Следовательно, максимальную погрешность расположения можно представить в виде формулы:

_рас = _ср + (₁ + ₂ ) / 2

Таким образом, при зависимом допуске расположения:

- деталь изготовить проще, т.к. допуск на изготовление увеличивается;

- требуются рабочие низкой квалификации;

- возможен контроль жёсткими калибрами.

При независимом допуске расположения контроль может осуществляться только универсальными приборами и ни в коем случае калибрами расположения - они не применимы.

Таким образом, назначать тот или иной вид допуска необходимо по функциональному назначению детали. Если необходимо обеспечить только собираемость деталей без других требований по точности, то используется зависимый допуск расположения. Если повышенные требования к отклонению от соосности обусловлены точностью эксплуатационных показателей (работоспособность, надёжность, долговечность и др.), то устанавливается независимый допуск.



3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА И КОНКУРЕНТНОСПОСОБНОСТИ ПРОДУКЦИИ

Серии стандартов ИСО 9000 - 9004 рационализируют накопленный опыт и является основой для системы, определяющей гарантию обеспечения стабильности качества.

Основной целью этой серии международных стандартов является определение разногласий и взаимосвязей между основными понятиями в области качества и представлением руководящих положений по применению этих стандартов на предприятиях при решении задач обеспечения качества, а также во внешних отношениях по этому вопросу.

Обеспечение качества охватывает все стадии жизненного цикла продукции.

Жизненный цикл изделия - это совокупность взаимосвязанных процессов изменения состояния изделий при его создании и использовании. Он делится на следующие стадии:

- исследование и проектирование;

- изготовление составных частей изделия;

- сборка;

- испытание, отладка;

- эксплуатация.

Вопросы стандартизации, унификации, взаимозаменяемости, технологического, конструкторского и метрологического обеспечения охватывает все этапы жизненного цикла изделия.

Обеспечение качества - это основа деятельности по стандартизации, метрологии сертификации:



Рис. 3.1

Под качеством продукции понимают совокупность всех свойств продукции,

обеспечивающих удовлетворение определённых потребностей.

Характер этих потребностей предопределяет требования к свойствам продукции.

Качество - степень соответствия характеристик требованиям.

Обеспечение качества продукции - совокупность планируемых и систематически проводимых мероприятий, необходимых для приведения продукции в наибольшее соответствие установленным требованиям к её качеству.

Согласно стандарту ИСО9004 все этапы и виды деятельности по обеспечению качества включают:

1 - маркетинг, поиски, изучение рынка;

2 - проектирование и разработка технических требований, разработка продукции;

3 - материально-техническое снабжение;

4 - подготовка и разработка производственных процессов (оснастка, технологические циклы и т. д.);

5 - непосредственное производство;

6 - контроль, проведение испытаний и обследований;

7 - упаковка и хранение продукции;

8 - реализация п распределение продукции;

9 - монтаж и эксплуатация;

10 - техническая помощь и обслуживание при эксплуатации;

11 - утилизация продукции после использования.

Рис. 3.2

Эти мероприятия должны осуществляться на всех этапах жизненного цикла продукции (ЖЦП). ЖЦП - петля качества.

В рамках всей производственной деятельности предприятия изучение рыночного спроса и проектирование имеют принципиально важное значение для точного установления потребностей в продукции и требований к ней, а также формирования банка данных, обеспечивающих производство изделий в соответствие с установленными требованиями при оптимальных затратах. В нашей стране ИСО 9000 представлены в ГОСТ 40.9001-88 ГОСТ 40.9003-88.

На первом этапе необходимо изучать спрос и потребности рынка и формулировать требования к продукции. На каждом этапе необходимо контролировать продукцию. Требования к продукции могут быть обязательными или добровольными.

Обязательные требования - требования по безопасности, которые закладываются в техническом регламенте. В ГОСТе закладываются добровольные требования.

Конкурентоспособность - совокупность свойств и характеристик, обеспечивающих преимущественную возможность реализации данного изделия на конкретном внутреннем или внешнем рынке в рассматриваемый период.

Существует три основных критерия, по которым определяют конкурентоспособность изделия:

1. технический уровень изделия.

2. экономический уровень изделия.

3. патентно-правовая защищенность, характеризующаяся патентной чистотой изделия. В изделии использовано техническое решение, не попадающие под действие патентов России (для изделий, используемых внутри страны) и действие патентов, выданных в странах предполагаемого экспорта (для изделий, подлежащих продаже за рубежом) и патентной защищенностью изделия, выражающей степень защищенности авторскими свидетельствами (патентами России) и патентами стран, где предполагается продавать эти изделия.

3.1 ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА

Показатели качества - комплексная характеристика конкретного свойства продукции, входящего в состав её качества.

Основные параметры качества определяют техническое состояние изделия в данный момент времени, а показатели надёжности характеризуют закономерности изменения этих параметров изделия в процессе эксплуатации.

Наиболее эффективным показателем качества машин и механизмов являются их эксплуатационные характеристики, зависящие от технического уровня машиностроения.

Эксплуатационные показатели - это характеристики, определяющие качество выполнения изделием заданных функций. К ним относятся: надёжность, эргономические показатели, и экономичность эксплуатации. Качество можно представить схемой:

Рис. 3.3

Показатели качества делятся на:

Показатели назначения (грузоподъёмность, скорость, точность, мощность).

Показатели надёжности:

Долговечность;

Сохраняемость;

Ремонтопригодность;

Безотказность.

Надёжность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Показатели: ресурс, срок службы, назначенный ресурс.

Сохраняемость - свойство изделия сохранять эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования. Показатели: средний срок сохраняемости, гамма процентный срок сохраняемости.

Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей. Показатели: среднее время восстановления, вероятность ремонта в заданное время, средняя стоимость технического обслуживания.

Безотказность - свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. Показатели: вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, наработка на отказ, поток отказов.

Показатели взаимозаменяемости.

Взаимозаменяемость - пригодность одного изделия (детали, узла, процесса, услуги) для использования вместо другого изделия (процесса, услуги) в целях выполнения одних и тех же требований.

Взаимозаменяемость - основное свойство совокупности изделий, определяющих качество продукции.

Показатели совместимости.

Совместимость - пригодность продукции (процессов, услуг) к совместному, не вызывающему нежелательных взаимодействий, использованию при заданных условиях для выполнения установленных требований.

Показатели стандартизации и унификации.

Показатели унификации;

Показатели стандартизации;

Показатели повторяемости;

Показатели применяемости.

Эргономические показатели:

Гигиенические;

Антропометрические;

Физиологические;

Психофизические;

Психологические.

Эргономика - приспособленность техники к человеку.

Эстетические:

Красота, дизайн.

Патентно-правовые показатели:

Патентная чистота.

Экономические показатели определяются трудоёмкостью. Затраты на изготовление определяют себестоимость изделие.

показатели безопасности.

показатели технологичности.

показатели экологичности.

Рис. 3.4

3.2 УРОВЕНЬ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ

Уровень качества продукции - это относительная характеристика качества продукции, основанная на сравнении совокупности показателей её качества с соответствующей совокупностью базовых показателей.

Относительная характеристика качества продукции, основанная на сравнении значений показателей качества оцениваемой продукции с базовыми значениями соответствующих показателей.

Технический уровень качества продукции - это относительная характеристика качества продукции, основанная на сопоставлении значений показателей, характеризующих техническое совершенство оцениваемой продукции с соответствующими базовыми показателями.

Базовые показатели - показатели качества продукции, принятые за исходные при сравнительной оценке качества.

В качестве базовых показателей используют показатели:

1. Перспективных образцов продукции.

2. Лучших мировых образцов.

3. Установленные в стандартах.

Для обеспечения стабильности уровня качества необходим систематический контроль его показателей, т.е. управление качеством.

Управление качеством - это установление, обеспечение и поддержание необходимого уровня качества продукции при её разработке, производстве и эксплуатации, осуществляемое путем систематического контроля качества и воздействия на условия и факторы, влияющие на него.

Контроль качества - проверка соответствия показателей качества установленным требованиям.

Качество продукции должно соответствовать современному уровню развития науки и техники и представляет собой сложную технико-экономическую категорию.

Под оптимальным уровнем качества понимается такое сочетание её свойств, которое обеспечивает удовлетворение определенных потребностей при минимальных затратах.

На рисунке показана схема оценки уровня качества изделия.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3.5

Для стимуляции выпуска и разработки высококачественной продукции, отвечающей мировому уровню, проводят аттестацию продукции.

Под государственной аттестацией понимается система организационно-технических и экономических мероприятий, предусматривающих отнесение продукции к категории качества и направленных на планомерное повышение качества и своевременного внедрения научно-технических достижений.

К высшей категории качества должна относиться продукция, отвечающая по всем показателям качества уровню лучших мировых стандартов. Она характеризуется высокой стабильностью показателей качества, высоким техническим уровнем, строгим соблюдением технологии и высокой культурой производства.

К первой категории относится продукция, отвечающая НТД, содержащим современные требования, соответствующие значениям стандартом для серийных изделий. Она должна иметь стабильные показатели качества.

Если продукция не соответствует требованиям высшей и первой категории качества, комиссия принимает решение об отказе в аттестации и продукция подлежит снятию с производства.

При этом проверяется наличие и состояние средств контроля показателей качества, и методы испытаний изделий на соответствие требованиям значений функциональных параметров.

Основные понятия о взаимозаменяемости.

На современных машиностроительных заводах детали изготавливаются независимо друг от друга в одних цехах, а собираются в узлы, агрегаты, установки в других. Кроме того, крепежные детали (болты, гайки), подшипники и др. получают по кооперации из других заводов.

Такая организация производства стала возможной потому, что конструкторы при разработке новых изделий стремятся к тому, чтобы детали и узлы при изготовлении получились взаимозаменяемыми, т.е. одинаковыми по всем функциональным показателям: размерам, форме, свойствами материалов и др.

Взаимозаменяемостью называют свойство, независимо изготовленных деталей и узлов изделий, обеспечивать возможность беспригоночной сборки (или замене при ремонте) сопрягаемых деталей в узел, узлов в изделие при соблюдении предъявленных к ним требований.

Иначе, признаками взаимозаменяемости является:

1. собираемость деталей, изготовленных независимо;

2. полученное в результате сборки соединение должно соответствовать техническим условиям, удовлетворять эксплуатационным требованиям (определенный зазор вал-втулка, обеспечивающий требуемую свободу перемещения, или натяг, обеспечивающий прочность соединения и его долговечность), подшипники качения собрать с валом любого узла и т.д.

Собираемость деталей будет обеспечена, если размеры выполнены в определенных пределах, соответствующих заданной точности.

Взаимозаменяемость - основное свойство совокупности изделий, определяющих качество продукции.

Свойствами изделий, определяющих качество отдельных деталей, изделий является точность, надежность, долговечность.

Рис. 3.6

В производстве для каждого конкретного случая назначаются отклонения с соответствующей точностью, которая обеспечит и взаимозаменяемость, и стабильность функциональных параметров машины. При этом качество изделий сохраняется, а производство их облегчается и повышается эффективность (экономичность) производства.

