Связь надежности с производительностью

Связь надежности с производительностью
План
1. Фактор времени (оценивается изменение начальных параметров в процессе эксплуатации станка).
2. Прогнозирование поведения станка с точки зрения сохранения его выходных параметров (показателей надежности).
3. Случайный (вероятностный) характер отказов, процессов, параметров и показателей.

Эта специфика отражена в показателях надежности. Основным показателем безотказности изделия является вероятность безотказной работы P(i)—вероятность того, что в заданном интервале времени tt = Г не возникнет отказа (рис. 3.4). Значение P(f) находится в пределах 0 < Р < 1.

Вероятность безотказной работы P(t) и вероятность отказа F(f) образуют полную группу событий:
P(t) + F(0=1. ()
Допустимые значения P(t) устанавливаются в зависимости от целевого назначения изделий или экономической целесообразности: в авиации—Px(t) = 0,9999 (близка к единице, отказ в течение ресурса Тр недопустим); у станков с ЧПУ Р2(0= 0,99 (с диагностикой P3(t) = 0,999).При совместном действии постепенных и внезапных отказов (рис. ) значение вероятности безотказной работы P(t) подсчитывают по теореме умножения вероятностей:
Внезапные отказы, как правило, подчиняются экспоненциальному закону.
Для оценки надежности применяют статистические методы, т. е. накапливают статистику по отказам, строят гистограммы и определяют показатели (рис. 3.6).
Параметр потока отказов со (t) также является показателем, который характеризует их частоту. Перспективными направлениями оценки надежности являются специальные методы моделирования (аналитическое прогнозирование, метод Монте-Карло и др.).
Для оценки безотказности станков с ЧПУ можно применять коэффициент надежности
3.4. Связь надежности с производительностью
Элементы, обусловливающие надежность и производительность ТП Технологический процесс на концептуальном уровне представляет собой сложную систему элементов пяти видов связей: размерных, временных, информационных, свойств материалов, экономических показателей.
3.5. Специфика формирования показателей надежности и их связь с производительностью
Надежность и производительность станков с ЧПУ зависят от работоспособности многих узлов и механизмов. При этом следует учитывать воздействие трех основных источников: энергии окружающей среды; внутренней энергии (от рабочего процесса); потенциальной энергии, которая накоплена в деталях машины в процессе изготовления.
При работе станка действуют различные виды энергии (механическая, тепловая, химическая, электромагнитная), которые порождают вредные процессы, ухудшающие начальные параметры изделия (рис. 19).
По скорости протекания различают процессы быстропротекающие, средней скорости и медленные.
Быстропротекающие процессы действуют в течение долей секунд (вибрации, динамические процессы). Процессы средней скорости действуют в течение минут и часов (т. е. в межналадочный период) — это тепловые деформации, износ режущих инструментов. Медленные процессы действуют в течение длительного времени (месяцы, годы) и приводят к износу деталей и потере точности.

