Лекция № 1. Понятие надежности и ее основные показатели: 1.1. ОБОБЩЕННЫЕ ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ В соответствии с государственными стандартами понятие «надежность» определяется применительно к техническим объектам. Под объектом понимается предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый в период проектирования, производства, эксплуатации, исследований и испытаний на надежность. При изучении надежности технических устройств рассматриваются самые разнообразные объекты — машины, сооружения, аппаратура и др. В зависимости от поставленной задачи объектом может быть отдельная деталь, кинематическая пара, узел, агрегат, машина в целом или система машин. Большинство машин и оборудования являются сложными системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов, систем управления и т. п. Под сложной системой будем понимать объект, предназначенный для выполнения заданных функций, который может быть расчленен на элементы, каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элементами системы. Понятие сложной системы условно. Оно может применяться к отдельным узлам и механизмам (шпиндельный узел, двигатель, коробка перемены передач,), к машинам (Ткацкий станок, прядильная машина) и к системе машин (швейный цех, отделочное производство). Большой сложностью обладают, как правило, автоматизированные системы. Чем сложнее система, тем более разнообразны требования к ее функционированию и тем на большее число выходных параметров устанавливают нормативы. Сложная система работает в широком диапазоне условий эксплуатации и при различных режимах. Современная машина состоит из сотен и тысяч отдельных деталей, и все они должны надежно функционировать в течение заданного периода времени. Оценка надежности машин представляет серьезную проблему, поскольку сложная система обладает специфическими свойствами. С позиций надежности сложная система обладает как отрицательными, так и положительными свойствами. К факторам, отрицательно влияющим на надежность сложных систем, следует отнести большое число элементов, отказ каждого из которых может 1 привести к отказу всей системы. Сложные системы часто являются уникальными или имеются в небольших количествах. В этом случае статистические данные не могут обеспечить достоверной оценки уровня надежности машин с требуемой точностью. При этом нужно учитывать, что даже одинаковые системы работают в различных условиях эксплуатации, на разных режимах и выполняют неодинаковые функции, поскольку их технические возможности достаточно широки. Сложные системы машин даже одинакового конструктивного исполнения различаются между собой, имея индивидуальные черты. Незначительные вариации свойств отдельных элементов сказываются на выходных параметрах системы. Чем сложнее система, тем большими индивидуальными особенностями она обладает. Сложные системы обладают и такими свойствами, которые положительно влияют на их надежность. Сложным системам свойственны в той или иной мере самоорганизация, саморегулирование или само-приспособление, когда система способна найти наиболее устойчивое для своего функционирования состояние. Для сложной системы часто возможно восстановление работоспособности по частям, без прекращения ее функционирования. Например, в сложном технологическом оборудовании допускается временное отключение отдельных участков для их ремонта и подналадки. Не все элементы одинаково влияют на надежность сложной системы. Многие из них сказываются лишь на эффективности ее работы. Анализ надежности сложной системы связан с изучением ее структуры. Важную роль при этом играют выделение элементов, составляющих данную систему. При анализе надежности сложных систем их разбивают на элементы с тем, чтобы вначале рассмотреть параметры и характеристики элементов, а затем оценить работоспособность всей системы. Под элементом будем понимать составную часть сложной системы, которая может характеризоваться самостоятельными входными и выходными параметрами. Теоретически любую машину можно условно разделить на сколь угодно большое число элементов, понимая под .элементом или узел, или агрегат, или деталь, или часть детали. Элемент обладает следующими особенностями: —он выделяется в зависимости от поставленной задачи, может быть достаточно сложным и состоять из отдельных деталей и узлов; — при исследовании надежности системы элемент не расчленяется на составные части, показатели надежности относятся к элементу в целом; 2 — возможно, восстановление работоспособности элемента независимо от других частей и элементов системы. Расчленение сложной системы на элементы условно. Так, например, при рассмотрении надежности автоматической линии элементами могут быть отдельные станки, транспортные и загрузочные устройства, системы управления и другие достаточно сложные объекты. Однако и каждый станок представляет собой весьма сложную систему и при необходимости оценки его надежности может быть расчленен на отдельные элементы — шпиндельный узел, привод подачи, механизм базирования и др. В то же время надежность шпинделя (вала) зависит от жесткости его тела, износостойкости шеек и посадочных поверхностей и т. д. Таким образом, каждый элемент системы можно рассматривать как совокупность более простых элементов. При анализе надежности сложной