CC BY
174
УДК 006.91:658.562(075)
МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ -ФУ Н ДАМ Е ИТ Н АДЕ Ж Н ОЙ И ДОЛГОВЕЧНОЙ ПРОДУКЦИИ
Е. И. Несмиян
Камской автомобильный завод (RAO «КамАЗ»), г. Набережные Че.тны, Россия
Аннотация - Б работе доказывается, что только тесная взаимосвязь конструкторских разработок, технологии и метрологии позволит создавать изделия с высоким качеством функциональных пэксплуа-тлшюнных характеристик. Проект технической продукции состоит из трёх основных частей: конструкторской документации, технологической документации и метрологической документации, на основании которой создается, производится и контролируется продукция. Высокое качество продукции обеспечивается высоким качеством проекта продукции. Метрологическая экспертиза качества технической документации всех трёх частей проекта продукции является гарантом высокого качества выпускаемой продукции.
Ключевые слоса: техника, проект, технология, метрология, экспертиза.
I. Введение
Качество выпускаемой продукции обеспечивает ряд факторов:
- конструкторская документация;
- технологические процессы и материалы:
- стабильность технологического оборудования режущего инструмента и оснастгн; контрольная оснастка, средства н методы пэмерешш н испытаний:
- рабочий и контролирующий персонал.
Надежность н долговечность выпускаемой продукции зависят от показателей качества характеристик, заложенных в конструкторской документации (технические условш. программы методик испытаний, рабочие чертежи на продукцию). В процессе производства продукции эти показатели реализуются по технологической документации и контролируются по метрологической документации.
Метрологическая экспертиза всех видов технической документации обеспечивает высокое качество выпускаемой продукции. Мегодгасе метрологической экспертизы посиящепы порматншгые документы [5] и много численные публикации [2. 3, 13. 17,18]. Цель работы - конкрегизировать задачи метрологической экспертизы на основе опыта, накопленного на ПАО «КамАЗ».
II. Постановка задач
Вопрссы повышения надежности и долговечности как показателейкачества продукции необходимо рассматривать на ранних стадиях жизненного цикла путем метрологической экспертизы технической документации.
Экспертиза технической документации позволяет решать две задачи:
- обеспечить качестзо изготовления продукции, повышать долговечность н надежность ее в эксплуатации:
- сокращать сроки подготовки производства при освоении новых образцов.
Если задачи повышения качества, надежности н долговечности предукцин путем совершенствования технической документации понятны, то пути реализации этих задач, в значительной степени, для специалистов разных уровней требуют разъяснения.
Ш. Правобое обеспечение метрологической экспертизы
Экспертиза - исследование специалистом (экспертом) каких-либо вопросов, решение которых требует специальных знании в области науки и техники [12].
Экспертиза технической документации - это комплекс вопросов, проверка которых направлена на совершенствование технического уровня принимаемых решений, организации производства и улучшение эксплуатационных гвойств выпускаемой продукции.
Экспертиза технической документации включает в себя ряд подсистем.
Контроль конструкторской н технологической документации- это проверка степени удовлетворения трех основных требований: технических, социальных, экономических.
С'тандартнзашюнная экспертиза. Понятие стандартигацнонной экспертизы в литературных н справочных источниках отсутствует, хотя проведение такой экспертизы конструкторской и технологической документации фактически является обязательным в соответствии со стандартами регламентирующими нориоконтроль [19. 20].
Метрологический контроль конструкторской и технологической документации - это оценка технических решений по высору параметров, подлежащих измерению, установлению норм точности и обеспечению методами и средствами измерений процессов разработки, изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта изделий [2].
Контроль имеет жестко ограниченную задгчу н заканчивается одним из вьюодсв на альтернативном противоречии типа «годно - брак», «выполнено - не выполнено», «соблюдается - нарушается».
Метрологическая экспертиза - это анализ и оценка правильности установления и соблюдается ряд метрологических требований применительно к объекту. подвергаемому экспертизе [1].
Более полное понятие метрологической экспертизы сформулировано следующим образом.
Метрологическая экспертиза - это анализ и оценка технических решений в части метрологического обес-печенияправильности выбора номенклатуры измеряемых параметров, оптимальных норм точности, методов и средств измерений, нх метрологического обслуживания [5].
Аудит технической документации - это анализ нормативной базы изготовления продукции от получения заготовки до готового изделия. Аудит относитгя не только к метрологическому обеспечению, но и ко всей нормативной оазе. ооеспечнвающей качество продукции
Аудит технической документации понятие новое. Оно вызвано появлением большого количества предприятий малого и среднего бизнеса, являющихся донорами крупных промышленных предприятии, осуществляющих вып>ск продукции многофункционального назначения. Мобильность обеспечения комплектующими очевидна [13]. но 1с.\ннчсскос соиров.)лдсние изготовления продукции хрсОуо улучшения.