Функциональная взаимозаменяемость.

В современных условиях под взаимозаменяемостью понимают не только свойства продукции, определяющих успешное выполнение заданных функций (скорость, расход, производительность и т.д.), точность обработки, но и обеспечение заданных эксплуатационных показателей однотипных изделий путем установления допустимых отклонений на их функциональные параметры (размеры, зазоры, натяги), т.е. так называемая функциональная взаимозаменяемость.

Функциональной взаимозаменяемостью (ФВ) называется взаимозаменяемость, при которой в заданных пределах обеспечиваются экономически оптимальные эксплуатационные показатели изделий путем установления связей этих показателей с функциональными параметрами и определенной точностью, исходя из допустимых отклонений эксплуатационных характеристик изделий.

Типовыми функциональными параметрами могут быть:

1. геометрические (размеры, форма, расположение);

2. механические, физико-механические (твердость, упругость, пластичность);

3. электрофизические (I, U, C, магнитные свойства);

4. световые, акустические;

5. физические, химические (коррозия).

ФВ осуществляется на всех этапах проектирования, производства, эксплуатации.

С помощью принципов и методов ФВ обеспечивается рост качества продукции и повышается точность, надежность и долговечность изделий.

Например, от величины зазора между поршнем и цилиндром (функциональный параметр) зависит мощность двигателя (эксплуатационный параметр).

Достигается функциональная взаимозаменяемость (ФВ) при помощи соответствующих методов расчёта точности зазоров, натягов сопряжений и выполнении их при изготовлении деталей. Функциональная взаимозаменяемость

обеспечивает необходимый запас работоспособности машин и экономически оптимальные и стабильные во времени эксплуатационные показатели.

Например, определив характер воздействия на неровности поверхности трущихся пар можно изменить распределение вероятностей появления критических температур, приводящих к заеданию пар, уменьшится вероятность отказа, т.е. повышается надёжность.

Для достижения наибольшей эффективности функциональной взаимозаменяемости необходимо при конструировании, производстве и эксплуатации следующих исходных положений.

При конструировании:

1. Для ответственных деталей необходимо соблюдать взаимозаменяемость по геометрическим параметрам, механическим свойствам материала, электрическим и, химическим и другим функциональным параметрам.

2. Однородность исходного материала по химическому составу, и стабильность химических свойств.

Для обеспечения ФВ на стадии проектирования необходимо:

- уточнить номиналы эксплуатационных показателей и определить их допустимые отклонения, исходя из требований надёжности, прочности и т.д.;

- выявить входные функциональные параметры, от которых зависят эти эксплуатационные показатели (ЭП) и их изменение по времени;

- установить связь и степень влияния функциональных параметров на ЭП.

Зная связь и допуски на ЭП, определить допустимые отклонения на функциональные параметры и рассчитать посадки для ответственных сопряжений с гарантированным запасом работоспособности изделий.

Например, при сопряжении конусных поверхностей для передачи максимального крутящего момента необходимо задать положительное отклонение угла как наружной, так и внутренней поверхности.

Рис. 3.7

4.Широкое использование стандартизации, унификации и принципов предпочтительности, что повышает качество и экономичность.

5. Шероховатость, погрешности формы и расположения должны соответствовать оптимальным ЭП.

6. Технологичность изготовления и возможность измерения и контроля изделий.

Разработка чертежей с указанной точностью изготовления поверхностей детали - составная часть взаимозаменяемости.

Для соблюдения взаимозаменяемости необходима соответствующая точность средств измерений.

Основными принципами функциональной взаимозаменяемости являются:

1. принцип унификации и стандартизации,

2. принцип предпочтительности,

3. принцип выбора допусков и посадок, классов точности, обеспечение запаса точности,

4. принцип инверсии (преемственность погрешностей изготовления, контроля, эксплуатации).

Виды взаимозаменяемости

Различают внешнюю и внутреннюю взаимозаменяемость (ВЗ):

Внешняя ВЗ - это ВЗ покупных и кооперируемых изделий по ЭП, по размерам и форме присоединительных размеров, с помощью которых данное изделие присоединяется к проектируемому (например, электродвигатель к проектируемому редуктору).

Внутренняя ВЗ - это, когда все элементы, входящие в изделие взаимозаменяемы. Она делится на полную и неполную ВЗ.

Полная ВЗ - свойство собираемости и возможности равноценной замены любой детали изделия другой однотипной деталью, независимо изготовленной, с сохранением эксплуатационных свойств, т.е. с соблюдением технических требований по всем параметрам без дополнительной доработки.

При этом упрощается процесс сборки, и получают изделие требуемого качества. Это достигается тем, что все детали узла изготовляются в определённых пределах

Сборка их сводится к простому соединению деталей рабочими невысокой квалификации.

Функциональная взаимозаменяемость может быть только полной.

Достоинства полной ВЗ:

1. упрощение процесса сборки,

2. точное нормирование процесса сборки,

3. возможность организации поточного производства и его автоматизации,

4. Широкая специализация и кооперирование заводов способствует ограничению номенклатуры изделий и их унификации,

5. Упрощение ремонта изделий.

Недостатки полной ВЗ:

Полную ВЗ можно применять для изделий не точнее 6-го квалитета.

Если эксплуатационные требования приводят к необходимости изготовления детали с малыми экономически неприемлемыми или технологически трудно выполнимыми допусками, применяют неполную ВЗ. Она делится на групповую ВЗ и с применением компенсаторов, которые могут быть подвижными и неподвижными. С помощью подвижных компенсаторов можно регулировать эксплуатационный параметр. Неподвижные представляют собой кольца, планки и т.п., изменяя размеры и отклонения которых можно обеспечить необходимый эксплуатационный параметр.