системы все элементы целесо¬образно разделить на следующие группы: 1)элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность машины (деформация кожуха ограждения, изменение окраски и т. п.): 2)элементы, работоспособность которых за рассматриваемый промежуток времени практически не изменяется (элементы высокой надежности: станина, несущая рама, корпусные детали, малонагруженные элементы и. т. п.); 3)элементы, ремонт или регулировка которых возможны при работе машины или во время регламентированных остановок (подналадка инструмента, регулировка гидравлической системы и т. п.); 4)элементы, отказ которых приводит к отказам машины. Рассмотрим лишь элементы последней группы. Если рассмотреть выходные параметры каждого элемента (их может быть один или несколько), то они могут по-разному влиять на формирование выходного параметра всей системы. На основании изложенного можно выделить три основных типа параметров. Изменение параметра первого типа влияет на работоспособность лишь самого элемента. Отказ данного элемента ведет, как правило, к отказу всей системы. 3 Параметр второго типа участвует в формировании одного или нескольких выходных параметров всей системы. Его изменения должны учитываться в совокупности с изменением параметров данной категории для других элементов. По отклонению от номинального значения данного параметра нельзя судить об отказе элемента. Параметр третьего типа влияет на работоспособность других элементов. Его изменение для остальных элементов системы аналогично изменению внешних условий работы. Следует отметить, что каждый параметр может обладать одним или несколькими из перечисленных свойств. Если представить себе систему, у которой все элементы имеют параметры только первого типа, то надежность каждого такого элемента может быть определена независимо от других частей системы. В этом случае получим систему, состоящую из отдельных частей, надежность которых задана или может быть определена. Элементы работают как независимые, и для обеспечения- надежности системы необходимо и достаточно обеспечить надежную работу каждого элемента в отдельности. Заменой или восстановлением отказавшего элемента восстанавливается работоспособность системы. К данному виду систем можно отнести некоторые типы автоматических линий, состоящих их отдельных машин, выполняющих различные технологические операции. Кроме того, такие системы характерны для радиоэлектроники, где отдельные элементы (диоды, резисторы, конденсаторы и др.) выполняют самостоятельные функции. Для отдельных машин и оборудования, рассматриваемых как сложные системы, более характерно наличие таких выходных параметров отдельных элементов, которые участвуют в формировании выходных параметров всего объекта (параметры 2-го типа). В этом случае элементы нельзя считать независимыми. Например, надежность работы механической системы станка, предназначенной для точного перемещения суппорта с режущим инструментом, зависит от износостойкости всех звеньев, передающих движение (цепей, зубчатых передач, ходовых винтов и т. п.). При этом износ каждого элемента не может быть нормирован независимо от износа других элементов. Аналогично следует рассматривать одновременно работу всех элементов механизмов газораспределения, зажигания и других механизмов автотракторной техники и на основании этого оценить надежность системы. 4 Таким образом, с позиций надежности могут иметь место следующие структуры систем: —расчлененные, у которых надежность отдельных элементов может быть заранее определена, так как отказ элемента можно рассматривать как независимое событие; —связанные, у которых отказ элементов является зависимым событием, связанным с изменением выходных параметров всей системы; —комбинированные, состоящие из подсистем со связанной структурой и с независимым формированием показателей надежности для каждой из подсистем. 1.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Каждый объект характеризуется определенными выходными параметрами — величинами, определяющими показатели качества данной машины. Выходные параметры могут характеризовать самые разнообразные свойства данного изделия в зависимости от его назначения и тех требований, которые к нему предъявляются. Это могут быть показатели точности функционирования, энергетические, механические и прочностные характеристики, кинематические и динамические параметры, экономические показатели и др. Обычно каждый объект характеризуется рядом выходных параметров, и их допустимое значение (отклонение) оговаривается в нормативных документах (стандартах, технических условиях). Основные понятия и определения надежности регламентированы стандартом. Стандарт различает исправное и работоспособное состояния объекта. При исправном состоянии объект соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. В практике принято оценивать машины и оборудование не по исправному, а по работоспособному состоянию. Работоспособность — это состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией. Техническая документация определяет допустимый уровень внешних воздействий, методы технического обслуживания и ремонта, нормы и допустимые отклонения от установленных параметров. Работоспособность объекта связана не только со «способностью работать, то есть выполнять 5 необходимые функции, но и с тем, чтобы при этом выходные параметры объекта находились в допустимых пределах. Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Повреждение — событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состоянияСбой — самоустраняющийся отказ. Даже - самые высокие начальные характеристики объекта— необходимое, но еще не достаточное условие его высокого качества. Они показывают, по существу, лишь его технические возможности. Очевидно, что высокое качество продукции и его эффективность можно получить, если машины и оборудование современных предприятий будут обладать -не только высокими показателями таких свойств, как точность, грузоподъемность, мощность, расход энергии, виброустойчивость, расход топлива и др., но и высокой надежностью, то есть сохранением первоначальных значений этих технических характеристик в процессе эксплуатации. Надежность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Иными словами, надежность — это свойство объекта сохранять во времени свою работоспособность. Любой отказ возникает, или может возникнуть, через некоторый период времени, который является случайной величиной. Под категорией времени в теории надежности может пониматься календарная продолжительность работы объекта, наработка объекта (обычно в часах) или соответствующий ей объем выполненной работы (число циклов, километраж, квадратные метры и т. п.). Параметры объекта выбираются в зависимости от типа машин и оборудования и должны характеризовать их производительность и эффективность. Отдельно взятая надежность еще не определяет высокого качества объекта. Объект может быть исключительно надежным, но обладать, например, низкой точностью и производительностью. С другой стороны, какими бы высокими качественными характеристиками объект ни обладал, без надежности он не обеспечит высокой эффективности работы. 6 Таким образом, надежность — "одна из обязательных составляющих качества. При этом надежность является наиболее общим комплексным свойством, характеризующим качество любого технического объекта. Надежность — сложное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Долговечность и безотказность — не взаимоисключающие, а дополняющие друг друга и связанные между собой показатели. В зависимости от характера производства и вида объекта на первый план при оценке его надежности может выдвигаться безотказность или долговечность. Например, отсутствие отказов в течение смены скорее желательное, чем необходимое условие, поскольку после непродолжительного ремонта станки вновь поступают в работу. Для сложной и высокопроизводительной автоматической линии, работа которой в значительной степени определяет технико-экономические показатели всего предприятия, свойство безотказности выдвигается на первый план. Все объекты делятся на ремонтируемые и не ремонтируемые. Ремонтируемым "называется объект, для которого проведение ремонтов предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.' Машины и оборудование легкой промышленности относятся к категории ремонтируемых, следовательно, для них важную роль играет такое свойство надежности, как ремонтопригодность. Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Совершенство конструкции машины, возможность быстрого обнаружения и устранения любого отказа, легкий доступ ко всем узлам определяют малые затраты времени на ремонт. Чем сложнее становятся современные машины, 7 чем более ответственные функции они выполняют, тем большее значение приобретает их ремонтопригодность, во-первых, потому, что каждый час их простоя ведет к недовыпуску продукции и значительным убыткам, вовторых, потому, что найти причину отказа в таких машинах становится все труднее. Сохраняемость — свойство объекта сохранять работоспособность в течение и после установленного срока хранения и (или) транспортирования. Свойство сохраняемости имеет особое значение для нового поколения машин и оборудования, имеющего в своем составе системы программного управления, микропроцессорную технику, следящие системы, сложные пневматические и гидравлические устройства, для которых должны выполняться особые условия и правила транспортировки и хранения. 1.3. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ Количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта, осуществляется с помощью единичных или комплексных показателей надежности. Единичный относится к одному, а комплексный — к нескольким свойствам надежности. Выбор показателей надежности зависит от вида объекта и характера его функционирования. Показатели надежности регламентированы государственными и отраслевыми стандартами, и для их выбора существуют методические указания, позволяющие установить необходимый подход к определению показателей и норм надежности. Коэффициент технического использования — отношение математического ожидания интервалов времени, пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, простоев, обусловленных техническим обслуживанием (ТО), и ремонтов за тот же период эксплуатации. Kти=Тработа/( Тработа + Тремонт + Тто), где Тработа - время нахождения объекта в работоспособном состоянии за наблюдаемый интервал (обычно год, месяц); Тремонт - время нахождения объекта в плановом и неплановом ремонте; Тто - время нахождения объекта в плановом и неплановом техническом обслуживании. 