Voronezh, Voronezh, Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
GRNTI 55.01 Общие вопросы машиностроения
GRNTI 55.13 Технология машиностроения
Rassmotreny tehnologicheskie metody povysheniya kachestva naukoemkih izdeliy. Ustanovleny kachestvennye i kolichestvennye pokazateli ob'ektov proizvodstva, uchityvayuschie usloviya ekspluatacii transportnoy tehniki. S uchetom polozheniy algebry Bulya provedena kriterial'naya ocenka veroyatnosti poyavleniya neshtatnyh situaciy pri ispytaniyah i ekspluatacii dvigateley letatel'nyh apparatov.
upravlenie kachestvom, sertifikaciya, kriterial'naya ocenka, tehnologichnost', letatel'nye apparaty, ispytaniya, ekspluataciya, dostovernost'
Введение
При изготовлении наукоемких авиационно-космических летательных аппаратов изделия проходят многократную оценку качества как для отдельных элементов, так и для изделия в сборке. В результате возникает необходимость применения новых технологических приемов, часть которых может находиться в стадии разработки или на уровне идеи. Опыт освоения в производстве ракетных двигателей показывает, что одним из наиболее перспективных направлений развития технологической науки в области управления качеством является создание комбинированных процессов обработки с наложением электрического поля, так как они расширяют технологические возможности по повышению качества и надежности изделий при изготовлении наиболее сложных и наукоемких элементов деталей, в том числе в труднодоступных для инструмента участках.
Анализ путей устранения нештатных ситуаций в процессе контроля и испытания летательных аппаратов
Заключительная часть цикла изготовления объекта включает его испытания в условиях, учитывающих наиболее значимые воздействия при эксплуатации изделия, например при выборочных ресурсных испытаниях двигателей летательных аппаратов.
Такие предполетные мероприятия выявляют отклонения от нормативных эксплуатационных показателей, не проявляющиеся при контроле и испытании элементов изделия на предшествующих стадиях жизненного цикла, в том числе связанных с процессом изготовления изделия. Устранение выявленных на этой стадии контроля отклонений может вызвать задержку сроков плановых пусков и полетов, поскольку их сложно оперативно устранить на месте эксплуатации. Поэтому требуется система создания и совершенствования технологических процессов у изготовителя, разработка мобильных технических средств контроля и испытаний у потребителя для восстановления эксплуатационных характеристик и повышения качества отдельных узлов технологическими (иногда совместно с конструкторскими) методами. По результатам испытаний оценивают уровень технологичности новых изделий, эффективность применения в производстве освоенных и вновь разрабатываемых технологических процессов для повышения качества и надежности как отдельных элементов, так и всего наукоемкого изделия, в частности с учетом требований авиационно-космической отрасли.
В работах [1-3] рассмотрены типовые примеры использования и создания комбинированных технологических процессов, направленных на совершенствование изделий на технологических стадиях их механообработки, сборки и испытания. Контроль и испытание систем обеспечивает качество прокладки гидравлических, газовых и электрических систем, расположенных, как правило, в специальных коллекторах в фюзеляже и крыльях, что предохраняет их от повреждений, исключает короткие замыкания, удобно для периодического обслуживания и восстановления работоспособности. Окончательное заключение по качеству всех систем получают по результатам испытаний систем, двигателей и изделия в сборке. При создании новых видов летательных аппаратов проводится отработка технологичности, в процессе которой оцениваются уровень унификации и стандартизации агрегатов и узлов, перспективы использования новых технологических процессов.
В настоящее время разработаны руководящие технические материалы [4; 5], содержащие нормативные требования по планированию работ, необходимых для обеспечения работоспособности изделий, заложенной при отработке эксплуатационной технологичности конструкций осваиваемых видов летательных аппаратов и их двигателей. Они включают сравнительные показатели полученной при испытаниях эксплуатационной технологичности; обеспечение требований по возможности применения прогрессивных методов выполнения технического обслуживания и ремонта; приспособленность конструкции к выполнению текущего обслуживания изделия при подготовке к полетам, а также доступ к отдельным системам с использованием унифицированного и стандартного инструмента.
В осваиваемых летательных аппаратах и двигателях в процессе отработки технологичности предусматривается [5] возможность использования по результатам испытаний агрегатно-узлового ремонта с заменой и восстановлением агрегатов с учетом фактического технического состояния, плановой проверки параметров агрегатов и блоков без их снятия с летательного аппарата и др.
Все элементы летательного аппарата и его двигателей должны быть удобными для снятия показаний в процессе испытаний, для чего предусматриваются встроенные датчики и присоединительные места для средств оценки технического состояния.
