198297,
0.31370664587788728734, 0.22238103445337447054, 0.10122853629037625915);
Уаг 1:Ву1е; 1,1п1 1: ЭоиЫе;
Верп
1пи_1:=0.0;
Рог к«1 То 8Бо
Верп I: = 0.5*((Ю + 1К) + (1К - 10)*Х[ф; 1п1 1: = 1п1 I + ААр]»Р(1); Бп<1;
Саик1п1__1: = 0.5*(1К - Ю)*1п1 1;
Еп<1;
418
Рипсйоп ОнмсеРегеЪод: Воо1еап;
Уаг 17, И, 12, 5, ОЛ1,1Е2: Ые^ег;
Е1, Е2, игёМал, *ММах, &р1_0, «да—V, $1вп_Ро$, МкЛ, Регаеп!: Кеа1;
Рипкс1юп Са1кРегссп1: Кеа1;
Уах Ы, Ъ\ Кеа1;
Верп
йр1__0:«Е1/6; 51р1—У:=Е2/6; йр1-_Ро$:«8^г^(5^г(5^8I1_0)+5^^(8^яI_V^V
Мк11: = (01к1+Е2/2)-Е1/2;2:=М1ё1/518п__Р08; -ч I «*—*Л,
1п1:»Оаи$51п1_1(0, 2, Ьар1а$);
1Г1п1>0.5 ТЬеп 1п1:=0.5; 1ПпК -0.5 Тпеп 1п1: = -0.5;
Са1кРегсеп1: * (0.5+1п1)* 100;
Епё;
Верп
Спо1сеРегепс<1: = Ра1$е;
Ые^Со11кес110П8; РпкНлпеМиз(РЕ>0, И, 12);
{ выбор в системе отверстия }
Рог17: = 5То8Бо
Верп
Е1:=002,17]; Е2:»0(12Д7-1]; Ш2: = Яоипё(Е2);
01к1:=1Е2сИу2;
1ПЕ2=01к1*2ТЬеп01к1:=-01к1 Е1$е 01к1:=-01к1-1;
*$Мах:-Е1-01к1; **4Мах:=01к1+Е2;
Рег$еп1: = Са1кРегсеп1;
Рпп1__Рег_(Ху(11, 17, 12, 1, О0с1, Е1, Е2, Регзеп!, 01у_Уогто2П_Ро8ас1ка, Огу__
Кесотепё Розадка, 01у Ргеёросп Роваёка);
Роп: = 1 ТоЗ Бо
Верп
01к1:=01к1_Рег[11о]; >*5Мах: = Е1-01к1; >у]ЧМах: = 01к1+Е2;
Рег$еп1: =Са1кРегсеп1;
Рпп1_Рег__01у(11,17,15+1,1 + 1, СКк1, Е1, Е2, РегзеШ, 01у_Уогтогп__Розадка,
01у Кесотепй _Ро&адка, О*у__Ргеёросп_Р08а<1ка);
Еп<1;
Епс1;
{ выбор в системе вала— }
Рог 17: =4 То 7 Во
Верп
Е1:«ПР2,Г7]; Е2: = 0[12,17 + 1]; 1Е2: = Яоипё(Е2); 01к1: = 1Е2ё1У 2;
1ПЕ2=01к1*2Тпеп01к1: = -01к1 Е1хе 01к1: = -01к1-1;
^8Мах:= -01к1 +Е2-Е1; ^ММах: = -01к1;
Регзеп!: = Са1кРегсеп1;
Рпп1_Рег_._Уа1(11, 17, 12, 1, 01к1, Е1, Е2, РегзеШ, УаЬ_ Уогшогп _Ро5ас1ка, Уа1__
Кесотепс1__Ро8аа,ка, Уа1__Ргео*росп Розаёка);
Рог у. = 1 То 3 Ио
Верп
1Га7 + 1=6)аЫ (01 =20) ог 01 =21))
Тпеп01к1:=-9
Е1зе 01к1: = -01к1 Рег[П,Л + Коипа,(Р[12,17+-1 -2]);
\у$Мах: = -01к1+Е2-Е1; \уЫМах:= -ОгкI; Рег$еп1: =Са1кРегсеп1;
Рпп1_^Рег_Уа1(11, 17, 15 + ,!, ] + 1, С)1к1, Е1, Е2, РекеШ, Уа1 УогтогЬ Розадка,
Уа1 _Кесотепд—Ро5ас1ка, Уа1 Ргеёросп Ро$ас1ка);
Епё;
Епо*;
419
Ореп^шРОеСРегеЬоаРУе); \Уп1еТШеТор1кРетеЪс<1(РегеЬс<1Р1]е);
\Уп1еСоПТоРйе(РегеЬск1Рае); ЕЙзровеСоИесйош;
РегеЬсч1Рие.р11еСои:-Ме^(РСс41ес110П, 1ш<(20, 20));
^п1еРИеТоУ1еЧРеге1ю<1Р11е); СЬЫсеРегеЬой: -Тгие;
Еп4;
Епё.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гличев А.В. Основы управления качеством продукции. М.:АМИ; 1998.
2. Исаев Л.К., Маклинский В.Д. Метрология и стандартизация в сертификации М.:
ИПК Издательство стандартов. 1996.
3. Никифоров А.Д. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения.
М.: 'Высшая школа, 2000.
