Оцінка технологічної надійності при виготовленні високоточних деталей авіаційного виробництва - Автореферат

Зростання вимог до надійності виробів авіаційної техніки при одночасному ускладненні конструктивних рішень та збільшенні вартості в умовах жорсткого конкурентного середовища вимагає удосконалення та розробки нових технологічних методів для їх забезпечення. Оскільки параметри деталей формуються у технологічній системі, тобто під впливом технологічних зусиль, то надійність виробів у значній мірі визначається не тільки конструктивними, а й технологічними факторами. Враховуючи викладене, була сформульована науково-технічна проблема дисертаційного дослідження, а саме - підвищення якості виробів авіаційного призначення шляхом розробки методів оцінки та управління технологічною надійністю. Мета роботи обумовлює такі задачі дослідження: - оцінка вплив характеристик технологічної системи на показники якості деталей авіаційних агрегатів; Наукова новизна одержаних результатів: - вперше запропонована і досліджена стосовно до технології виробництва літальних апаратів концепція оцінки надійності складних технологічних систем, що ґрунтується на теорії надійності з використанням теорії систем, що розвиваються, та з урахуванням особливостей розвитку кожної з цих систем;Аналіз техніко-економічних принципів проектування ТП, а також чинників, що впливають на показники якості виробів, дозволив визначити і обґрунтувати основні шляхи підвищення надійності ТП виготовлення деталей авіаційних агрегатів. Крім того, для систем, що розвиваються, їх застосування недоцільне, оскільки сама наявність такої властивості як здібність до розвитку передбачає постійний перерахунок цілих груп елементів системи і навіть самої системи в цілому. рекурентні залежності для оцінки надійності систем, що поелементно розвиваються, довільної структури при незалежному відновленні їх елементів; дослідити можливість застосування для підвищення точності розрахунків метода еквівалентних систем і апроксимуючого топологічного метода аналізу надійності систем шляхом перетворення гілок графа; Розглянуті алгоритмічні моделі дозволяють розрахувати показники надійності для прототипу системи, що розвивається, на основі цих даних розроблені методи і отримані розрахункові співвідношення, які дозволяють рекуррентно розраховувати показники надійності системи, що розвивається, з основним зєднанням елементів при загальному і поелементному резервуванні з постійно включеним резервом і за принципом заміщення. Напрацювання на відмову розраховується по формулі: (4) де Pj, Pi - фінальна вірогідність перебування системи відповідно j-м і i-м станах; Е - область всіх справних станів системи; е-,-(е ) - область всіх відказових (справних) станів, що граничать із справними (відказовими); мі,j - інтенсивність переходів i-го відказового стану в j-ий справний стан.На основі виконаних досліджень встановлено, що надійність технологічної системи є забезпечення заданих параметрів якості виробів та оцінки можливих відмов в експлуатації при цьому запропоновано вважати системою, що розвивається. Вперше запропонована класифікація надійності технологічних процесів, яка дозволяє не тільки порівнювати їх надійність, але й регламентувати ці показники в конструкторській та технологічній документації. Запропонована схема причинно-наслідкових звязків, яка уявляє собою наочну форму аналізу причин відмов, дозволила розробити методику аналізу впливу відмов на оцінку надійності ТС, що дає змогу особі, яка приймає рішення, обґрунтувати свій вибір. Запропонований метод розрахунку вірогідності виконання завдання за параметрами якості та продуктивності дозволив встановити узагальнюючі аналітичні залежності між вхідними показниками процесу та на цій основі розробити методику розрахункового визначення раціональних технологічних умов та параметрів обробки, що дозволило цілеспрямовано регулювати вхідні фактори при проведенні експериментальних досліджень та забезпечити задані параметри якості деталей, що виготовляються. На основі проведеного системного аналізу конструктивно-технологічних особливостей деталей авіаційних агрегатів, а також з урахуванням положень теорії надійності та теорії систем, що розвиваються, в якості комплексних показників був запропонований коефіцієнт готовності системи та наробка на відмову.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В дисертаційній роботі на основі виконаних наукових досліджень та узагальнень результатів теоретичних та експериментальних досліджень, що були отримані в роботі, зроблені наступні висновки, що характеризують її наукову новизну та пріоритети: 1. На основі виконаних досліджень встановлено, що надійність технологічної системи є забезпечення заданих параметрів якості виробів та оцінки можливих відмов в експлуатації при цьому запропоновано вважати системою, що розвивається.

