1.2. Понятия «качество» и «надежность» машин

Жизнь современного общества немыслима без использования самых разнообразных по конструкции и назначению машин, которые преобразуют энергию, материалы, информацию, изменя­ют жизнь людей и окружающую среду.

Несмотря на огромное разнообразие всех машин, в процессе их развития применяют единые критерии для оценки степени их совершенства.

В условиях рыночных отношений создание большинства новых машин требует соблюдения важнейшего условия конкурентоспособности, а именно придания им новых функций и высоких технико-экономических показателей их использования.

Для эффективного использования машин необходимо, чтобы они обладали высокими показателями качества и надежности.

Международный стандарт ИСО 8402 — 86 (ISO — International Organization Standartization) дает следующее определение: «Качество — это совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности».

Под качеством следует понимать совокупность эксплуатацион­ных свойств, определяющих степень пригодности, например, автомобиля в целом и его конструктивных элементов к выполнению заданных функций.

При решении различных задач, связанных с оценкой надежности машины, необходимо, в первую очередь, установить выходные параметры, которые являются основной характеристикой объекта. Изменение этих параметров в процессе эксплуатации влияет на состояние объекта.

Для этого необходим анализ функций, выполняемых машиной, и тех требований, которые к ней предъявляются. Каждая машина служит для достижения определенных целей, которые зависят от ее назначения.

Для численной оценки технического уровня машины приме­няют набор выходных параметров.

Выходные параметры машины — это числовые показатели ее технических характеристик, которые определяют состояние машины и ее возможности по выполнению заданных функций.

Каждое эксплуатационное свойство подвижного состава характеризуется одним или несколькими показателями, которые могут принимать различные количественные значения. Например, свойство динамичности подвижного состава характеризуется максимальной скоростью и временем разгона до 100 км/ч. Есть также свойства подвижного состава, которые в процессе эксплуатации не изменяются, например грузоподъемность, пассажировместимость, габаритные размеры и др.

Однако показатели большинства свойств, определяющих качество машин в процессе эксплуатации, изменяются (динамичность, экономичность, мощность двигателя и пр.). Интенсивность изменения этих свойств можно в процессе эксплуатации уменьшить, т. е. управлять ими при условии знания закономерностей их изменения.

Анализ изменения свойств автомобиля и его конструктивных элементов (КЭ) сопряжен с необходимостью проведения полномасштабных исследований процессов физического старения деталей и узлов.

Поскольку использование большинства машин осуществляется в течение определенного, как правило, длительного периода времени, то под влиянием различных факторов происходит изменение свойств, которые определяют его качество.

Исследование надежности нацелено на определение закономерностей изменения показателей качества изделий, с течением времени, и на разработку методов, обеспечивающих необходимую продолжительность работы технических устройств с наименьшими затратами времени и средств.

Надежностью называют свойство машины сохранять свои показатели качества в определенных пределах в течение всего периода ее использования.

Нельзя создать идеальную, абсолютно надежную машину, которая неизменно находилась бы в том же состоянии, что и новая. Ее показатели постепенно изменяются. Изменение показателей качества машины во времени может быть абсолютным и относительным.

Абсолютное изменение качества связано с различными процессами, действующими на машину, изменяющими свойства или состояние материалов, из которых она выполнена. В связи с этим изменяются эксплуатационные показатели и происходит физическое старение машины.

Относительное изменение качества машины связано с появлением новых машин с более совершенными характеристиками. Поэтому показатели данной машины становятся более низкими по сравнению со средним уровнем, хотя их абсолютные значения могут и не измениться. Этот процесс снижения показателей машин, относительно требований сегодняшнего дня, называют моральным старением.

Наука о надежности изучает изменение показателей качества машины под влиянием тех причин, которые приводят к абсолютным изменениям свойств изделий. Относительное изменение ка­чества здесь не затрагивается.

Надежность машины закладывается и поддерживается на протяжении ее жизненного цикла, начиная с этапа проектирования, в процессе изготовления и эксплуатации.

При проектировании машины устанавливают и обосновывают необходимые требования к надежности, что обеспечивают за счет оптимизации конструкции и применяемых материалов. При этом учитывают технологичность конструкции, разрабатывают методы защиты машины от различных вредных воздействий в эксплуатации, рассматривают возможности автоматического восстановления утраченной работоспособности, оценивают приспособленность машины к проведению ремонтов и технического обслуживания.

При изготовлении (производстве) машины обеспечивают и контролируют ее надежность, так как она зависит от технологического процесса изготовления деталей, методов контроля выпускаемой продукции, испытания, доводки и других показателей.

При эксплуатации машины реализуется ее надежность, которая зависит от методов и условий эксплуатации машины, принятой системы ее ремонта, методов технического обслуживания, применяемых режимов работы и других эксплуатационных факторов.

Уровень надежности машины должен быть таким, чтобы при ее использовании в любых оговоренных техническими условиями (ТУ) ситуациях не возникали ее отказы. Кроме того, во мно­гих случаях желательно, чтобы машина имела запас надежности для повышения сопротивляемости экстремальным воздействиям, когда машина попадает в условия, не предусмотренные ТУ.

Уровень надежности машины можно оценить некоторым коэффициентом К (запас надежности), который характеризует поведение машины в нормальных условиях эксплуатации (предусмотренных ТУ) в сравнении с ее поведением в экстремальных ситуациях.

При К < 1 не обеспечивается необходимая надежность машины и имеется вероятность возникновения отказов, особенно при напряженных режимах работы машины и интенсивном воздействии окружающей среды. При К = 1 машина удовлетворяет всем требованиям надежности, а при К > 1 имеется запас надежности для возможности сохранять работоспособность и функционировать при экстремальных ситуациях.

Кроме того, запас надежности необходим для обеспечения работоспособности машины при ее износе. Износ приводит к постепенному ухудшению технических характеристик машины. Поэтому, чем выше запас надежности, тем дольше при прочих рав­ных условиях машина будет находиться в работоспособном состоянии.

Недостаточный уровень надежности машины (как новой, так и изношенной) может привести к различным последствиям при нарушении ее работоспособности, основными из которых являются:

• прекращение функционирования изделия в результате поломки, деформации, заклинивания механизмов, возникновения катастрофических процессов (разрушения конструкции, пожара и др.);

• снижение эффективности работы изделия, когда оно способно функционировать, но с меньшими скоростями, КПД, производительностью, мощностью, точностью и другими техническими характеристиками, которые были достигнуты для новой неизношенной машины.

Надежность машины характеризуется изменением во времени тех ее «выходных» параметров, которые определяют качество машины и должны находиться в установленных пределах.

Поэтому оценка надежности машины, анализ причин и последствий изменения ее технических характеристик в процессе длительной эксплуатации являются основой всей проблемы надежности.