Как следует из вышеизложенного, метрологический контроль, аналогичный нормоконтролю. - осуществляет констатацию несоответствий. Метрологическая экспертиза позволяет провести гнализ и при необходимсстн дать рекомендации по устранению несоответствий. Зачастую эксперты подменяют понятие метрологического контроля метролоппескоп экспертизой.
20% респондентов, участвовавших в анкетировании журнала «Главный метролог» [14], высказались за необходимость проведения метрологической экспертизы технической документации. Но многие руководители высшего звена, отвечающие за конструкторскую документацию, в том числе руководитель унифицированной системы конструкторской документации, считают, что чертежи не должны подвергаться метрологической экспертизе. Государственный стандарт ГОСТ 2.104 рассматривает порядок согласования и утверждения конструкторской документации, однако стандартом предусматривается технологический контроль и нормоконтроль но не метрологическая экспертиза.
В Федеральном законе от 26.06.2008 г. №102-ФЗ. «Об обеспечении единства измерений» нет четкого положения о метрологической экспертизе. Комментарии изменений к закону не вносят разъяснений о порядке проведения метрологической экспертизы.
По логике, деятельность, подлежащая государственному регулированию (часть 3 статьи 1 Федерального закона), при разработке технической документации должна проходить обязательную метрологическую экспертизу. Остальная - на добровольной основе [1].
Также может вызвать двоякое толкование часть 2 статьи 14 Закона по поводу метрологическая экспертизы. «...Экспертизу проводят аккредитованные в соответствии с законодательством Рсссийской Федерации об аккредитации в национальной системе аккредитации на выполнение обязательной метрологической экспертизы юридические .лица и индивидуальные предприниматели».
На предприятиях (организациях) экспертам, прошедшим обучение в аккредитованных учесных заведениях инмеющнм свидетельство о прохождении обучения, должно предоставляться право проведения обязательной метрологической экспертизы на СБоем предприятии.
IV. Геометрические характеристики, обеспечивающие качесгоскоиструкторскэй документации Развитее технического прогресса влечет за собой повышение требований к точности, надежности, долговечности зкологичнг^ти тделнй И автоуобшткнпй ттромшп.тенногги ча 10-1 ^ лет повысились требования к автомобильным кормам - ъ соответствннс комплексом европейских стандартов Евро-5.
Важно отметить, чтс в промышленно развитых странах отмечается тенденция постоянного ужесточения допусков на размер. По данным Национального института стандар7т£ции>1БТ(США) с 1940 года до 2000 года допуски для многих станочных операций уменьшились в 5 раз. Как показано на рис.1, при ужесточении допуска на размер увеличиваете* соотношение между допуском размера ншерохэвагоегью поверхности. Отношение удвоенной средней высоты шероховатости к допуску размера увеличилось с 15 до 50%, резко ужесточая требовании К доиуска.4 Нй ОШЛС'НСИИЯ формы, например, ЦИЛИНДрИЧССКНА ииьсрхносигй (ОНЛОИСННЯ 01 ¿руглисш. прямолииейпссп:, цплилдр ичпостн) [1].
50
-Допуск на изделие
25
I
*9ДС
1050
1э7э
1980
1э90-2000 г
Рис. 1 Изменение отношения удвоенной средней высоты мнкронерозностей цилиндрического элемента :< допуску на размер
Исследования кафедры «Метролсгш и приборостроение» Омского государственного технического университета под руководством профессора, доктора технических наук Глухова В.И. подтверждают тенденцию повы-шешш точности изделий, гак в США, тек п в России [17]. За 70 лет точность повысилась от класса За по спсте ме ОСТ (10 квалнтет по системе ISO) до 4-5 юалнтета в системе ISO (рис. 2).
Рис 2. Ужесточение допуска с развитием техшпеского прогресса
Повышение надежности, долговечности н экологнчностн изделий через повышение точности злечет за собой ужесточение требований к параметрам изделий и. в первую очередь, к геометрическим характеристикам в конструкторской документации изделий. Но ряд параметров является как бы вне сферы внимания конструкторов и экспертов по метрологической экспертизе документации. Основные из них:
1. Уровни относительной геометрической точности [6.10];
2. Отклонения формы и расположение поверхностей [£];
3. Шероховатость обработки поверхностей [7. 9]:
4. Взаимная зависимость допуска размера от допусков формы, расположения н шероховатости поверхностей^. 17].