Уровень ВЗ производства характеризуется коэффициентом взаимозаменяемости:

К_вз = Т_вз / Т_о



Т_вз - трудоёмкость взаимозаменяемых деталей,

Т_о - Общая трудоёмкость изготовления деталей.

Степень приближения его к 1 , является показателем технического уровня производства.

Значение ВЗ в повышении качества продукции

Для обеспечения прогресса в машиностроении необходимо повышать технический уровень оборудования, улучшать конструкции машин, приборов и т.д., применять прогрессивную технологию, повышать качественные характеристики сырья и материалов, создавать системы машин для комплексной автоматизации и механизации важнейших производственных процессов, внедрять прогрессивные технологии, расширять специализацию и кооперирование производства. Важнейшей задачей является унификация, стандартизация машин, инструментов, типизация техпроцессов их изготовления, обеспечение полной взаимозаменяемости. Вновь осваиваемая продукция должна отвечать последним достижениям науки и техники.

Значение взаимозаменяемости для производства в следующем:

1. возможно кооперирование цехов, заводов,

2. возможна специализация,

3. изготовление большого количества однотипных деталей экономичнее,

4. возможно современные прогрессивные методы сборки,

5. эксплуатация машин, изготовленных из взаимозаменяемых деталей проще и экономичнее,

6. возможна централизованная система снабжения запчастями,

7. стабильность качества изделий.

Однако взаимозаменяемость не везде может быть применима по соображениям экономичности.

Экономические границы взаимозаменяемости заключаются в следующем:

1. При изготовлении крупногабаритных деталей в тяжёлой промышленности,

2. При изготовлении деталей весьма малых размеров,

3. При изготовлении сопряжений высокой точности.



4. МЕТРОЛОГИЯ

Метрология - (греч.) учение о мерах.

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности измерений. (МИ 2247-93 «Рекомендации. Метрология. Основные термины и определения»).

Существуют:

Теоретическая метрология;

Практическая метрология (прикладная);

Законодательная метрология.

Теоретическая занимается изучением и созданием единиц физической величины.

Законодательная с помощью законов заставляет обеспечивать единство и точность измерений.

1 принцип: придерживаться единой системы единиц физической величины.

2 принцип: оценивать вероятность погрешности средств измерений (поверка).

Прикладная занимается вопросами практического применения средств измерений и внутренними теоретическими разработками.

Система СИ

Длина - L - м

Масса - m - кг

Время - T - с

Сила электрического тока - I - (ампер)А

Сила света - J - (кандела)cd

Термодинамическая температура - И - (кельвин)К

Количество вещества - N - моль

Дополнительно:

Плоский угол - радиан

Телесный угол - стерадиан

Единицы физических величин делятся на основные и производные.

Эталоны делятся на первичные, сравнения и вторичные.

Эталон метра - длина пути, проходимого в вакууме лучом света за 1/299792458 долю секунды. Прототипом единицы длины принимают платино- иридиевую штрих-меру длиной 102 см.

Эталон времени - эталон, реализуемый на установке для наблюдения резонанса в атомном цезиевом пучке, воспроизводит единицу времени (с).

Государственный первичный эталон силы электрического тока - определяется на основе квантовых эффектов Джозефсона и Холла (ампер).

Организацией по созданию, хранению и применению государственных эталонов является государственный научный метрологический центр.

Выбор измерительных средств

Выбор измерительных средств зависит от следующих факторов:

- принятых организационно- технических форм контроля (сплошной контроль - сортировка, выборочный - приёмочный, автоматизированный - управление качеством);

- типа производства (мелкосерийный, индивидуальный - универсальные приборы и инструменты, крупносерийный, массовый - калибры);

- конструктивных особенностей контролируемой детали (вес, габариты, жесткость: тонкостенные детали - бесконтактные измерительные средства, большие габариты - переносные и т. д.);

- точности изготовления деталей;

- точности метода измерения;

- экономические факторы.

Основные принципы выбора средств измерения:

- точность измерительных средств должна быть достаточно высокой по сравнению с точностью изготовления измеряемой детали;

- трудоёмкость измерений.

Погрешность измерения - это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Абсолютная погрешность измерения выражается в единицах измеряемой величины.

Погрешности измерений классифицируются по:

- способу выражения. К ним относятся абсолютные, относительные и

приведенные погрешности;

- по характеру проявления. К ним относятся грубые, систематические, случайные и прогрессивные погрешности.

Допустимая погрешность измерений устанавливается, исходя из допуска на контролируемый размер. Недостаточная точность измерения приводит к вероятности признать годной бракованную деталь, с другой стороны, слишком высокая точность вызывает увеличение трудоёмкости измерений и удорожание изделия.

Средство измерения выбирают по определённой предельной погрешности:

(_{l i m} )_T (_{l i m})_СИ,

где (_{l i m} )_T - необходимая точность измерения параметра;

(_{l i m})_{СИ -} допустимая точность средства измерения.

Причём средство измерения должно обеспечивать минимальную трудоёмкость.

На практике существуют два метода назначения средств измерения:

- по коэффициенту точности;

- по допустимым выходам из поля допуска.

Первый самый простой , основанный на том, что точность средства измерения должно быть в несколько раз выше точности изготовления детали.

Коэффициент запаса точности:

К_Т = Т / 2(_{l i m})_СИ,



где Т - допуск размера поверхности.

Коэффициент точности принимается в пределах К_Т = 1,5 -10 в зависимости от точности изготовления поверхности детали.