4. Палей М.А., Брагинский В.А. Нормы взаимозаменяемости в машиностроении. М.:
Машиностроение, 1997.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава 1. ОСНОВЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ 7
1.1. Сущность стандартизации 7
1.2. Нормативные документы по стандартизации и виды стандартов .... 10
1.3. Стандартизация в различных сферах 12
1.4. Международная стандартизация 25
1.5. Организация работ по стандартизации в РФ 29
1.6. Информационное обеспечение работ по стандартизации 35
1.7. Совершенствование ГСС и перспективы вступления России в ВТО. . . 38
Контрольные вопросы 43
Глава 2. ОБЪЕКТЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ 45
2.1. Стандартизация промышленной продукции 45
2.2. Стандартизация технических условий 47
2.3. Стандартизация и качество продукции 50
2.4. Стандартизация моделирования функциональных структур объектов
машиностроения 68
2.5. Стандартизация технологических объектов 89
Контрольные вопросы 104
Глава 3. СИСТЕМА СТАНДАРТИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ 105
3.1. Государственная система стандартизации (ГСС) и научно-технический
прогресс 105
3.2. Системный анализ в решении проблем стандартизации 107
3.3. Ряды предпочтительных чисел и параметрические 108
3.4. Унификация и агрегатирование 110
3.5. Комплексная и опережающая стандартизации 114
3.6. Комплексные системы общетехнических стандартов 117
Контрольные вопросы 120
Глава 4. ОПТИМИЗАЦИЯ ТРЕБОВАНИЙ СТАНДАРТОВ 121
4.1. Сущность оптимизации требований стандартов 121
4.2. Требования к системе оптимизации параметров объектов стандартизации
(СОПОС) 127
4.3. Теоретическая оптимизация 129
4.4. Экспериментальная оптимизация 133
4.5. Методы прогнозирования при оптимизации 136
4.6. Особенности оптимизации параметров объектов стандартизации (ПОС)
в технических величинах 140
4.7. Оптимизация ПОС на базе математического моделирования 148
Контрольные вопросы 151
421
Глава 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ НОРМ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ 152
5.1. Общие понятия основных норм взаимозаменяемости 152
5.2. Модель стандартизации основных норм взаимозаменяемости 157
5.3. Стандартизация точности гладких цилиндрических соединений (ГЦС) 165
Контрольные вопросы 176
Глава 6. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ 177
6.1. Общие сведения 177
6.2. Основные термины и определения 179
6.3. Стандартизация в системе технического контроля и измерения .... 181
6.4. Средства измерений 184
6.5. Методы и погрешность измерения 193
6.6. Универсальные средства технических измерений 201
6.7. Координатно-измерительные машины 219
6.8. Автоматизация процессов измерения и контроля 220
6.9. Сертификация средств измерений 230
6.10. Международные организации по метрологии 232
Контрольные вопросы 235
Глава 7. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ 236
7.1. Методологические основы управления качеством 236
7.2. Сущность управления качеством продукции 245
7.3. Инженерно-технический подход обеспечения качества 265
7.4. Менеджмент качества 282
Контрольные вопросы 301
Глава 8. ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ
СТАНДАРТИЗАЦИИ 302
8.1. Технологические объекты управления в составе технических систем
производства 302
8.2. Процессы управления ЕСТПП 305
8.3. Процессы управления производством 325
8.4. Процессы управления технологическим процессом 335
8.5. Процессы технологического обеспечения качества 350
Контрольные вопросы 360
Глава 9. ОСНОВЫ СЕРТИФИКАЦИИ 361
9.1. Сущность сертификации 361
9.2. Проведение сертификации 364
9.3. Правовые основы сертификации в РФ 367
9.4. Организационно-методические принципы сертификации в РФ 368
9.5. Международная сертификация 376
9.6. Сертификация в различных сферах 378
Контрольные вопросы 380
Глава 10. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ — КОМПОНЕНТ
ДИСЦИПЛИНЫ 381
10.1. Экономическое обоснование стандартизации 381
10.2. Экономическое обоснование качества продукции 398
10.3. Экономическая эффективность новой продукции 401
Контрольные вопросы 405
Словарь терминов 406
Приложение 412
Список литературы 420
Учебное издание
Никифоров Анатолий Дмитриевич
Бакиев Тагир Ахметович
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ
И СЕРТИФИКАЦИЯ
Редактор ВЛ Козлов
Художник КЭ. Семенков
Художественный редактор Ю.Э. Иванова
Технические редакторы Л.Л. Овчинникова, КВ. Быкова
Корректоры Г.Н. Буханова, В.Н. Жилкина
Компьютерная верстка ОМ Чернова
Лицензия ИД № 06236 от 09.11.01.
Изд. № ОТМ-65. Подп. в печать 29.09.04.
Формат 60 х 88'/|6. Бум. офсетная. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная.
Объем 25,97 усл. печ. л., 26,47 усл. кр.-отт.
Тираж 6000 экз. Заказ № 4523.
ФГУП «Издательство «Высшая школа», 127994, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., 29/14.
Тел.: (095) 200-04-56
ЬпрУЛотт.у-аЬМа^ги Б-гоаИ: т!о@у-8пкоЬии
Отдел реализации: (095) 200-07-69, 200-59-39, факс: (095) 200-03-01.
Е-таП: 5а1ез@у-зЬко1а*ги
Набрано на персональных компьютерах издательства
Отпечатано на ФГУП ордена «Знак Почета»
Смоленская областная типография им. В. И. Смирнова.
214000, г. Смоленск, проспект им. Ю. Гагарина, 2