Введение к работе
Актуальность темы. Качество изделий современной техники, особенно воздушных транспортных средств, оценивается при контроле в процессе изготовления отдельных элементов, в период испытания узлов, систем и собранного изделия. Особую часть жизненного цикла объекта составляют испытания у заказчика, в частности, для двигателей летательных аппаратов.
Эти мероприятия выявляют недостатки, возникающие на предшествующих стадиях жизненного цикла, в том числе связанные с процессом изготовления изделия. Устранение таких неисправностей может вызвать задержку с плановыми пусками и полетами, так как их не всегда удается исключить на месте эксплуатации. Поэтому требуется целенаправленная техническая политика по созданию и совершенствованию технологических процессов у поставщика, разработка мобильных технических средств для потребителя по восстановлению эксплуатационных характеристик и повышению качества отдельных узлов технологическими (иногда совместно с конструкторскими) методами. Результаты испытаний позволяют обосновать место использования освоенных и вновь разрабатываемых технологических процессов для повышения качества и надежности узлов, определяющих уровень совершенства всего изделия, особенно если оно относится к авиационно-космической отрасли.
Накопленный в отрасли опыт показывает, что технологическими методами можно существенно снизить локальные опасные концентрации напряжений наиболее ответственных деталей изделий, определяющих общий ресурс транспортных средств. Например, для двигателей летательных аппаратов такими элементами оказались переходные участки (места сопряжения, резьбовые соединения), где существующие технологические методы не обеспечивают желаемого уровня качества (плавность переходов, требуемые остаточные напряжения и др.), особенно в случае необходимости устранения дефектов на деталях непосредственно в изделии, поскольку при этом материал уже имеет низкую обрабатываемость механическими методами, а проведение даже несложной операции без разборки изделия не осуществимо из-за ограниченного доступа инструмента к месту обработки. Для эксплуатации сложных изделий транспортной техники потребовалось создание и применение мобильных технологических методов, позволяющих восстановить требуемые показатели качества изделий и разработать технологические процессы, устраняющие причины выявленных в процессе испытаний несоответствий объектов, на стадии их изготовления. Для этих целей созданы и совершенствуются нетрадиционные комбинированные методы обработки с наложением электрического поля. Такие методы позволяют эффективно устранять концентраторы напряжений, выявленные в процессе испытаний, совершенствовать технологические процессы у изготовителя, создавать условия для выравнивания показателей надежности всех элементов конструкции, что открывает возможность увеличения ресурса изделия. Одной из проблем в силовых узлах, например двигателей летательных аппаратов, является формирование переходных участков путем локального скругления их профиля для создания требуемого качества поверхностного слоя у различного вида элементов деталей. Основные технологические трудности заключаются в том, что получение качественных элементов продукции возможно оценить только путем проведения испытаний. Накопленная в авиации и космонавтике база знаний позволяет обоснованно выбирать или планировать разработку новых технологических методов для восстановления и повышения качества наиболее ответственных изделий авиационной и космической техники. Полученные в работе рекомендации будут полезны для всех видов производства транспортной, бытовой, специальной техники, где в силу специфики отраслей испытания выполняются выборочно и отсутствует база знаний, необходимая для формирования технической политики по повышению качества продукции до конкурентоспособного уровня с целенаправленным назначением и разработкой эффективных технологических методов.
Повышение качества и надежности находящихся в эксплуатации и вновь создаваемых транспортных средств является актуальной проблемой государственного уровня, определяющей престиж страны в машиностроении.
Работа выполнена в соответствии с Государственной программой "Мобильный комплекс", раздел "Техническое перевооружение", (постановление Правительства РФ №2164-П) и федеральной целевой программой «Научные кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы» (постановление Правительства РФ №568 от 26.07.08), а также по научному направлению ГОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет" «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике».