Кроме того, существуют рекомендации по относительной погрешности метода измерений. Например, при косвенном методе измерения могут иметь место неточность количественных формулировок физических законов, используемых при пересчёте одних величин в другие. Кроме того, сам процесс пересчёта может быть выполнен с ограниченной точностью.

Существуют рекомендации по относительной погрешности метода измерения:

А_мет = (_{l i m})_СИ / Т или А_мет = 0, 5 К_Т,

где А_мет - относительная погрешность метода, которая принимается от

0,2 - 0,35, что соответствует К_Т = 2,5 - 1,5.

Для точных изделий А_мет = 0,2 - 0,3

(_{l i m})_СИ = Т А_мет

По расчётной погрешности выбирают прибор для измерения.

На практике необходимая точность измерения заданного размера определяется с использованием следующих соотношений:

С _изм = 0,2 Т_р для квалитетов 9….12

С_изм = 0,35 Т_р для квалитетов 6,7,8

С_изм = 0,5 Т_р для квалитетов >12.

Точность СИ должна быть меньше допускаемой погрешности измерения



С_изм С _СИ, где С_СИ =0,5 ЦД

ЦД - цена деления шкалы.

Выбор по допустимым выходам за пределы поля допуска основан на том, что результаты измерений не должны выходить за эти пределы на величину, большую допустимой стандартом при контроле предельными калибрами. Это не нарушает характер посадок и является приемлемой величиной, т.к. рассеяние размеров в пределах поля допуска подчиняется нормальному закону, и наибольшее количество размеров находится в середине поля допуска. Вероятность появления максимальных размеров составляет всего 0,46%

Тогда расчётная предельная погрешность средства измерения определяется из соотношения:

(_{l i m})_СИ = Кa² (0,5 Т + l _max)² - 0,5 T²,

где l _max - максимально возможный выход за поле допуска проходных и непроходных калибров.

Кa = 3 / za , где za - аргумент функции Лапласа и зависит от заданной вероятности. При a = 0.9973, z =3, К = 1, тогда:

Погрешности измерения отражены в следующих стандартах:

1.ГОСТ 8.051-81;

2.РД 50-98-86,

3.МУ. Выбор универсальных СИ линейных размеров до 500

4.ГСИ - Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм.

Статистические методы оценки погрешностей измерений

Наблюдения за изготовлением деталей на станке с одной настройки при неизменных условиях и измерением одним и тем же инструментом или прибором выявляют наличие рассеяния размеров, что указывает на наличие случайной составляющей погрешности на закономерно изменяющемся или постоянном уровне. Сам уровень характеризует систематическую составляющую погрешности.

Систематической погрешностью называется составляющая погрешности, которая остаётся постоянной или изменяется по определённому закону в зависимости от случайных факторов.

Систематической погрешность может быть постоянной и переменной. Например, неточность настройки прибора, отклонение от рабочей температуры - это постоянные систематические погрешности. При этом математическое ожидание: М_Х = а. При переменных систематических погрешностях (например, износ инструмента) математическое ожидание будет: М_Х (t)= a(t).

Cистематические погрешности можно частично или полностью устранить, используя поправочные коэффициенты. Если полностью устранить не удаётся, то

их учитывают в допуске на размер.

Случайной составляющей погрешностью называется погрешность, которая изменяется случайно в зависимости от множества факторов не постоянных по величине и по знаку. Например, повторные измерения.

Эти погрешности определить и устранить невозможно, их можно только уменьшить. Например, стабилизировать усилие зажима.

При помощи теории вероятности и математической статистики можно оценить только суммарное значение случайных погрешностей измерения.

Случайные погрешности измерения могут быть дискретными (например, разброс диаметров поверхностей) или непрерывными (например, изменение диаметров измеренных вдоль оси цилиндра).

При проведении большого числа повторных измерений появление случайных погрешностей измерения подчиняется определённым закономерностям, изучением которых занимается теория вероятностей и математическая статистика. С точки зрения последней случайную погрешность измерения можно охарактеризовать с помощью распределения вероятности их появления или плотностью распределения вероятности Р_х (х_i), представляющую собой предел отношения вероятности того, что случайная величина х находится в пределах от Х до Х + Х и величине интервала х.

Р_х (х_i) = l i m [ Р(х Х х+х)] / х

Обычно характер рассеяния размеров подчиняется определённому закону распределения.

1. Закон Максвелла. Ему подчиняется рассеяние торцевого и радиального биения

2. Экспоненциальный закон Вейбула - Гнеденко. Ему подчиняются рассеяния отказов машин:

3. Закон нормального распределения (закон Гауса). Этому закону подчиняются суммарные погрешности, когда ни один из факторов не является превалирующим. Например, погрешности измерения размеров.

у - плотность вероятности погрешностей измерений, е = 2,718;

Вид кривой и её положение по оси Х полностью определяется математическим ожиданием. Математическое ожидание М_Х характеризует теоретическое значение среднеарифметической погрешности Х при бесконечно большом количестве измерений:

для дискретной величины - М_Х = а = х _iр(х _i),

для непрерывной - М_Х = х px (x) dx

Значение М_Х характеризует положение центра группирования случайных величин.

Параметр б - среднеквадратичное отклонение как мера рассеяния результатов измерений определяется:

для дискретной - б = (х _I - М_Х )² р(х _i );

для непрерывной - б = (х _I - М_Х )² px (x) dx.

Случайные погрешности влияют на форму кривой распределения, т.е. при его уменьшении происходит сужение кривой, при увеличении - расширение.

Рис. 4.1

Систематическая погрешность на форму кривой не влияет, но смещает центр группирования, при этом амплитуда кривой не изменяется:

- для постоянной, например, на величину погрешности настройки прибора:

Рис. 4.2

- для переменной, например, износ измерительного наконечника во времени:

Рис. 4.3

На практике случайную величину погрешности измерения удобно выразить через нормированное отклонение:

T = X / б , (X 0, б 1).