Рис. 19. - Обобщенная структурная модель формирования показателей надежности и производительности станков с ЧПУ
Указанные процессы приводят к погрешностям (Ag, Ар и, Ап, Д,., A,,, Ay, AJ, которые ухудшают параметры качества обработки. Когда фактические значения параметров качества А*... A J достигнут установленных предельных значений А, произойдет отказ по точности. Частота отказов и время их устранения влияют на производительность и эффективность оборудования.
Коэффициент технического использования Т|т численно равен доле времени работы станка при условии обеспечения ее всем необходимым (без учета организационных простоев).
Время простоев станка из-за отказа равно роизводительность машин прямо пропорциональна использованию их рабочего времени. Время фактической работы зависит от надежности машин, поддерживание которой связано с простоями в ремонтах и техническом обслуживании, что приводит к потерям рабочего времени.
По мере увеличения наработки простои в ремонтах увеличиваются, а следовательно, уменьшается производительность.
Простои зависят от частоты отказов, то есть безотказности, и времени их устранения, что относится к ремонтопригодности.
1. оэффициент готовности Кг ;
коэффициент технического использования Кт. и.;
коэффициент технической готовности αт .
Коэффициент готовности Кг
Коэффициент готовности – это вероятность того, что объект окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не предусматривается. Статистически коэффициент готовности определяется отношением суммарного времени пребывания наблюдаемых N объектов в работоспособном состоянии к произведению числа этих объектов N на продолжительность эксплуатации (за исключением простоев на проведение плановых ремонтов и технического обслуживания)
Определение коэффициенты готовности Кг
где ξ – суммарное время пребывания i-го
бъекта в работоспособном состоянии ( i = 1, 2, .... N);
N – число наблюдаемых объектов
Траб – продолжительность эксплуатации, состоящая из последовательно чередующихся интервалов времени работы и восстановления.
Определении Кг для одного объекта 
где ρ = Тв/То;
То – наработка на отказ, ч;
Тв – среднее время восстановления (среднее время вынужденного нерегламентированного простоя, вызванного отысканием и устранением отказа), ч.
При порядке обслуживания, предусматривающем немедленное начало восстановления отказавшего объекта, коэффициент готовности определяется по этой же формуле
Коэффициент технического использования Кт.и. учитывает простои, как из-за ремонта объектов, так и из-за их технического обслуживания.
где Тэкс – продолжительность эксплуатации, состоящей из интервалов времени работы, технического обслуживания и ремонта.
Статистически коэффициент Кт.и. определяется отношением суммарного времени пребывания N объектов в работоспособном состоянии к произведению числа N объектов на заданное время эксплуатации.
Если заданное время эксплуатации Тэкс различно для каждого изделия, то предыдущая формула видоизменяется
где tсум – суммарная наработка всех объектов;
tрем – суммарное время простоев из-
а плановых и внеплановых ремонтов всех объектов;
tобсл – суммарное время простоев из-
а планового и внепланового технического обслуживания всеx объектов.
Если в суммарное время простоев tрем включают также время капитального ремонта, то в этом случае часто величину, рассчитанную по данной формуле называют коэффициентом технической готовности ат.
В практике эксплуатационных предприятий принято за единицу времени принимать машино-день. В связи с этим коэффициент Кт.и. за отчетный период по статистическим данным определяют по соотношению
где – суммарное число машино-дней пребывания в
работоспособном состоянии (i = 1, 2, ..., i, ..., N);
– суммарное число машино-дней пребывания в простое из-за ТО и ремонтов.
Для определения Кт. и. по нормативным данным преобразуем формулу 
Второе слагаемое знаменателя определяет долю дня простоя в ТО и ремонте, приходящуюся на один день работоспособного состояния.
Для нахождения коэффициента следует по нормативным данным определить удельный простой В, приходящийся на 1 ч или на 100 ч работы машины, и умножить на среднюю наработку tcc, выраженную в тех же единицах, за день работоспособного состояния
Уравнение для определения коэффициента Кт.и. по нормативным данным имеет следующий окончательный вид:
где В – удельный простой в ТО и ремонте, рассчитываемый по нормативам, дни простоя /ч или дни простоя /100 ч;
tсс – среднесуточная наработка, ч или 100 ч, 
tcc = 0,01 tсмnсмКисп сто часов, 
где tсм – продолжительность смены, ч;
nсм – число смен за сутки; 
Кисп – коэффициент использования внутрисменного времени. 
Зависимость коэффициента Кт.и., оценивающего простои от суточной наработки машин
Зависимость коэффициента Кт.и., оценивающего простои от общей, наработка машин
2.1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАШИН
Долговечность машин определяют ресурсы конструктивных элементов, прежде всего базовых и основных, а затем и всех остальных деталей. 
При эксплуатации изменяются их размеры и геометрические характеристики, структура, свойства и напряженное состояние. Эти изменения могут иметь или монотонный, или скачкообразный характер, что в значительной мере зависит от рода трения, условий нагружения, наличия и состава среды, вида смазки и свойств материала.
Основной причиной, вызывающих отказы и неисправности, является изнашивание. 
Характер изнашивания элементов машин зависит от многочисленных факторов. Эта зависимость в аналитической форме может быть представлена в виде условного функционального выражения
И = φ (Э, К, Г, О),
где Э - объединяет группу эксплуатационных факторов (характер производимых работ, режимы использования механизма, виды и периодичность ТО и Р, климатические условия работы механизма, соответствие применяемых смазочных материалов конструкции сборочных единиц и топлив для двигателей);
К - объединяет конструктивные факторы (вид трения макрогеометрия поверхностей трения, кинематические факторы, динамические характеристики работы механизма, физико-механические свойства деталей сопряженных пар.
бозначает технологические факторы (вид материалов деталей сопряжения, способы обработки, показатели микро-геометрии поверхности трения, твердость и износостойкость); 
О - субъективные факторы, учитывающие особенности оператора (уровень профессиональной подготовки (квалификацию), антропометрические и физические данные, утомляемость, быстроту реакции и прочие).
Эти факторы сказываются на характере изнашивания через режим работы механизма, в частности, от индивидуальных особенностей и. квалификации оператора зависят усилия в механизмах управления механических передач, частота и продолжительность включения механизмов.
Кроме изнашивания, существенное влияние на долговечность машин оказывают коррозия и старение материалов. Скорость образования коррозии снижается применением антикоррозионных покрытий и поддерживанием их в требуемом состоянии. 
Существенно увеличивает долговечность машин эксплуатация их при оптимальных режимах нагружения, высоком качестве управления, технического обслуживания и ремонта.
2.3. ИЗНАШИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН 
Изнашивание –
это процесс постепенного изменения размеров элементов конструкции машин при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и его остаточной деформации. 
Износ – ультат изнашивания, оцениваемый непосредственно по изменению геометрических размеров (линейный износ) или массы детали (весовой износ), или по косвенным признакам
Важнейшими количественными характеристиками процесса изнашивания являются скорость vи и интенсивность Iи изнашивания.
Под скоростью изнашивания понимают отношение износа ко времени, в течение которого возник этот износ:
где И – величина износа;
t – время за которое произошел износ.
Интенсивность изнашивания определяется как отношение износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или к объему выполненной работы:
где L – путь на котором происходило изнашивание;
V – объем выполненной работы.
Классификация видов изнашивания
Разновидности механического изнашивания 
абразивное, как результат режущего или царапающего действия твердых тел или частиц;
гидроабразивное, как результат воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком жидкости;
газо-абразивное, как результат воздействия твердых тел или частиц, увлекаемых потоком газа;
эрозионное, как результат воздействия на поверхность потока жидкости или газа;
усталостное, как результат повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин, и отделению частиц на поверхности трения или на ее отдельных участках;
кавитационное, как результат воздействия на поверхность твердого тела при движении его в жидкости в условиях кавитации, т. е. в условиях нарушения сплошности течения;- жидкости и образования кавитационных пузырей.
Разновидностью молекулярно-механического изнашивания является изнашивание при заедании, как результат схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность.
Коррозионно-механическое изнашивание