CC BY
31
К ВОПРОСУ О ТЕХНИЧЕСКОМ УРОВНЕ И СЕРТИФИКАЦИИ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТА В РОССИИ
В.В. АМАЛИЦКИЙ, академик, зав. кафедрой станков и инструментов
Технический уровень машины и его оценка
Технический уровень машины - это совокупность свойств, включающих функциональное назначение, общественно полезный эффект, уровни всех видов затрат, а также потребительские и экономические характеристики. Технический уровень определяется на основе сопоставительного анализа значений показателей, оцениваемого образца машины и соответствующих показателей аналогов, отражающих высшие мировые достижения и тенденции их развития.
От системы оценок технического уровня и качества продукции, в том числе станков и инструментов, действовавшей в доперестроечные времена, практически ничего не осталось. Ныне упразднена система государственных испытаний и аттестации продукции, на заводах-изготови-телях исчезла Государственная приемка, упростилась процедура согласования и утверждения технических условий на продукцию, резко сократился объем испытаний и количество показателей и параметров, подлежащих обязательной проверке. Нет карт технического уровня. С ними исчезли также требования к продукции, как ее новизна, точность изготовления, производительность, надежность, патен-тозащищенность, дизайн, соответствие импортным аналогам.
Сегодня наши станки отличаются исключительно низким качеством. Сказались монополизм станкозаводов, отсутствие необходимой конкуренции, не смогли исправить положение конверсионные заводы, кинувшиеся во времена бума на деревообработку, в производстве деревообрабатывающих станков, но ни одного хорошего, отвечающего современным требованиям станка, они так и не изготовили. Поскольку, какой бы мелкой отрасль
не была, у нее есть своя специфика, и, чтобы добиться успеха, нужны наработки и время.
В нашей отрасли реальной конкуренции западной продукции не существует. Тем более, когда российские заводы так взвинтили цены на свою продукцию, что уже по ряду позиций наши станки сравнялись с западными.
Сертификация обязательная и добровольная
Естественно, что государственный контроль и надзор за качеством продукции необходим и в рыночных условиях. В стране уже действует система обязательной сертификации, которая предусматривает оценку продукции только по показателям безопасности, экологии и эргономики. Испытания станков и оборудования включают проверки на соответствие общим стандартам безопасности, электробезопасности, шумовых характеристик, запыленности воздуха, систем гидравлики и пневматики станка.
Что касается инструмента, то здесь проводится единственная проверка - на прочность при вращении. Работоспособность при этом не оценивается, так как это не нужно для получения сертификата.
Однако, наряду с этим ведется подготовка к добровольной сертификации, при которой, по желанию разработчика и изготовителя, проводятся испытания и оценка прочих показателей и параметров изделия, определяющих его потребительские свойства и конкурентоспособность. Предполагается, что по мере развития рынка добровольная сертификация должна стать для изготовителей не только желанной, но и жизненно необходимой. Однако, на это вообще никто в современных условиях не идет.
В результате имеются случаи, когда прошедшие сертификацию станки в процессе непродолжительной эксплуатации обнаруживают дефекты в конструкции, приводящие к снижению эффективности работы станка и даже поломкам.
Выход из создавшегося положения видится в том, чтобы имеющиеся проверки обязательной сертификации дополнить некоторыми испытаниями наиболее важных показателей, в частности, надежности и сделать сертификационные испытания более информативными и достоверными. При этом надо учитывать, что разработка и применение систем сертификации всегда связаны с необходимостью сочетать наибольшую достоверность оценки с минимальными затратами на сертификацию. Другими словами, потребителю необходимо подтверждение безопасности работоспособности продукции, но оно требует увеличения затрат на сертификацию, которые включаются в себестоимость продукции.
Сочетание сертификационных испытаний с методом диагностики и прогнозирования
Проблему быстрого получения исчерпывающей информации о техническом уровне при минимизации растущей при этом стоимости процесса, получения этой информации возможно решить только с помощью комбинированного метода, который состоит из сочетания ускоренных автоматизированных испытаний диагностических процедур, контрольных проверок и прогнозирования технического состояния объекта испытаний.
Основополагающим в ускоренных испытаниях является принцип инвариантности, устанавливающий изменяющиеся от партии к партии характеристики изделий. На основе этого принципа может быть обоснована возможность использования для других партий установленного на стадии предварительных исследований способа пересчета результатов ускоренных испытаний к нормальным условиям. В настоящее время основным методом, с помощью которого можно определять и
контролировать уровень технического состояния машин, являются ускоренные испытания.
Однако, испытания имеют ряд недостатков, главным из которых является их длительность. Поэтому весьма важно дополнить их методами и средствами для оценки технического состояния машины в данный момент. Эта задача решается методами диагностирования, применение которых, особенно для сложных систем, позволяет получить большой экономический эффект.