Целью работы является оптимизация выбора или разработки технологических процессов, обеспечивающих восстановление и повышение эксплуатационных характеристик транспортной техники по результатам ее испытаний, в том числе на заключительных этапах жизненного цикла изделий.
В работе поставлены и решены следующие задачи:
-
Установление связей между причинами нарушений работоспособности транспортной техники, в частности двигателей летательных аппаратов, и технологическими факторами, воздействующими на изделие в процессе его изготовления.
-
Обоснование, выбор или разработка технологических процессов для наиболее эффективного восстановления работоспособности изделий на месте их эксплуатации и обеспечение требуемого уровня качества при изготовлении.
-
Создание новых технологических процессов, адаптированных к условиям эксплуатации транспортной техники (летательных аппаратов).
-
Организация технологической системы восстановления работоспособности транспортной техники, на примере двигателей летательных аппаратов, на заключительной стадии жизненного цикла изделий.
-
Обобщение опыта эксплуатации транспортной техники применительно к летательным аппаратам и их двигателям и разработка нормативных материалов для повышения качества изделий.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались теория управления качеством, основные положения теории вероятности, математической статистики, технологии машиностроения, электрических методов обработки, надежности транспортных машин.
Научная новизна:
-
Сформирован новый подход к разработке и детализации технологических процессов для восстановления работоспособности транспортной техники на базе летательных аппаратов и их двигателей по результатам испытаний на заключительной стадии жизненного цикла. Подход базируется на вероятностной оценке появления нештатной ситуации с численной оценкой показателей, достоверность которых повышается по мере накопления информации и уточнения модели без нарушения установленных закономерностей, связывающих количественные и качественные характеристики дефекта с технологическими возможностями и организационными мероприятиями по его оперативному устранению и повышению уровня качества продукции.
-
Обоснована возможность использования и установлены закономерности протекания процессов комбинированной обработки переходных участков с концентраторами напряжений для снижения вероятности разрушения и повышения ресурса изделий при эксплуатации за счет формирования плавных сопряжений с сохранением заданного геометрического профиля и высокого качества поверхностного слоя.
-
Предложен механизм обеспечения оперативного устранения дефектов и повышения качества изделий с использованием известных и созданием новых технологий, а также с прогнозированием объемов и мест выполнения работ на заключительной стадии жизненного цикла изделий с минимизацией для этих целей средств технологического оснащения у заказчика за счет использования мобильного оборудования для комбинированных методов обработки.
-
Разработана структура адаптивных связей по накоплению информации о восстановлении работоспособности изделий с использованием новых технологических приемов, где оценивается текущая вероятность появления нештатной ситуации, ее причины, устанавливаются эффективные варианты устранения, экономически обоснованные технологические приемы, наличие достаточного количества средств технологического оснащения и предлагается решение о месте проведения работ по восстановлению работоспособности и повышению качества изделий.
Практическая значимость.
-
Создана научная база для оперативной оценки причин появления нештатных ситуаций на заключительной стадии жизненного цикла изделий транспортной техники на примерах летательных аппаратов и их двигателей, что позволило ускорить предполетную подготовку изделий, когда они формально считались пригодными для немедленной эксплуатации, а фактически требовали выполнения технологических операций и времени на восстановление работоспособности.
-
Создана технологическая документация по использованию известных и вновь разработанных способов и средств технологического оснащения с учетом особенностей ее применения у заказчика или изготовителя, что позволило перейти к типовым технологиям восстановления, снижающим вероятность принятия ошибочных решений, особенно, при длительных интервалах между однотипными нештатными ситуациями.
-
Разработаны комбинированные технологические процессы, обеспечивающие устранение концентраторов напряжений в местах сопряжения поверхностей, в частности на переходных участках и силовых резьбах, что позволило повысить надежность и качество нагруженных элементов конструкции, восстанавливать работоспособность узлов как у изготовителя, так и у заказчика продукции.