8 Показатели безотказности Вероятность безотказной работы Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданий наработки отказ объекта не возникает. На практике этот показатель определяется статистической оценкой где No - число однотипных объектов (элементов), поставленных на испытания (находящихся под контролем); во время испытаний отказавший объект не восстанавливается и не заменяется исправным; n(t) - число отказавших объектов за время t. Из определения вероятности безотказной работы видно, что эта характеристика является функцией времени, причем она является убывающей функцией и может принимать значения от 1 до 0. Как видно из графика, функция P(t) характеризует изменение надежности во времени и является достаточно наглядной оценкой. Например, на испытания поставлено 1000 образцов однотипных элементов, то есть No = 1000 изоляторов. При испытании отказавшие элементы не заменялись исправными. За время t отказало 10 изоляторов. Следовательно P(t) = 0,99 и 9 наша уверенность состоит в том, что любой изолятор из данной выборки не откажет за время t с вероятностью P(t) = 0,99. Иногда практически целесообразно пользоваться безотказной работы, а вероятностью отказа Q(t). Поскольку работоспособность и отказ несовместимыми и противоположными, то зависимостью: не вероятностью являются состояниями их вероятности связаны Р(t) + Q(t) = 1, следовательно: Q(t) = 1 - Р(t). Если задать время Т, определяющее наработку объекта до отказа, то Р(t) = P(T і t), то есть вероятность безотказной работы - это вероятность того, что время Т от момента включения объекта до его отказа будет больше или равно времени t, в течение которого определяется вероятность безотказной работы.Из вышесказанного следует, что вероятность отказа есть функция распределения времени работы Т до отказа: Статистическая оценка вероятности отказа: Производная от вероятности отказа по времени есть плотность вероятности или дифференциальный закон распределения времени работы объекта до отказа Полученная математическая связь позволяет записать Таким образом, зная плотность вероятности ¦ (t), легко найти искомую величину P(t). На практике достаточно часто приходится определять условную вероятность безотказной работы объекта в заданном интервале времени Р (t1, t2) при условии, что в момент времени t1 объект работоспособен и известны Р (t1) и Р (t2). На основании формулы вероятности совместного появления двух 18 зависимых событий, определяемой произведением вероятности одного из них на условную вероятность другого, вычисленную при условии, что первое событие уже наступило, запишем откуда по известным статистическим данным можно записать: 10 где N (t1), N (t2) - число объектов, работоспособных соответственно к моментам времени t1 и t2: Отметим, что не всегда в качестве наработки выступает время (в часах, годах). К примеру, для оценки вероятности безотказной работы коммутационных аппаратов с большим количеством переключений (вакуумный выключатель) в качестве переменной величины наработки целесообразно брать количество циклов "включить" - "выключить". При оценке надежности скользящих контактов удобнее в качестве наработки брать количество проходов токоприемника по этому контакту, а при оценке надежности движущихся объектов наработку целесообразно брать в километрах пробега. Суть математических выражений оценки P(t), Q(t), f(t) при этом остается неизменной. Показатели этого свойства надежности дифференцируются в зависимости от возможности восстановления, ремонта или технического обслуживания объекта. Установленная безотказная наработка Ту — это минимальное значение наработки, в течение которой изготовитель гарантирует безотказную работу объекта при соблюдении регламентированной им системы технического обслуживания и ремонта с учетом установленных на объект критериев отказов. Учитывая, что наработка на отказ есть величина случайная, величина установленной безотказной наработки определяется с некоторой вероятностью у, близкой к единице. Для изделий крупносерийного производства у = 0,95. Для экспоненциального закона распределения наработок установленная безотказная наработка рассчитывается по формуле; Вероятность безотказной работы P(t) — вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет — 11 Значение P(t), как всякой вероятности, может находиться в пределах 0<P(t)<1. Например, если вероятность безотказной работы объекта в течение £ = 1000 ч равняется 0,9, то это означает, что из большого количества объектов данного типа в среднем около 10% объектов потеряет свою работоспособность раньше чем через 1000 ч работы. Применительно к одному объекту вероятность безотказной работы определяет шансы объекта проработать без отказов заданный период времени. Следует отметить, что применение показателя P(t) без указания периода времени, в течение которого рассматривается работа объекта, не имеет смысла. Интенсивность отказов А.0) — показатель надежности невосстанавливаемых объектов, равный отношению среднего числа An отказавших в единицу времени А* объектов к числу объектов Nt, оставшихся работоспособными: Величиной, обратной P(t), является вероятность возникновения отказа F(t). Вместе они образуют полную группу событий, поэтому P(t) + F(t) = l. Показатели долговечности Показатели долговечности оценивают потерю работоспособности объекта за весь