Другим важным средством оценки технического уровня является контроль. Системы контроля могут носить оперативный характер, управления, функционирования и др.
Несмотря на важность испытаний, само по себе необходимо иметь математический аппарат прогнозирования, чтобы по результатам испытаний предсказать ресурс машины. Это позволяет значительно сократить длительность испытаний. Однако, этот способ предполагает знание законов изменения технических параметров, по которым осуществляется прогноз показателей технического уровня.
Ускоренные испытания
Ускоренные испытания проводятся с целью определения фактических показателей технического уровня элементов, узлов и машины в целом. В качестве оценочных показателей в испытаниях могут быть скорость и закономерности изменения во времени параметров технологической и геометрической точности, жесткости, уровня вибраций, температуры подшипников и др.
Ускорение испытаний достигается за счет уплотнения во времени и работе станка на максимальных эксплуатационных или формированных режимах (метод «запросов»). Уплотнение испытаний во времени выполняется путем сокращения перерывов в работе и увеличением сменности.
Сущность предлагаемого метода «запросов» заключается в предваритель-
ном определении пределов форсирования нагрузочного параметра N путем чередования номинального Т7 (среднестатистического) и ступенчато возрастающего форсированного Р режимов нагружения на первом этапе испытаний. В последующем в качестве форсированной принимается нагрузка Рф3, в пределах которой сохраняется физическая картина процесса. Продолжительность испытаний и выработанный ресурс на каждой из ступеней и вообще на I этапе невелики и определяются лишь необходимой для достоверной оценки точностью измерения выходного параметра (например, погрешность обработки, величины износа, радиального биения, жесткости и др.).
На 2-м этапе испытания на ступени (/1 - 70) ведутся с линейно возрастающей от Т7! до 1^2 нагрузкой в пределах эксплуатационных. В момент времени нагрузка увеличивается до величины Рф3. Форсирование продолжается до момента времени Н, затем цикл повторяется. Испытания ведутся до достижения шпиндельным узлом предельного состояния в момент времени
Пересчет на заданный эксплуатационный режим -Рэ (/^ < Рэ < ^2) выполняется методом «вытягивания площадей» под кривой скорости изменения выходного параметра для форсированного режима по ^ф(^) и изменяющегося линейно эксплуатационного режима £(/) перед началом и после окончания каждого этапа форсирования. Наработка шпиндельного узла на отказ Ц определяется как сумма времени выработок ресурса на каждой ступени испытаний: - Д/„ + Д^0 + + А?2 + Д?з +
+ ... + А/„.
Накопленная величина изменения выходного параметра (выработанный ресурс) на ступени - 10 рассчитывается по формуле
и
0)
*0
Равный по величине г|х ресурс, который был бы выработан под эксплуата-
ционной нагрузкой К, определяется из соотношения
тц = ^1А/1. (2)
Интервал времени эксплуатационного режима А?1, соответствующий выработанному ресурсу на ступени ^ - /0, рассчитывается по формуле
Накопленная величина выработанного ресурса г|2 на первой ступени форсирования Н - и
•ъ=^ф.(')й- <4>
'1
Равный по величине ресурс г|2, который был бы выработан под эксплуатационной нагрузкой Рэ
Л2=^2Дг2- (5)
Интервал времени АЬ эксплуатационного режима, соответствующий по выработанному ресурсу форсированному режиму на интервале н-и
Л,2= т <6>
Аналогичным образом рассчитываются временные интервалы для остальных ступеней эксплуатационных и форсированных режимов.
Диагностика и контроль
Техническое диагностирование технологического оборудования и отдельных его функциональных механизмов и узлов направлено на решение следующих задач: определение технического состояния исследуемого объекта, поиск и локализацию места отказа или неисправности, прогнозирование остаточного ресурса на задаваемых интервалах наработки. Для реализации поставленных задач необходимо провести комплекс мероприятий, с целью разработки диагностического обеспечения, повышению контролепригодности и установлению номенклатуры структурных
и диагностических параметров процесса диагностирования.
Основу логической процедуры диагноза составляют совокупность физических величин, с помощью которых при измерении определяются структурные параметры объекта диагностирования. Следовательно, для определения работоспособности машины, поиска дефектов и прогнозирования ее состояния необходимо измерять диагностические параметры.
Диагностические параметры могут быть трех видов:
а) параметры технического состояния оборудования, непосредственно характеризующие его работоспособность: технологическая и геометрическая точность, равномерность рабочих перемещений и т.д.;
б) повреждения, которые возникают в процессе эксплуатации: износ деформации, накапливание усталостных напряжений, коррозия и др.;
в) косвенные признаки, функционально или стохастически связанные с выходными параметрами: виброакустичес-кие характеристики, жесткость элементов, наличие в смазывающих материалах продуктов изнашивания и др.