Уровни относительной геометрической точности
Б системе дот-сков н посадок принято назначать допуски формы и расположена! поверхностей в пределах допуска на размер [10].
По мере увеличении треоованнй к точности изготовления изделий рекомендуется использовать уровни относительней геометрической точности А. В. С. Допуски формы и расположения поверхностей нашачаются от 60% до 15% допуска на размер.
Независимо от степени точности детали, конструктор практически не назначает уровень относительной геометрической точности элементов деталей.
Допуски формы поверхностей
Назначение на чертежах деталей допусков формы вызывает много толкований по целесообразности нх назначения а также в части методовпх контроля. Во избежание различных подходов необходимы стандарты организаций (предприятий) на методы контроля отклонений формы и расположения поверхностей.
Шероховатость обработки поверхностей
Согласно ГОСТ 2789 шероховатостей обработки поверхностен обозначается шестью параметрами:
- хри выси i ныл. параметра - Ra. R^. Rnia.v
-два шаговых - S. Sin;
- один параметр содержит информацию о высотных свойствах профиля: в продольном направлении:
- фактическая площадь контакта - tp.
ГОСТ 2.309 оговаривает правила обозначения шероховатости поверхностей на чертежах - один параметр высотный Rz (или амплитудный Ra). один ити два горизонтальных (шаговых) S. Sin и в зависимости от характера обработки - параметр tp. Поэтому подавляющее болыпннстзо конструктсров обозначают на чертежах шероховатость обработки поверхности одним параметром Ra редке Rz. Если взять стандарты ISO. то там указаны 76 параметров шероховатости [4. 14]. большинство из которых позволяет с достаточно высокой эффективностью обеспечивать точностную или функциональную характеристику детали. Например, для обеслечения контактной жесткости - Ra. Sm. tp: для обеспечения коррозионной стойкости - Ra. Sm, S
Поршневой патец. упорные поверхности колеивала и распредвала, шестерни колеивала и распредвалс это элементы радиальных и торцевых подшипников скольжения, которые должны выдерживать большие контактные давления в автомобильном двигателе. Для выполнения требования контактной жесткости поверхности необходимы минимальная высота неровностей н минимальное значение выступов профиля поэтому нормируется Ra. Rz. Rinax Rp или Rpt и Rpt/Rz [4].
Ряд параметров характеризуют состояние контактируемых поверхностей в процессе работы соединения. Параметр Rpk из стандартов ISO (среднее арифметическое значение высот вершин, расположенных выше выбранного уровня сечения профиля) позволяет ограничить износ материала в процессе приработки, параметр Кк (глубина усеченного профиля) позволяет определить срок службы цилиндра (его допустимый износ), а параметр Rvk (срсднсс арифметическое зеэчснис глубины впгднн. расположенных ниже выорг-нного уровня ссчс-ння профиля) отражает способность поверхности к удержанию смазки.
Комбинируя параметры показателей шероховатости пс ГОСТ 2789. также можно обеспечить характеристики изделий, удовлетворяющие функциональному назначению проектируемой детали. Институт машиноведения РАН разраЗотал показатели оптимальных значений параметров шероховатости для различных поверхностей детатей [15]. Сочетая выполнение требований стандартов по назначению параметров шероховатостей на чертежах н их контроль в процессе производства, можно повышать функциональную надежность изделий. Проведение измерений свойств инженерных поверхностен показало, что потери в 2% ВВП в развитых странах ооъяс-няются потерями от трения и износа [16]. В России такой учет отсутствует, так как параметры износа шерохо-вато:ти поверхностей и отклонений формы не нормируются и не контролируются.
Взаимная зависимость допуска размера от допусков расположения формы и шероховатости поверхностей.
При рнзра0о1ке черхслей изделий следует учшьшахь саязь доиуска на размер с допусками фирмы а расположения поверхностей геометрических элементов деталей (крутость, прямолинейность. бненне. расположение осей к др.). Предельно допустимые значения этих допусков указаны в ГОСТ 24643. В зависимости от функционального назначения геометрических элементов (базовые, исполнительные, свооодные) в структуру допуска размера могут входить не только отклонения формы поверхностей, но н отклонения расположения баз элемента. Следует тжже учитывать различное функциональное назначение размеров детатей: размеры элементов определяют посадки. координнр>тощие размеры - расположение элементов относительно баз [17].