В [5] приведены типовые требования к обеспечению эксплуатационной технологичности, частично показанные в табл. 1, где представлены возможные ресурсные наработки до ремонта агрегатов летательного аппарата.
Таблица 1
Ресурсы агрегатов до ремонта
|
Ресурс, ч |
Количество в изделии |
Ресурс, ч |
Количество в изделии |
|
До 3000 |
1 |
5000-10000 |
До 7 |
|
3000-5000 |
До 2 |
Более 10000 |
Не менее 90 с заменой по результатам испытаний |
На рис. 1 приведены сведения [5] о трудоемкости замены (табл. 1) некоторых агрегатов при техническом обслуживании и восстановлении работоспособности (регулировка, контроль, испытание работоспособности), которая может иметь продолжительность:
- для 80 % агрегатов (в основном для радиоустройств и приборов) - в пределах 1 ч (это время, как правило, укладывается в период плановой стоянки летательного аппарата);
- для других агрегатов - в диапазоне от 1 до 8 ч (из них количество агрегатов, где время замены 6-8 ч, должно быть не более 1 % [5]).
Испытания летательных аппаратов по [5] связаны с периодичностью регламентного технического обслуживания и восстановления работоспособности авиационного летательного аппарата и его двигателей, которая оценивается в часах налета (табл. 2).
Таблица 2
Время в часах налета для технического обслуживания типовых агрегатов А-1,А-2,А-3
|
Периодичность выполнения работ |
А-1 |
|
А-2 |
А-3 |
|
Техническое обслуживание: а) после ввода изделия в эксплуатацию - не чаще чем через… |
100 |
|
300 |
900 |
|
б) через 1-1,5 года эксплуатации - не чаще чем через… |
200 |
|
600 |
1200 |
|
|
||||
|
Ремонт: |
Р-1 |
Р-2 |
Р-3 |
Р-4 |
|
а) в начале эксплуатации - не чаще чем через… |
2000 |
4000 |
6000 |
8000 |
|
б) через 1-1,5 года эксплуатации - не чаще чем через… |
3000 |
6000 |
9000 |
12000 |
Планирование и обоснование необходимости и сроков проведения испытаний ракетных двигателей приведены в [6].
Отработка эксплуатационной технологичности по результатам испытаний двигателей и изделий [4]
Эффективность работ, направленных на повышение эксплуатационной надежности и технологичности летательных аппаратов и двигателей авиационно-космической техники, оценивают по результатам испытаний. Такие работы разделяют на три этапа (рис. 2). Первый этап включает сбор необходимой информации, проведение анализа и систематизацию полученных материалов, где определяющую роль играют результаты испытаний.
На втором этапе создают руководящие технические материалы, отражающие вопросы эксплуатационной технологичности изделий с использованием современных технологических достижений, осуществимых у изготовителя и заказчика.
На третьем этапе выполняют контроль и испытания, оценку полноты выполнения требований и уровня эксплуатационной надежности при создании изделий.
Первый этап включает исчерпывающую исходную информацию, достаточную для проведения анализа и систематизации материалов для повышения эксплуатационной надежности летательных аппаратов и их двигателей. Такая работа проводится по основным системам, узлам и агрегатам, применяемым или планируемым к применению в процессе отработки технологичности на рассматриваемых видах летательных аппаратов и двигателей, в процессе их изготовления, транспортировки и хранения до начала эксплуатации.
При проведении работ на этом этапе учитываются материалы по качеству изделий, полученные в процессе государственных и эксплуатационных испытаний летательных аппаратов. При этом анализируются доступные сведения об эксплуатационной технологичности зарубежных летательных аппаратов и их двигателей, технологиях, применяемых для изготовления, технического обслуживания и восстановления эксплуатационных характеристик изделий.
На втором этапе работ (рис. 2) на базе результатов анализа обработанного материала первого этапа исследований разрабатывают и выдают разработчикам и изготовителям комплекты руководящих технических материалов, включающих:
- требования и рекомендации по повышению технических характеристик, эксплуатационной надежности серийных летательных аппаратов и их двигателей по результатам отработки технологичности;
- нормативные показатели по эксплуатационной надежности, качеству и технологичности осваиваемых летательных аппаратов и двигателей;
- результаты сравнительных количественных оценок эксплуатационных показателей;
- рекомендации для конструкторов и технологов по качеству, надежности и эксплуатационной технологичности, которые содержат информацию об обоснованных принятых и предлагаемых (удовлетворяющих заданным техническим требованиям) конструктивно-технологических решениях.