Из всего многообразия возможных диагностических параметров выбирают и используют в практических целях лишь те параметры, которые отвечают требованиям однозначности, стабильности, широты изменения, доступности и удобства измерения, информативности.
Чем больше измеряемых диагностических параметров, тем шире информация о состоянии объекта, но при этом повышаются трудоемкость и стоимость диагностирования. Выбор диагностических параметров осуществляют из номенклатур, рекомендуемых государственными стандартами и нормативно-технической документацией или с помощью экспериментальных методов. В этом случае выбирают основные структурные параметры Д и параметры Кр которые можно использовать в качестве диагностических.
Можно выделить следующие параметры, которые характеризуют техниче-
ское состояние оборудования и могут служить диагностическими признаками: вибрации, кинематические, температура, деформации, энергетические, акустические и некоторые другие.
Модели прогнозирования
Из большого количества существующих моделей прогнозирования предпочтительны для нашего случая те, которые опираются на физику процесса.
В основу модели прогнозирования технологической точности станка [2, 3] положен тот факт, что в результате износа направляющих меняется траектория опорных точек исполнительных элементов. Зная допустимую величину износа и скорость изнашивания, можно установить время параметрического отказа для данной точки направляющей.
Схема формирования такого отказа для наиболее распространенного случая, когда изменение параметра х станка пропорционально скорости у и протекания процесса изнашивания и времени работы приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема формирования постепенного отказа без учета начального рассеивания параметров
С учетом рассеивания начальных параметров
х = а + у/, (7)
где а - начальный параметр изделия.
Начальный параметр изделия есть случайная величина и подчиняется некоторому закону распределения. Срок службы есть функция двух независимых случайных аргументов а и у:
Т-
*тах-Я
У
(8)
Если случайные аргументы а и у распределены по нормальному закону, то и параметр х для каждого значения і = Т будет распределен по тому же закону с параметрами: математическое ожидание
Хср = ЙО + УсрГ, (9)
среднее квадратическое отклонение
дг
д: +
(а,г) .
(10)
где Оо - математическое ожидание; да -среднее квадратическое отклонение случайного параметра а.
Вероятность безотказной работы
„Т
Р(Т) = 0,5 + Ф
• Qr,
ср
do
РЛт2
Как видно, формула (11) более общая и при ао = Оиб = О0 = О превраща-
ется в
Р(Т) = 0,5 + Ф
х„
Та
(12)
у U
Эту же формулу можно использовать и при нелинейном протекании процесса изменения параметров, т.е. когда математическое ожидание, а в ряде случаев и дисперсия [5У(0]2, является функцией времени. Таким образом, для любой закономерности изменения выходного параметра можно написать в общем виде
-«о-Уср (т)т
Р(Т) = 0,5 + Ф
(13)
ра+д\{Т)Тг
Формула (13) позволяет решить как прямую задачу - определить вероятность безотказной работы Р(Т) при заданном
ресурсе Т = Tv, так и обратную задачу -определить ресурс Гр при заданном уровне P(t). Можно определить вероятность безотказной работы для каждого из регламентированных параметров. В большинстве случаев можно принять эти параметры независимыми. Тогда
<14>
; = 1
Также на физической сущности протекающих в машине процессов основана модель технологической долговечности [1]. Однако, в отличие от предыдущей она учитывает влияние ремонтнопрофилактических мероприятий.
Точность машины a(t) в процессе эксплуатации меняется в пределах допуска на обработку от величины ао до ап1ах (рис. 2). Кривая a(t) получается путем соединения всех точек, характеризующих точность машины в начале каждого межналадочно-го периода, как показано в интервале Д^. В зависимости от интенсивности и характера взаимовлияния медленно протекающих процессов трансформации a(t) происходит с переменной скоростью, увеличивающейся со временем. В момент t\, /2, ti точность a(t) достигает допустимого предела; машина подвергается регулировкам, дающим возможность повысить точность до значений а(1) 1, ..., a(t)„
Рис. 2. Графическая интерпретация математической модели технологической долговечности
Под регулировкой понимается комплекс мероприятий, позволяющих улучшить техническое состояние станка без механической обработки его элементов. Однако, необратимые изменения в машине не дают возможности достичь начального уровня до, а только уровня ар(1) точности отрегулированной машины. Общая потеря точности а(/) - ао к моменту Т складывается из ее утраты вследствие разрегулировки а(7) - ар{1) и утраты, обусловленной износом, а (/) - ао.