Так как на практике мы оперируем конечным числом значений, то вместо б

Определяют среднеквадратичную погрешность (дисперсию) S б:

Среднеквадратичная погрешность среднеарифметической величины Х_ср равна

Наиболее вероятным значением действительной величины является среднеарифметическое ее значение Х_ср = УХ_i /n.

Поэтому для снижения погрешности измерения используется измерение одной и той же величины не менее трёх раз, а затем определяют среднеарифметическую погрешность:



В математической статистике доказано, что отклонение среднеарифметического в n раз меньше, чем отклонение отдельных измерений. Погрешность результата измерений определяется

Это не значит, что с увеличением количества измерений можно достичь бесконечной точности. Если эта величина меньше, чем разрешающая способность прибора, то дальнейшее увеличение количества измерений бессмысленна. При числе измерений n 30 используется коэффициент

Стъюдента:

Увеличивать число измерений следует до тех пор, пока доверительный интервал, который определяется по формуле:

будет меньше возможной точности измерения инструментом или прибором, равной: С_си = цд/2, а для ответственных измерений: С_си = цд/3, где цд - цена деления. Доверительные границы результатов измерений являются предельные значения случайных величин Х. Найти границы доверительного интервала, дисперсии при нормальном распределении и известной доверительной вероятности можно с помощью распределения Пирсона.

Функция для треугольного закона Симпсона выражается соотношением:

(1/Ь ²) (Ь - ¦?¦) при ¦?¦ ? Ь, 0 при ¦?¦ > Ь

Функция для равномерного закона распределения выражается соотношением:

1/(2Ь ) при ¦?¦ ? Ь, 0 при ¦?¦ > Ь

Если неизвестна дисперсия, то используется распределение Стъюдента, а при известной дисперсии и неизвестном законе распределения используется неравенство Чебышева.

Качество измерений характеризуется сходимостью результатов измерений, а их повторяемость воспроизводимостью.

Качество измерений определяется относительной погрешностью д, т.к.

д = Д · 100% / Х_и ,

т.е. с уменьшением Х_и д увеличивается.

Х_и - измеряемая величина.

Приведенная погрешность, определяемая по формуле г = Д· 100% / Х_н , численно равна классу точности прибора.

Х_н - диапазон измерения прибора.

В основе определения предела допустимой погрешности измерения лежит принцип - реальная погрешность измерения всегда имеет предел.

Погрешность измерения называется мультипликативной, если она изменяется пропорционально изменению измеряемой величины.

По форме количественного выражения погрешности измерения делятся на абсолютные и относительные.

В метрологии при оценке годности параметра возможны ошибки 1(первого) и 11(второго) рода, которые оцениваются уровнем значимости q = 1- Р,

где Р - доверительная вероятность.

Ошибки 1 рода - когда q не должен быть достаточно малым, чтобы забраковать деталь при правильной оценке;

Ошибки 11 рода - слишком малое значение q может привести к ложной оценке.

Поэтому уровень значимости должен находиться в пределах 0,02 ? q ? 0,1.

При планировании измерений во время экспериментов обязательно необходимо обратить внимание на характеристику объекта измерения.

качество продукция метрологический

4.1 ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В метрологической деятельности важным законом является «Закон о единстве измерений», который отражает:

Основные метрологические понятия (термины, определения).

Компетенция ГОСТ РФ в обеспечении единства измерений.

Единицы величин, государственные эталоны, средства и методики измерений.

Компетенция и структура государственной метрологической службы и других государственных служб обеспечения единства измерений.

Цели этого закона предусматривают:

- установление правовых основ обеспечения единства измерений (ОЕИ);

- регулирование отношений государственных органов с юридическими лицами в области ОЕИ;

- защита прав и законных интересов граждан … от недостоверных измерений;

- содействие прогрессу на основе создания государственных эталонов единиц, а также соблюдения функциональной взаимозаменяемости;

- гармонизация средств измерения в РФ с мировой практикой измерений.

В законе определяются сферы деятельности, в которых соблюдение метрологических требований обязательно и на которые распространяется государственный метрологический надзор:

Ветеринария, здравоохранение, охрана окружающей среды, обеспечение безопасности труда.

Испытание и контроль качества продукции в целях определения соответствия требованиям технических регламентов.

Обеспечение обороны страны.

Все документы, связанные с обеспечением единства измерений, представляют собой комплекс основополагающих стандартов - ГСИ: ГСИ ГОСТ 8, ГСИ ГОСТ Р 8, в которых устанавливаются требования, правила и нормы согласно этому закону.

Основными объектами ГСИ являются:

- нормы точности измерений.

- единицы измерения, функциональная взаимозаменяемость;

- государственные эталоны и поверочные схемы;

- методы и средства поверки средств измерений;

- нормы точности измерений.

В технические основы обеспечения единства измерений не входит система единиц физических величин.

Госрегулирование в области ОЕИ предусматривает:

- утверждение типа стандартных образцов и средств измерений;

- поверка средств измерений;

- метрологическая экспертиза;

- государственный метрологический надзор;

- аттестация методик измерений;

- аккредитация юридических лиц и индивидуальных предприятий на выполнение работ.

Формой госрегулирования является государственный метрологический надзор, который обеспечивает обратную связь при управлении ОЕИ в РФ.

Согласно закону «Об обеспечении единства измерений» Государственный метрологический надзор осуществляет:

- соблюдение обязательных требований в сфере госрегулирования ОЕИ к измерениям и единству измерений;

- наличие соблюдений требованиям использование аттестованных методик измерений;

- соблюдение обязательных требований к отклонениям количества расфасованных товаров в упаковке.