Основную часть работ первого и второго этапов выполняют специалисты научно-исследовательских, эксплуатационных и ремонтных подразделений. В них принимают участие специалисты опытно-конструкторских бюро и предприятий-изготовителей, но их участие имеет главным образом консультативный характер и сводится к рассмотрению и согласованию материалов по повышению качества и подбору в основном нетрадиционных технологических способов изготовления наукоемких изделий, осваиваемых в серийном производстве.
На третьем этапе рассматриваются вопросы организации работ по реализации объемов и сроков выполнения принятых технических требований и новых способов изготовления изделий, а также возможность ускоренного восстановления их работоспособности по результатам испытаний. Эти результаты должны быть подтверждены в ходе проведения государственных и эксплуатационных испытаний. При этом на всех стадиях проектирования летательного аппарата и двигателя, начиная с эскизного проекта, необходимо обеспечить эксплуатационную надежность, реализуемую в конструкции изделия при решении принципиальных вопросов обоснования компоновки, членения (разъемов), панелирования и т.п. Производство более совершенных и качественных изделий требует научного обобщения результатов испытаний и опыта эксплуатации аналогов или осваиваемых изделий.
Третий этап выполняется в основном разработчиком и изготовителем изделия. Роль представителей заказчика здесь сводится к осуществлению контроля за выполнением требований, предоставлению консультации конструкторам и технологам. Для этого на время отработки технологичности и создания нового типа летательного аппарата и двигателя заказчик выделяет высококвалифицированных специалистов-эксплуатационников, знакомых с основами конструирования и производством летательных аппаратов и двигателей, хорошо знающих вопросы технического обслуживания и ремонта. Имея доступ к документации и результатам испытаний, они могут активно участвовать в технологической проработке создаваемой конструкции, отработке технологичности, принятии конструктивных решений по членению, например, планера на агрегаты, агрегатов - на панели и узлы, а также в отработке монтажей, компоновок, разъемов и т.д.
Качество и обеспеченность применяемыми объективными средствами контроля, поддержание их хорошего технического состояния при эксплуатации обеспечивают высокий уровень предупреждения отказов (рис. 3). Информационной базой для оценки рассматриваемых методов являются сведения [6; 7] о качестве, надежности, техническом состоянии и затратах на обслуживание и ремонт объектов эксплуатации.
Формирование требований к автоматизированному поиску оптимальных технологических процессов для повышения эксплуатационных характеристик и управления качеством на примере двигателей летательных аппаратов [8]
Если рассматривать дефекты и сбои в работе двигателей транспортных средств (на стадиях испытаний, предполетной подготовки, в период эксплуатации) как случайные величины, связанные с несовершенством конструкции, технологии, ошибками исполнителей, транспортировкой, хранением, внешними факторами, то большинство из них можно предотвратить, если установить степень вероятности появления в динамических системах нештатной ситуации, оценить уровень ее значимости и сделать оперативную доработку объекта производства с целью защиты от воздействия наиболее опасных причин отказа техники.
Количество возможных нежелательных факторов (
) можно рассматривать как функцию 
(). Тогда степень опасности (y) их воздействия на показатели объекта (например, надежность для космических и авиационных изделий) можно принять как 
, где 
- допустимое (на каждом уровне испытаний или в процессе эксплуатации) отклонение полученного показателя от номинальной величины.
Между количеством рассматриваемых факторов и степенью их опасности для объекта существует формальная связь:
. (1)
Вероятность 
активного воздействия каждого фактора () на безопасность функционирования изделия при предельных отклонениях параметров может быть представлена зависимостью
, (2)
где 
- вероятность единичного или кратковременного воздействия на границе допуска на параметр.
Если управление качеством изделий выполнять с учетом только технологических воздействий, то в ходе совершенствования процессов (в ряде случаев совместно с конструкторскими и организационными мероприятиями) функция () для освоенных в производстве объектов монотонно убывает.
При этих условиях может быть получена вероятностная оценка повышения надежности наукоемкого изделия (
) в зоне, наиболее опасной для эксплуатации изделия, на границе допустимых отклонений:
Здесь плотность распределения случайных факторов, воздействующих на качественные показатели, например надежность, оценивается вероятностью влияния показателя на каждый технологический прием:
где 
- показатель уровня значимости (интенсивности) воздействия на объект с учетом его динамичности.
Левая часть выражения (4) показывает состояние динамической системы (например, надежность) в процессе совершенствования технологии изготовления и конструкции изделия (в том числе совместно с организационными мероприятиями).