В момент времени Т дальнейшая эксплуатация машины становится малоэффективной вследствие недопустимо малой величины йтах - ар((), поскольку следующая регулировка потребуется через промежуток времени А/,. В этот момент производится ремонт машин. Часть необратимых повреждений устраняется ремонтными операциями, однако, достичь начального уровня ао практически не удается из-за того, что ремонтируются не все узлы машины.
В качестве первого приближения можно положить, что величина а(У) - ар({) линейно зависит от времени в каждом из межрегулировочных промежутков с одинаковым для всех этих промежутков угловым коэффициентом К:
а(0 - аД/) = Щ - Ги _ 0, (15)
где 4 _ 1 - последний, предшествовавший моменту Г, момент регулировки.
При / = /„равенство (15) имеет вид
йщах ~ Л"АIц . 0^)
Выражение (16) отражает взаимосвязь длительности межрегулировочных промежутков и достижимых в результате регулировок значений точности.
Второе допущение, принятое нами при разработке модели, состоит в том, что в каждый момент времени скорость изменения величины ар(() - ао, характеризующей степень износа, пропорциональна точности
(а,(/)-«о)'= а'р(() = Ха( /), (17)
где X - коэффициент пропорциональности.
Эта зависимость, как показали экспериментальные исследования, справед-
лива для большинства случаев старения технологического оборудования.
Решая дифференциальное уравнение (17), получаем выражение, из которого определяется длительность межрегулировочных промежутков:
1 —
ХАг
л-1
(18)
1 + Ха К )
ч max у
где в соответствии с (16) при определении промежутка А/о надо положить
Xoto = —Xcim:ix\K — Хао\К. (19) Если интервал At„ найден, значение функции ap(t) в его конце tn находится по формуле, получающейся из (16)
(fn) amax KAt„.
(20)
Таким образом, формулы (18), (19) и (20) дают расчетную схему функции ар{{). Точное значение кривой, соединяющей точки на концах интервалов, задается функцией
)е
\(t-
к
+ X
А*-1"-О
—1 — Х(г—г„ — 0]. (21)
Период Т работы машины до предельного состояния слагается из последовательности убывающих межрегулировочных промежутков:
г=2>„-
(22)
71=1
Для практических целей количество промежутков ограничивается числом 2...4, что соответствует межремонтному периоду системы ПНР.
Значения коэффициентов К и X подсчитывают по формулам:
а(0-а,(0
к------1----->
Ч
2 a(tn)-a{t^x)
Atn a(tn)+a(tn^) '
(23)
(24)
Заключение
1. Сертификация продукции станкостроения, как средство государственного контроля и надзора за качеством продукции, необходима и обязательна.
В то же время существующий перечень сертифицируемых параметров и показателей машин должен быть расширен.
2. Разработка экспресс методов в сертификационных испытаниях позволяет расширить область обязательных сертифицируемых параметров, в первую очередь таких, как надежность, точность, прочность, производительность.
3. Предложенный выше комбинированный метод реализуется с помощью оригинального, отвечающего специфике деревообрабатывающего оборудования, измерительно-диагностического комплекса, который обеспечивает многоканальный программный сбор экспериментальных данных, их накопление, обработку, хранение результатов обработки в течение всего периода испытаний, оперативное отображение данных и результатов обработки, режимов работы системы, диалоговый режим работы и самодиагностику системы.
4. Себестоимость комбинированных испытаний на 30 % меньше, а продолжительность сокращается более, чем в 5 раз
по сравнению с ускоренными испытаниями, проводимыми обычными методами.
Литература
1. Амалицкий В.В, Санаев В.И. Оборудование и инструмент деревообрабатывающих предприятий. - М.: Экология, 1992.
2. Проников А.С. Надежность машин. -М.: Машиностроение, 1978.
3. Проников А.С, Программный метод испытаний металлорежущих станков. -М.: Машиностроение, 1985.
4. Технические средства диагностирования. Справочник. - М.: Машиностроение, 1990.
5. Испытания, контроль и диагностирование гибких производственных систем. -М.: Наука, 1988.
6. Изменение № 1 Правил по сертификации «Система сертификации ГОСТ РФ. Порядок проведения сертификации продукции». Госстандарт, 1997.
УСЛОВИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ РЕКЛАМЫ
снитяшймввйшш
Объявления и реклама публикуются в черно-белом исполнении.
Материалы принимаются в напечатанном виде через 2 интервала.
Вы должны представить готовый оригинал-макет вашей рекламы или по вашему заказу редактор и художник разработают оригинальную рекламу, товарный знак или другую символику.
По вопросам размещения рекламы обращаться в редакцию.
Тел. (095) 588-57-62, 588-54-15.