Государственный метрологический надзор распространяется на деятельность юридических лиц и предприятий, осуществляющих:

- измерения, относящиеся к сфере госрегулирования ОЕИ;

- выпуск из производства эталонов единиц величин, стандартных образцов и средств измерений, а также ввод их в работу;

- расфасовка товаров.

Нормированные метрологические характеристики средств измерений регламентируются стандартом ГОСТ 8.009-84 ГСИ.

Государственная метрологическая служба РФ (ГМС).

ГМС представляет собой совокупность государственных метрологических органов и создаётся для управления деятельностью по обеспечению единства измерений. ГМС осуществляет контроль и надзор за соблюдением средствами измерений закона «Об обеспечении единства измерений» и требований НД в метрологии.

ГМС подчиняется по вертикали Госстандарту, но существует автономно от него.

Состав ГМС:

Государственные научные метрологические центры (ГНМЦ);

Региональный центр стандартизации, метрологии и сертификации (ЦСМиС);

Государственная служба времени, частоты и определения параметров вращения земли (ГСВЧ);

Государственная служба стандартных образцов, состава и свойств веществ и материалов (ГССО);

Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД).

Метрологические службы федеральных органов управления на предприятиях и в организациях.

Цели и задачи:

Обеспечение единства и требуемой точности измерений.

Поддержание средств измерений в надлежащем порядке.

Разработка новых методов измерений.

Внедрение новых средств измерений.

Своевременное представление средств измерений на проверку и калибровку.

4.2 СТРУКТУРА МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ НА ЗАВОДЕ ЕФРЕМОВА

Рис. 4.4

Государственный метрологический контроль и надзор за средствами измерения устанавливает следующие виды контроля:

Утверждение типа средств измерений (относится к серийно выпускаемым средствам измерений).

Поверка средств измерения, в том числе и эталон (инспекционный контроль).

Лицензирование деятельности юридических и физических лиц на право изготовления, ремонта, продажи и проката средств измерения.

Поверка - совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы или другими уполномоченными на то органами и организациями с целью определения и подтверждения соответствия средств измерения установленным техническим требованиям.

Поверке подвергаются средства измерения при выпуске из производства, после ремонта находящихся в эксплуатации, а также при ввозе по импорту (ПР 50.2.006-94 «ГСИ. Поверка средств измерения. Организация и порядок проведения»). Методика установления дополнительной погрешности при поверки средств измерений изложена в документе МИ-188-86.

Поверка производится государственной метрологической службой или юридическим лицом, имеющим право на поверку, т.е. аккредитованным ГМС.

Положение о результатах поверки осуществляется записью в журналах регистрации поверок средств измерений. Результат поверки - подтверждение пригодности средства измерения к применению или признание средства измерения непригодным. Когда прибор пригодный, выдаётся свидетельство, что его можно применять, а если непригодный - извещение, о том, что использовать его нельзя.

Калибровка - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и/или пригодности к применению средства измерения с использованием эталонов, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору. Калибровке подвергаются средства измерения, которые не подвергаются поверке.

У калибровки две функции:

Определение действительных параметров средства измерения;

Определение пригодности средства измерения к применению.

Калибровка является добровольной и осуществляется по заявке заявителя. В РФ существует своя система калибровки, которая называется РСК.

При поверке и калибровке передача единицы физической величины от эталонов к рабочим средствам измерения осуществляется в соответствии с поверочной схемой.

Поверочная схема - документ, где оговорены эталоны, методы передачи единиц физической величины и точностные характеристики эталонов и средств измерений.

Существуют государственные и локальные поверочные схемы.

Методы передачи, представленные схемой содержат:

Непосредственное сличение с эталоном;

Сличение с помощью компаратора;

Прямые измерения величины;

Косвенные измерения.

Рис. 4.5

Рис. 4.6 - Локальная поверочная схема

4.3 МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В МАШИНОСТРОЕНИИ.

Метрологическое обеспечение в машиностроении - комплекс работ по обеспечению единства измерений, как на отдельном предприятии, так и по стране в целом. (ГОСТ 1.25-76 ГСИ. «Метрологическое обеспечение. Основные положения»). Основополагающими терминами в метрологическом обеспечении в машиностроении являются: Измерение - процесс сравнения физической величины с её единицей.

Q = n[Q]

Q - измеряемая физическая величина;

[Q] - единица физической величины;

n - количество единиц.

Если нет единицы измерения - нет измерений, есть оценка.

Классификация измерений

По характеристике точности:

Равноточные (одинаковые средства в одинаковых условиях);

Неравноточные;

По числу измерений в серии:

Однократные (для неточных);

Многократные (n > 4), используются статистические характеристики;

По отношению к изменению измеряемой величины (виды измерений):

Статические (величина не изменяется во времени);

Динамические (величина постоянно меняется);

По метрологическому назначению:

Средства измерения по метрологическому назначению делятся на рабочие средства измерений и эталоны.

Технические (производятся рабочими средствами измерения);

Метрологические (производятся эталонами);

По выражению результатов измерений:

Абсолютные (прямые измерения одной или нескольких величин);

Относительные (измеряется отношение величины к одноимённой величине, играющей роль единицы или измерение величины по отношению к одноимённой величине, принятой за исходную);

По общим приёмам получения результатов измерений:

Прямые;

Косвенные;

Совокупные;

Совместные.

Прямое измерение - получают результат непосредственно при измерении.

Косвенное измерение - измеряемая величина получается как функция параметров, полученных при прямых измерениях.