Если принять положительно действующие технологические воздействия за 
, то их взаимное влияние можно учесть через декартово произведение 
, используемое в алгебре Буля [4]:
С учетом (7) для любого периода эксплуатации изделия (
), ограниченного установленным ресурсом, показатель надежности выразится через предельно допустимую величину вероятности возникновения нештатной ситуации:
Вероятность полезного действия внешнего технологического воздействия (z), например при внедрении нетрадиционного метода обработки, на показатели качества оценивается по зависимости
Взаимное влияние факторов (z) на единое воздействие можно рассматривать [4] как реакцию каждого единичного фактора 
на совокупность, определяющую результирующее воздействие 
. Тогда закон случайного внешнего воздействия на показатели качества изделий может быть представлен в форме, аналогичной критериальной оценке влияния факторов по алгебре Буля:
При выбранном количестве внешних воздействий и известных количественных взаимосвязях между воздействиями (z) можно получить из (10) расчетную модель, учитывающую уровень значимости и достоверности результатов испытаний:
Граничными условиями для модели (11) является выражение
где 
,
- свободный член и коэффициент в регрессионном уравнении для нахождения граничных условий в модели (11).
Выражение (12) записывают через 
Рассчитанный на вычислительной технике по модели (11) вариант оценки результатов испытаний позволяет ускорить поиск обоснованного решения, до предела снизить привлечение экспертов и получить достоверные управленческие решения от исполнителей рядового уровня подготовки при достаточном объеме информации по результатам испытаний.
Заключение
Разработаны требования к организации системы поддержания и повышения уровня качества двигателей и летательных аппаратов с контролем этого показателя по результатам испытаний на заключительной стадии жизненного цикла изделий.
Показано, что весь комплекс исследований по разработке и освоению наукоемких изделий можно разделить на три этапа, которые включают разработку теоретических основ методов и руководящей технической документации; испытания конкретных систем и агрегатов летательных аппаратов и их двигателей; экспериментальную проверку методов восстановления работоспособности отдельных агрегатов и эффективности их внедрения.
Разработаны рекомендации для создания нормативных материалов по повышению качества летательных аппаратов и их двигателей с учетом использования прогрессивных технологических процессов.
1. Smolencev, V.P. Tehnologicheskie metody povysheniya kachestva letatel'nyh apparatov / V.P. Smolencev, B.I. Omigov, M.A. Uvarov // Problemy kachestva mashin i ih konkurentosposobnosti: materialy 6 mezhdunar. nauch.-tehn. konf. - Bryansk, 2008. - S. 445-446.
2. Omigov, B.I. Mnogokriterial'naya optimizaciya kachestva izdeliy na zaklyuchitel'noy stadii ih zhiznennogo cikla / B.I. Omigov, V.P. Smolencev, A.V. Bondar' // Proektirovanie mehanizmov i mashin: tr. 2 vseros. nauch.-prakt. konf. - Voronezh: CNTI, 2008. - S. 161-168.
3. Omigov, B.I. Obespechenie kachestva naukoemkih izdeliy tehnologicheskimi metodami / B.I. Omi-gov, V.P. Smolencev // Student, specialist, professional: materialy 3 mezhdunar. nauch.-tehn. konf. - Voronezh: VGTU, 2010. - S. 13-29.
4. Safonov, S.V. Povyshenie ekspluatacionnyh harakteristik detaley putem modifikacii po-verhnostnogo sloya / S.V. Safonov, V.P. Smolen-cev, A.I. Portnyh // Progressivnye mashinostroitel'nye tehnologii, oborudovanie i instrumenty: v 5 t.: monografiya / pod red. A.V. Kiricheka. - M.: Spektr, 2014. - T. 3. - S. 365-406.
5. Tehnicheskaya ekspluataciya letatel'nyh apparatov / pod red. A.I. Pugacheva. - M.: Transport, 1977. - 440 s.
6. Omigov, B.I. Praktika primeneniya ekonomicheskih metodov menedzhmenta kachestva produkcii mashinostroeniya / B.I. Omigov // Netradicionnye metody obrabotki: sb. nauch. tr. - M.: Mashinostroenie, 2006. - S. 237-243.
7. Bondar', A.V. Kachestvo i nadezhnost' / A.V. Bondar'. - M.: Mashinostroenie, 2007. - 326 s.
8. Kontrol' i upravlenie kachestvom produkcii v gibkostrukturnom proizvodstve / N.M. Borodkin, V.I. Kleymenov, A.S. Belyakin, V.P. Smolencev. - Voronezh: VGU, 2001. - 158 s.