период его эксплуатации. Все показатели данного свойства надежности подразделяются на две группы: показатели технического ресурса и срока службы. Технический ресурс (сокращенно ресурс) — наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до предельного состояния. Ресурс выражается в единицах времени работы (часы, моточасы), длины пути (километры пробега) и в единицах выпуска продукции. Для невосстанавлиааемых объектов показатели технического ресурса и наработки до отказа совпадают. Срок службы — календарная наработка объекта до предельного состояния. Обычно выражается в годах. Учитывая, что машины и оборудование сложные системы, а также их элементы относятся к нестареющим системам и изменяют свои свойства только под действием нагрузок, обусловленных функционированием, для 12 них в качестве критерия долговечности правомерно использовать показатели технического ресурса. Средний ресурс Тр — математическое ожидание ресурса Тр = Трi /п п — число объектов данного вида. Ресурс представляет собой запас возможной наработки объекта. Определяя средний ресурс, следует указывать вид действий после на¬ступления предельного состояния объекта (например, средний ресурс до капитального Tpii, среднего Tрс, текущего Tртр ремонтов или просто средний ресурс Tcp элемента сложной системы, который вышел из строя). В некоторых случаях целесообразно определить доремонтный, межремонтный, послеремонтный ресурс, что позволяет оценить степень восстановления ресурса объекта при выполнении ремонтных работ и их эффективность. Установленный ресурс Тр — наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния, обусловливающего необходимость проведения определенных восстановительных работ (капитального Tрку, среднего Трсу, текущего Tртру ремонтов, технических обслуживании Тртоу) или снятия с эксплуатации с вероятностью близкой к 100%. Показатель Т является дополняющим Tр, поскольку позволяет оценить величину поля рассеивания ресурса объектов данного вида. При нормальном законе распределения ресурсов однотипных объектов и у = 0,95 получим Tру =Tр1,65. Средний ресурс по точности Tрт определяется средней наработкой объекта от начала эксплуатации до выхода за пределы норм точности, регламентированных стандартами и техническими условиями. Ресурс объекта по точности считается исчерпанным, если для восстановления точности необходимо восстановление координации узлов и первоначальных траекторий их взаимного перемещения во время работы объекта путем регулировочно-восстановительных работ в объеме, регламентированном средним ремонтом. Средний ресурс по точности определяется как математическое ожидание наработки: 13 Ресурс по точности является важным показателем долговечности станков. Он считается исчерпанным, когда поле рассеивания размеров обработки превышает поле допуска на обработку по заданному квалитету и для восстановления точности необходимо выполнение работ в объеме среднего ремонта. Кроме того, ресурс по точности является важным показателем для таких механизмов, как манипуляторы, позиционеры и др. Показатели ремонтопригодности К основным показателям ремонтопригодности объекта относят: вероятность восстановления; среднее время до восстановления; средняя продолжительность ремонта; гамма-процентное время до восстановления; интенсивность восстановления; средняя трудоемкость восстановления Для оценки ремонтопригодности используют следующие показатели: Pв(tв)— вероятность восстановления за время (tв); Tв — среднее время восстановления; μ(t)— интенсивность восстановления; Ка— коэффициент аварийного простоя; H(t)— среднее число ремонтов (восстановлений) за время t; R — коэффициент ремонтосложности. Показатели ремонтопригодности характеризуют восстанавливаемые изделия. Среднее время восстановления работоспособного состояния Тп среднее время восстановления работоспособного состояния (Тв) - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния системы. Показатели ремонтопригодности, рассчитанные для проектируемой системы: • вероятность восстановления работоспособного состояния в течение 1 часа равна 0,88; — математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния. Комплексные показатели надежности Надежность объекта должна характеризовать его способность выполнять свои рабочие функции с минимальными затратами на наладку, ремонт и обслуживание. Чем меньше суммарные затраты времени и средств, идущих на восстановление работоспособности объекта в течение всего периода эксплуатации, тем он эффективнее. 14 Коэффициент технического использования КТИ — вероятность того, что в данный произвольно взятый момент времени объект работает, а не ремонтируется, Кти=Траб /(Траб+Трем) где Траб – суммарное время пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый длительный период эксплуатации; Трем – суммарное время ремонтов и технического обслуживания за этот же период эксплуатации. Коэффициент сохранения эффективности Кэф – отношение значения показателя эффективности использования объекта по назначению за определённую продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы объекта в течение того же периода не возникают: Кэф = Эр/Эн где Эр – реальное значение эффективности, то есть с учетом надежности; Эн – эффективность безотказного объекта. Коэффициент готовности Кт — вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается, Кт=Т ср /(Тср + Тв). где Тср. – среднее время наработки на отказ; Тв – математическое ожидание времени восстановления - времени, затраченного на поиск и устранение неисправности. Технический уровень и качество машин и оборудования их агрегатов, узлов и деталей характеризуются совокупностью основных технико-экономических параметров и показателей, 15 определяющих степень совершенства данного образца в сравнении с выбранными аналогами как зарубежными, так и отечественными. При этом технический уровень объекта в значительной мере определяется показателями его надежности. Номенклатура показателей надежности устанавливается с целью наиболее полного отражения потребительских свойств машин и оборудования в соответствии с требованиями стандартов. Рассмотренный выше перечень не исключает ввода других показателей надежности для более полного раскрытия специфики объекта и условий его эксплуатации. Показатели надежности машин и оборудования определяются с целью: — сравнения с показателями надежности аналогов при оценке технического уровня; —оптимизации периодичности работ по техническому обслуживанию и ремонту; —расчета и оптимизации ремонтных комплектов; —разработки рациональной организации эксплуатации, обслуживания и ремонта; —нормирования показателей надежности; —проверки и корректировки норм надежности, конструкторской документации; установленных в — выявление деталей, узлов и агрегатов, лимитирующих надежность; —определения и разработки эффективных мероприятий по повышению надежности. Расчет и оценка показателей надежности проводятся по опытным (статистическим) данным, полученным в процессе эксплуатационных или стендовых испытаний в течение некоторого периода времени, включающего, по возможности, все виды плановых и неплановых работ по поддержанию и восстановлению работоспособного состояния объекта. Показатели надежности элементов и сложной системы машины выбираются и оцениваются отдельно, что позволяет охарактеризовать как технический уровень отдельных элементов, так и машины в целом, а также решать конкретные практические задачи. 16 При проектировании машин, механизмов, узлов и отдельных деталей их рассчитывают, исходя из определенных условий работы, главным образом силовых нагрузок, скорости и свойств конструкционных материалов. От того, насколько правильно учтены перечисленные факторы, а также уровень их воздействий и насколько соответствуют им реальные условия работы, в значительной степени будут зависеть надежность и другие показатели эффективной работы машин. Режим работы — обобщающая характеристика условий работы различных машин по таким показателям, как силовые нагрузки в механических сопряжениях, скорости перемещения деталей, частоты и амплитуды колебаний, точностные показатели, температурные условия и др. Факторы режима работы обычно проявляют свое влияние в совокупности с другими. Существенное влияние на надежность узлов трения оказывает загрязнение рабочих поверхностей отходами обработки (пыль). Последние могут налипать на поверхности трения (в направляющих качения), внося искажения в траекторию движения, а также адсорбировать смазку, ухудшая характеристики трения и увеличивая скорость изнашивания. Особенность проблемы надежности машин проявляется прежде всего в специфических режимах работы, нагрузках. Влияние силовых, вибрационных и ударных нагрузок на надежность машин выражается в повышенной интенсивности отказов конструктивных элементов и отдельных агрегатов, а также в высокой скорости протекания процессов изнашивания. Примеры выбора показателей надежности элементов и сложных систем машин в оборудовании Возможности швейного оборудования определяются его параметрами, наиболее важные из которых отражены в технологической и технической характеристиках оборудования, которая, обычно, представлены в проспекте или паспорте на него. Технологическая характеристика швейной машины включает в себя следующие параметры: назначение, обрабатываемые материалы, вид шва и тип стежка, толщину обрабатываемого материала, длину стежка, используемые нитки, механизацию или автоматизацию вспомогательных приемов и др. Технологическая характеристика определяет возможности пошива или иной обработки изделия. Техническая характеристика включает в себя максимальную частоту стачивания материала, мощность электродвигателя, размеры машины, тип и номер игл, уровень шума, наличие 17 дополнительных приспособлений и др. Техническая характеристика определяет особенности конструкции машины, которые важны для эксплуатации машины и ее технико-экономических показателей работы. Наиболее важными из технико-экономических показателей являются цена оборудования и его производительность. Под производительностью оборудования понимают количество обработанных деталей изделий в единицу времени или время выполнения одной технологической операции на данном оборудовании. Идеальная Qи производительность швейной машины, является обратной величиной машинного времени выполнения операции. Время выполнения операции определяется произведением времени выполнения одного стежка на число стежков. Технологическая производительность швейной машины зависит также от потерь времени на обрезку нитки, съём изделия и т.