2. Вперше запропонована класифікація надійності технологічних процесів, яка дозволяє не тільки порівнювати їх надійність, але й регламентувати ці показники в конструкторській та технологічній документації.

3. Для підвищення достовірності отриманих оцінок все різноманіття відмов в залежності від способу оцінки вірогідності їх появи розділені на дві групи. Запропонована схема причинно-наслідкових звязків, яка уявляє собою наочну форму аналізу причин відмов, дозволила розробити методику аналізу впливу відмов на оцінку надійності ТС, що дає змогу особі, яка приймає рішення, обґрунтувати свій вибір.

4. Досліджені та доповнені математичні моделі розрахунку надійності ТП в залежності від поставлених задач. Запропонований метод розрахунку вірогідності виконання завдання за параметрами якості та продуктивності дозволив встановити узагальнюючі аналітичні залежності між вхідними показниками процесу та на цій основі розробити методику розрахункового визначення раціональних технологічних умов та параметрів обробки, що дозволило цілеспрямовано регулювати вхідні фактори при проведенні експериментальних досліджень та забезпечити задані параметри якості деталей, що виготовляються.

В якості пріоритетного методу підвищення надійності ТС, що розвиваються, було обрано метод структурного резервування, оскільки він дозволяє підвищити надійність системи при незначному зростанні витрат на розрахунок та якісний розвиток.

5. На основі проведеного системного аналізу конструктивно-технологічних особливостей деталей авіаційних агрегатів, а також з урахуванням положень теорії надійності та теорії систем, що розвиваються, в якості комплексних показників був запропонований коефіцієнт готовності системи та наробка на відмову. Отримані рекурентні формули дозволили розрахувати надійність технологічної системи з послідовним зєднанням елементів при загальному та розділеному резервуванні, а також з постійно включеному резерві та роздільному резервуванні з постійним включенням резерву за принципом заміщення.

6. Розроблені аналітичні алгоритми дають змогу визначити в компютерному середовищі показники надійності з високим ступенем точності, передбачаючи можливість використання отриманих результатів з експлуатації достовірних даних про надійність прототипу. Отримані залежності дають змогу аналізувати надійність систем довільної структури, що розвивається. При цьому функціонування цих систем описується графом довільної структури при довільних законах розподілу часу між відмовами та поновленнями.

7. Запропонована структура та програмно-алгоритмічна побудова системи підтримки прийняття рішення управління надійністю технологічних процесів дозволили розширити зону використання методу еквівалентних систем для аналізу надійності технологічних систем, для яких не існує прототипу при більш високій точності, ніж при використанні існуючих методів еквівалентних систем. Розроблені інструменти використовують як положення теорії надійності, так і основні поняття теорії систем, що розвиваються, вказане дозволяє розглядати їх як новий підхід в вирішенні поставлених задач.

8. При проведенні розрахунків за топологічним методом визначення характеристик надійності точність апроксимуючих обчислювань задовольняє вимогам інженерного аналізу надійності (значення КГ розраховується з похибкою дк ? ± 0,01), що дає змогу використовувати зазначений метод при розробці сучасних технологічних систем.