-
Разработана система прогнозирования и управления нештатными ситуациями на заключительной стадии жизненного цикла изделий, что позволило планировать задел объектов производства и минимизировать объемы средств технологического оснащения с учетом их максимального использования в период эксплуатации изделий.
-
Предложены варианты утилизации изделий, с использованием новых технологических процессов, учитывающие особенности конструкции и эксплуатации объектов, в частности летательных аппаратов для снижения вредного воздействия на окружающую среду.
Реализация результатов работы. Результаты работы составили основу стандартов предприятий авиационно-космической отрасли в области повышения качества и надежности летательных аппаратов, они учтены при проведении технического перевооружения Воронежского механического завода, внедрены в производство на ВМЗ, ПФК ВСЗ «Холдинг» (г. Воронеж), в научно-производственном предприятии «Гидротехника» (г. Воронеж).
Личный вклад соискателя в работу:
-
Механизм формирования системы оценки качества и надежности наукоемких изделий на заключительной стадии жизненного цикла, идентификация отклонений работы изделий в процессе испытаний с известными ранее случаями и научно обоснованный выбор технологических решений для восстановления работоспособности и повышения качества на примерах двигателей летательных аппаратов новых поколений.
-
Система оценки связей между факторами, выявляемыми при испытаниях, и технологическими процессами, применяемыми при их изготовлении, что служит основой для выбора или разработки методов обработки, устраняющих появление нештатных ситуаций при эксплуатации транспортной техники.
-
Новые технологические процессы с использованием комбинированных методов обработки для снижения действия концентраторов напряжений на переходных участках конструкций и повышения качества поверхностного слоя материала в силовых элементах изделий.
-
Построение эффективной системы повышения качества технологическими методами с дискретным подходом к набору исполнителей и с учетом технико-экономических условий выполнения работ по восстановлению и повышению качества транспортной техники на примерах двигателей летательных аппаратов авиационного и космического назначения.
Апробация работы. Основные научные результаты диссертационной работы обсуждались на конференциях: VI Международной научно-технической конференции "Проблемы качества машин и их конкурентоспособности" (Брянск, 2008); II Всероссийской научно-практической конференции «Проектирование механизмов и машин» (Воронеж, 2008); Международной научно-технической конференции «Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки» (Ростов-на-Дону, 2008); Международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств» (Тула, 2008); Международной научно-технической конференции "Студент, специалист, профессионал" (Воронеж, 2009); Международной научно-технической конференции «ТМ-2010» (Воронеж, 2010); Международной научно-технической конференции «Методы отделочно-упрочняющей и стабилизирующей обработки ППД в технологии изготовления деталей машин, приборов и инструментов» (Ростов-на-Дону, 2010), на научных семинарах кафедры «Технология машиностроения» ГОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет" (Воронеж, 2006-2010) и кафедры «Технология машиностроения» ГОУ ВПО "Брянский государственный технический университет" (Брянск, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 6 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также 1 патент. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] – технологические методы восстановления работоспособности транспортной техники; [2] – обоснование области использования транспортной техники после выработки ресурса; [3] – перспективы развития технологии комбинированной обработки в отрасли; [4] – механизм повышения надежности изделий за счет удаления концентраторов напряжений на переходных участках; [5], [14] – механизм выбора комбинированных методов обработки для обеспечения высокого качества изделий; [6] – процесс и технология электрохимической обработки переходных участков с обеспечением высокого качества поверхностного слоя; [8], [9], [15] – организационные аспекты построения служб управления качеством на машиностроительном заводе; [10], [11] – оценка эффективности технологических процессов по результатам испытаний; [12] – обоснование выбора технологических процессов при создании новых изделий; [13] – влияние концентраторов напряжений на работоспособность зубчатых передач и устранение нежелательных факторов технологическими методами; [16], [17] – пути устранения локальных напряжений технологическими методами.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложений и списка литературы из 134 наименований. Основная часть работы изложена на 185 страницах, содержит 26 рисунков, 7 таблиц.