д. Фактическая производительность швейной машины определяется умножением технологической производительности на коэффициент технического использования для швейного полуавтомата, равного 0,2-0,5. Выбор, например, швейной машины для предприятия надо начинать с анализа основных показателей всего парка отечественных и зарубежных швейных машин, главными из них можно считать следующие: назначение швейной машины; вид стежка, параметры и геометрия строчек; вид соединения материалов; показатели производительности; механизм перемещения материалов; автоматизация вспомогательных операций и изменения режимов работы; • показатели надежности; • возможность параллельного выполнения других операций; • дополнительные возможности; • стоимость; • требуемый и обеспечиваемый технологических операций; уровень качества выполнения • другие показатели, в том числе и простота приобретения, и наличие сервисных центров по обслуживанию и ремонту. По назначению швейные машины делятся на следующие группы: стачивающие одноигольные прямострочные (универсальные или они же общего назначения); стачивающие одноигольные беспосадочного шва или с регулируемой посадкой одного из слоев материала; стачивающие 18 зигзагообразной строчки; стачивающие многоигольные; стачивающие с отключающими иглами; обметочные и стачивающеобметочные; подшивочные; выметочные; стегальные; вышивальные; петельные; пуговичные (для пришивания фурнитуры); закрепочные (короткошовные); поузловой обработки и сборки; безниточного соединения деталей. Возможности швейных машин могут быть значительно расширены за счет применения средств малой механизации. Классификация средств малой механизации и назначение каждого приспособления приводится в пособии ниже, там же дается условное обозначение основных характеристик швейных машин. Виды стежков и геометрия строчек Вид стежка и геометрию строчек выбирают в зависимости от требований к внешнему виду, назначению и условий работы в изделии. Область применения основных типов стежков, например, может иметь вид: • 101 для временного соединения и вышивания; • 103 для подшивания и выстегивания в изделиях из любых тканей; 301 для соединения деталей из любых тканей, кожи, меха и выполнения отделочных строчек; • 401 для соединения деталей из трикотажных полотен и любых видов тканей, а также выполнения отделочных строчек; • 501 для соединения деталей из меха; • 503 для обметывания срезов материалов с малой осыпаемостью; • 504 для обметывания срезов и соединения деталей из трикотажных полотен и тканей со средней осыпаемостью; • 505 для обметывания срезов материалов с большой осыпаемостью; • 304 для стегальных, подшивочных работ, пришивки кружев, обработки срезов отделочных деталей. Вид обрабатываемых материалов В ассортименте материалов для одежды с целью упрощения выбора оборудования выделяют следующие группы: 19 • легкие, средние, среднетяжелые и тяжелые, отличающиеся по своей поверхностной плотности; • натуральный и искусственный мех; натуральная и искусственная кожа; материалы с резиноподобным полимерным покрытием; трикотажные полотна; • утепленные и дублированные материалы для спортивной одежды; • материалы, сложные для обработки на швейных машинах (вельвет, бархат, вискозные ткани, шелк, ткани с содержанием микроволокон); • материалы для корсетных изделий. В технических характеристиках швейных машин всегда указывается, для каких материалов они предназначены. В тоже время наибольшим спросом в последние годы пользуются швейные машины, обладающие гибкостью рабочего процесса, позволяющего применять их для много ассортиментного производства. Механизмы перемещения материала Механизмы перемещения материала швейных машин являются важными механизмами, от которых зависят качество и эффективность рабочего процесса машин. Наиболее широко в швейных машинах применяются механизмы перемещения материала, в которых рабочими органами являются: зубчатая рейка, расположенная под игольной пластиной. Область применения — выполнение типовых швейных операций, где маловероятно смещение слоев материала и требования к качеству операций допускают посадку слоев материала; • две зубчатые рейки, расположенные под игольной пластиной Применяются подобные механизмы для выполнения, в одном случае, беспосадочных строчек, в другом, для устранения растяжения при стачивании трикотажного полотна; • зубчатая рейка, расположенная под игольной пластиной, и отклоняющаяся игла. Служит для выполнения беспосадочных строчек; • две зубчатые рейки, одна из которых расположена снизу, другая сверху игольной пластины. Подобные механизмы применяются для выполнения регулируемой посадки верхнего или нижнего слоев материала; 20 • ролики с насечкой. Применяются в механизмах для перемещения деталей из меха и кожи. Возможны и другие комбинации рабочих органов в механизмах перемещения материала, которые направлены чаще всего на повышение качества рабочего процесса машины. Показатели автоматизации Автоматизация вспомогательных операций при работе машин общего назначения достигается за счет использования автоматизированного электропривода, дополнительных механизмов и устройств. Чаще всего автоматизируются следующие вспомогательные операции: • обрезка ниток по окончании рабочего процесса; • выполнение закрепок в начале и конце строчек; • остановка иглы в верхнем и нижнем положениях; • подъем прижимной лапки в крайнее верхнее