9. На прикладі процесу виготовлення корпусів дозаторів авіаційного двигуна, які мають різноманітний ступінь складності, апробовані інженерні методи аналізу надійності технологічних систем в процесі їх поелементного розвитку. Необхідно зазначити, що при використанні на практиці запропонованої методики вдається запобігти надлишкового резервування в процесі розвитку системи, при одночасному забезпеченні її надійності та економічності. Поряд з цим було розроблене програмне забезпечення, висока точність та швидкодія якого дозволили оперативно обрати оптимальну структуру системи, що розвивається, та реально підвищити відповідні характеристики надійності.

10. Результати дисертаційної роботи були впроваджені на ДП ХМЗ «ФЕД», ВАТ «Мотор Січ», ВАТ «ВАЗ». Застосування комплексу прикладних програм, призначеного для розрахунку характеристик надійності технічних систем з урахуванням особливостей їх розвитку, дозволило скоротити час та витрати на розробку кінцевого продукту.

Підсумковий реальний річний економічний ефект від упровадження результатів наукової роботи склав 295,5 тисяч гривень.

11. Результати роботи також впроваджені і використовуються в навчальній діяльності Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», що дозволило підвищити рівень викладення технологічних дисциплін.

1. Каширина О.В. Расчет надежности технологического процесса по одному показателю качества продукции / В.П. Божко, О.В. Каширина // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків, 2004. - Вип. 3. - С.64 - 70.

2. Каширина О.В. Прогнозирование качества функционирования технологической системы / О.В. Каширина // Вестник двигателестроения. - Запоріжжя, 2003. - Вип. 1. - С.69 - 71.

3. Каширина О.В. Особенности определения надежности технологической системы / О.В. Каширина // «Авиационно-космическая техника и технология». Труды Государственного аэрокосмического университета им Н.Е. Жуковського «ХАИ».- Харків, 2002. - Вип. 29. - С.57 - 61.

4. Каширина О.В. Методика автоматизированного проектирования оптимальных по экономическим критериям технологических маршрутов изготовления деталей / О.В. Каширина // «Авиационно-космическая техника и технология». Труды Государственного аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковського «ХАИ». - Харків, 2002. - Вип. 27. - С.55 - 58.

5. Алгоритм оценки надежности технологических систем: Міжнародна науково-технічна конференція [«Інтегровані компютерні технології в машинобудуванні»], (Харків, 2002 р.) / МОН , Нац. аерокосм. ун-т ім. М.Є. Жуковського «Харк. авіац. ін-т». - Х.: Нац. аерокосм. ун-т ім. М.Є. Жуковського «ХАІ», 2002. - 201 с.

6. Прогнозирование качества функционирования технологической системы: Міжнародна науково-технічна конференція [«Новые технологии, методы обработки и упрочнение деталей энергетических установок»], (Запоріжжя - Алушта, 23 - 28 вересня 2002 р.) / МОН, Зап. Нац. техн-ий ун-т, Зап. обл. держ. адм-я, ВАТ «Мотор Січ». - Запоріжжя, 2002. -136 с.

7. Методика обеспечения стабильных показателей качества при разработке новых технологических процессов: матеріали ЙЙ Міжнар. наук.-практ. конференції [«Динаміка наукових досліджень 2003»], (Дніпропетровськ - Івано-Франківськ - Кривий Ріг, 20 - 27 жовтня 2003). - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2003. - Том 35. Технічні науки. - 52 с.

8. Розробка теоретичних основ побудови технологічно-економічних факторів взаємного впливу етапів виробничо-експлуатаційного циклу при розробці АКРТ: Звіт про НДР (заключний) / Нац. аерокосм. ун-т ім..М.Є.Жуковського «Харк. авіац. ін-т». - № ДР0100U002201, Інв. № 0203U002072. - Харків, 2003. - 70с.

9. Дослідження та моделювання впливу фінансових механізмів на ефективність виробництва в аерокосмічній техніці: Звіт про НДР (заключний) / Нац. аерокосм. ун-т ім. М.Є.Жуковського «Харк. авіац. ін-т». - № ДР0103U005067, Інв. №0203U002072. - Харків, 2005. - 70с.