Совокупные измерения - одновременно проводимые измерения нескольких одноимённых величин.

Совместные измерения - измерения различных физических величин одновременно.

Контроль - процесс получения обработки информации об объекте с целью определения годности и необходимости введения управляющих воздействий на факторы, влияющие на объект.

Технический контроль - проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям. (ГОСТ 16504-81 «Испытания и контроль качества продукции»).

Измерения и контроль тесно связаны друг с другом, близки по своей информационной сущности и содержат ряд общих операций (сравнение, измерительные преобразования). Однако есть различия в процедурах проведения контроля и измерения:

Результатом измерения является количественная характеристика. Результатом контроля - качественная характеристика.

Измерения осуществляются в широком диапазоне значений измеряемой величины. Контроль - обычно в пределах небольшого числа возможных состояний.

Основной характеристикой качества процедур измерения является точность. Процедуры контроля - достоверность.

Классификация контроля.

В зависимости от числа контролируемых параметров:

Однопараметровый;

Многопараметровый;

По воздействию на ход технологического процесса:

Пассивный (не производит воздействия на объект);

Активный (активно вмешивается в ход процесса обработки, получает информацию о контролируемом параметре с помощью датчиков и использует эту информацию для управления органами станка);

По степени механизации, автоматизации:

Ручной;

Механизированный;

Автоматизированный;

В зависимости от места в технологическом процессе:

Приёмочный (после обработки);

Операционный;

В зависимости от того, проверяются все или часть деталей в серии:

Стопроцентный;

Выборочный (используются статистические методы оценки);

В зависимости от метода контроля:

Дифференцированный (каждый параметр в отдельности);

Комплексный (все параметры одним калибром или проектором).

Принцип измерений - совокупность физических эффектов, на которых основаны измерения.

Метод измерений - приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений (метод непосредственной оценки, метод сравнения (дифференциальный, нулевой, метод замещения и т. д.)).

Качество измерений - характеризуется сходимостью результатов измерений, воспроизводимостью, правильностью, достоверностью и точностью измерений.

Правильность - характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю, статистической составляющей погрешности измерений.

Достоверность - характеризует степень доверия результатам измерений.

Точность измерений - характер качества измерений, отражающий близость к нулю погрешностей его результата.

Средства измерений

Все средства измерения оснащены разными типами шкал для отчета физических величин:

- отношений - (для абсолютных измерений, например, длин, углов);

- порядка и эквивалентности - (силы землетрясения, твердости и др.);

- интервалов - (времени, календари, температура по Цельсию и др.). В шкале

интервалов известен только масштаб, а начало отсчета может быть произвольным;

- наименований - (классификации).

СИ- техническое средство, с нормированными технологическими характеристиками.

К СИ относятся меры, калибры (шаблоны), измерительные комплексы, системы.

Мера - СИ, воспроизводящая и хранящая физическую величину одного или нескольких заданных размеров.

Калибры - средства, имеющие форму, обратную проверяемой поверхности, и отвечающие на вопрос годен или не годен проверяемый элемент детали.

ИП - СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателя.

Для ИП характерно присутствие преобразователя измеряемой величины, форму которого легко наблюдать.

Преобразователи могут быть механические, электронные и т.д.

КИП - контрольно-измерительные приспособления

КИП - средства измерения и контроля, представляющие собой конструктивное сочетание базирующих, защитных и измерительных устройств.

КИП - стационарные, переносные, одномерные , двумерные и т.д.

Классификация СИ

1. По назначению

-универсальные

-специальные

Специальные СИ - для измерения параметров однотипных изделий или одного параметра различных изделий.

Универсальные СИ - для измерения одинаковых физических величин различных объектов.

2.По использованию физических принципов действия (ФПД).

- механические СИ (меры, калибры, штангенциркули, микрометры и т.д.)

-оптические СИ (микроскопы (универсальные), проекторы (часового типа)).

-оптико-механические (оптиметры, длиномеры, оптикаторы ).

-пневматические СИ (используется расход воздуха, изменение давления).

-гидравлические СИ (уровни (электронные), микроневелиры).

-интеграционные СИ

Можно комбинировать принципы действия и получать различные приборы.

Рис. 4.7

х- измерительный сигнал.

y- сигнал, в удобной для чтения форме.

3. По степени автоматизации.

-неавтоматические (ручные).

-автоматизированные (с участием человека).

-автоматические СИ (контрольно-сортировачные автоматы).

4.По степени стандартизации

-стандартизированные (ГОСТы и ОСТы).

-нестандартизированные (оригинальные, уникальные).

Измерительный сигнал на входе может быть преобразован с помощью датчиков, которые могут использовать эффекты индуктивности, емкости, механотронные (электронные).

Погрешность прибора- погрешность измерений этим прибором при определенных нормируемых условиях и на определенном объекте измерений.

Погрешность прибора является составной частью погрешности измерений или частным случаем погрешности измерений.

Допускаемая погрешность измерения - это значение погрешности измерений, которое не должно превышаться при измерении какой-либо величины для определения соответствия её наперед заданным значениям. При измерении размеров существуют приемочные размеры.



Рис. 4.8

D_min- нижняя приемочная граница

D_max- верхняя приемочная грани



5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ. СУЩНОСТЬ, ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ

Стандартизация - деятельность по установлению, разработку правил и характеристик как обязательных так и рекомендованных в целях их добровольного, многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства обращения продукции, повышение конкурентоспособности продукции и обеспечивающая право потребителя на приобретение товаров надлежащего качества за приемлемую цену, а также право на безопасность и комфортность труда (в соответствии с законом РФ «О техническом регулировании»).