положение. Для данных машин предусмотрен набор средств малой механизации, позволяющий автоматически выполнять ряд вспомогательных приемов при осуществлении технологических операций. Многие современные швейные машины оснащены микропроцессорами, позволяющими задавать параметры рабочего процесса машины и быстро изменять их при переходе на обработку других деталей и узлов. Показатели надежности Под надежностью машин понимают свойство их выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в установленных пределах в течение требуемого промежутка времени. Основными показателями надежности швейных машин являются: • наработка на отказ (Tcp) — это среднее время работы машины между двумя последовательно возникающими отказами. Данный показатель является статистическим показателем и в среднем по швейным машинам разного типа составляет от 20 до 120 часов; • среднее время восстановление (Tв) есть время устранения одного отказа машины. Величину Tв определяют также статистически как среднюю 21 величину из ряда потерь времени на устранение всех отказов, случившихся за определенный этап эксплуатации машины. Для швейных машин этот показатель невелик и составляет всего 0,25—0,75 часа; • коэффициент готовности (Кг). Коэффициент готовности машины по своей сущности отражает вероятность исправного состояния ее в любой момент времени, т. е. характеризует готовность машины к эксплуатации. • коэффициент технического использования (Кт.и). Это есть отношение времени нормальной работы машины к общему времени эксплуатации. Другими словами, коэффициент технического использования показывает, какую долю времени швейная машина находится в рабочем состоянии. На разных предприятиях эта величина различна, так как зависит от организации обслуживания и ремонта оборудования в каждом конкретном случае. Возможность параллельного выполнения операций Технологические возможности швейных машин могут быть расширены за счет оснащения их дополнительными механизмами и устройствами, например, механизмом обрезки края материала перед обметыванием или механизмом разрезания (прорубания) материала параллельно выполняемым строчкам при обметывании петли. Отмеченные технологические возможности позволяют снижать время обработки и сборки изделий. Более значительных успехов в сокращении технологического цикла изготовления изделия можно достигать за счет использования многооперационных швейных машин и агрегатов, которые только сейчас входят в производство. Дополнительные конструктивные особенности К конструктивным особенностям швейных машин можно отнести следующие признаки головки корпуса: • длина вылета рукава, т. е. расстояние от оси иглы до наиболее удаленной точки внутренней части основания рукава в горизонтальном направлении. По данному признаку можно выделить три вида головок корпуса машин: короткорукавные с вылетом до 200 мм, с нормальным от 200 до 260 мм вылетом рукава, с вылетом рукава свыше 260 мм -длиннорукавные; • положение платформы корпуса машины относительно уровня стола подразделяется на расположение платформы на уровне стола, на расположение платформы выше уровня стола и с расположением платформы 22 ниже уровня стола, но ее верхняя плоскость совпадает с верхней плоскостью платформы; • сочетание вида рукава и типа платформы, что дает деление машин на ряд групп: с плоской платформой, с полурукавной платформой, с рукавной платформой, с низкой колонкой, с высокой колонкой, с П-образной платформой и др. Отмеченные конструктивные особенности, естественно, различают швейные машины и по назначению и по условиям работы на них. Стоимость машин Крупные ведущие фирмы швейного машиностроения, как правило, выпускают все основные типы швейных машин. Однако стоимость их может значительно различаться. Это зависит от многих факторов. Прежде всего, стоимость однотипных машин зависит от качества и надежности их исполнения, теоретической производительности, уровня автоматизации и механизации вспомогательных операций. Стоимость машин, отличающихся назначением, может различаться в несколько раз. Естественно, самыми дорогими являются машины полуавтоматического и автоматического действия. Немаловажное значение имеет при отборе оборудования репутация фирм-изготовителей оборудования и фирм, реализующих его на рынке оборудования, их обеспечение потребителя сервисными услугами в регионах, наличие запасных частей к оборудованию и соответствие нашим условиям эксплуатации (электропитание, уровень квалификации обслуживающего персонала и т. п.). Швейная машина с встроенным электродвигателем Швейные машины быстро морально стареют. В связи с этим необходимо постоянно следить за поступлением на рынок новых типов оборудования. От того, какому оборудованию было отдано предпочтение при оснащении швейного предприятия, зависит эффективность его работы. Так как от технологического оборудования зависит, как правило, форма организации труда и технология производства. В настоящее время для малых швейных предприятий можно подобрать оборудование с более высоким уровнем универсальности, технологической гибкости и мобильности. Например, появились швейные машины с встроенным электродвигателем 23 (сервоприводом), позволяющие снизить уровень шума на ограниченной по размерам производственной площади, упростить обслуживание и размещение на рабочих местах. 24