Шсроховаюоь оорабшки записи! как иг допуска на размер, гак и от допусков формы и рн.ишолсния поверхностен [б]. 'Эту сеязь необходимо прослеживать как при разработке чертежей, так и при экспертизе документации. Следует отметить, что связь шероховатостис допуском на размер и погрешностями формы н расположения распространяется пока на параметры Ка и Kz.
v. Приобретение знаний по метрологической экспертизе
Основная нагрузка по подготовке метрологов технического направления должна лечь на вузы На втором курсе читаемой студентам оощетехннческой дисциплины «Метрология. стандартизация, сертификация'- на метрологию отводится только первое слово в названии. Будушему конструктору и технологу необходимо в достаточной мере владеть знаниями ло выше перечисленным в названии направленностям. но объем дисциплины слишком мал.
Совместно с институтом автоматики и электронного приборостроенняКаз?яекого авиационного университета нами разработано учебное пособие по экспертизе технической документации и рекомендации по выбору норм точности расположения, формы, точности шероховатости поверхностей элементов деталей втехнологнче-сьнх процессах и на рабочих чертежах [18]. По это пособие существуют только в электронном виде. Несмотря на то что предприятия проявляют е ним интерес, нет издательства, которое могло бы издать пособие.
Фундаментальная подготовка метрологов для метрологической экспертизы техннческсй документации ведется по направлению «Стандартизация и метрология» в опорном Омском государственнсм техническом университете кафгдрой «Метрология н приборостроение», имеюшей белее чем 50-летнин опыт работы. ПА.О «КамАЗ» регулярно пользуется услугами Еафедры для повышения квалификации метре логов - экспертов.
Для качественной метрологической экспертизы технической документации эксперт должен обладать знаниями не только в области метрологии, но и ориентироваться в нормативной документации систгмы ЕС'КД. владеть знаниями по технологии обработки.
Решение задач экспертизы н псвышение точности изделий можно достичь путем псвышення квалификации по следующим направтениям:
- законодательная метрология:
- нормативная документация в области метролегни и подготовки производства:
- прикладная метрология:
- средства и методы измерении
- аттестация методик измерении:
- стандартизация;
- базы и базирование детален:
- размерные цепи;
- система геометричеешх характеристик изделий (GPS):
- нормирование точности при разработке чертежей и техпроцессов:
- метрологическое обеспечение производства;
- влияние качества обработки поверхнсстей на долговечность изделий:
- система статистического управления производственными процессами 'SPC').
VI. Результаты экспериментов
Многолетний опыт экспериментальной проверки разработанных рекомендаций по повышению эффективности метрологической экспертизы технической документации с целью повышения показателей качества выпускаемой продушин позволяет сформировать основные результаты работы:
1) Метоологнческа* экспертиза - это анализ, исследование и оценка метрологического обеспечения качества изделий по точности нормируемых величин. 90... 95% которых составляют геометрические характеристики.
2) Аудит качества технической документации расширяет область применения метрологической экспертизы н; всю нормативную сазу изготовления продушин от заготовки до готового изделия.
3) Правовое положение метрологической -экспертизы должно быть конкретизировано н закреплено в Федеральном Законе {(Об обеспечении единства измерений».
4) С развитием технического прогресса увеличиваются требования к точности размеров до 13 ктассов точности по КО н к точности геометрических до 1...2 степеней точности по ГОСТ. Шдюховатость поверхности и! микроотклонении перешла в разряд микроотклонений, т.к. составляет 15.. .50% от допуска размера.
5) При нормировании шероховатости поверхностен следует учитывать их функциональное назначение в процессе эксплуатации деталей.
6) Требует улучшения вузовская подготовка специалистов в области метрологической экспертизы технической документации Необходима эффективная методика для повышения квалификации экспертов-метрологов.
УШ. Заключение
Одно нз главных направлений поддержания мировой тенденции повышения
точности в машиностроении заключается в изменении векторов в подготовке инженерно-технических специалистов. Метрология является связующим звеном между научными исследованиями, разработкой перспективных изделий, производством и внедрением этих изделий в экономику и оборону страны. Изменение подходов в высшем профессиональном образовании на основе метрологии и метрологической экспертизы будет способствовать упрочению тенденцнйповышення точности и качества не только в машиностроении но и во всех отраслях экономики страны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Российская Федерация. Законы. Об обеспечение единства измерений: федер. закон [от 26 июня 2008, № 102 ФЗ]
2. Балабанов А. Н. Контроль технической документации. М.: Изд-во стандартов 1998.
3. ПравиковЮ. М. Муслина Т. Р. Метрологическое обеспечение производства. М.: Крокус. 2009.
4. Табенкин А. Н_, Тарасов С. Б.. Степанов С. Н. Шероховатость н волнистость профиля. Международный опыт. СПб.: Изд-во политехи, ун-та. 2007.
5. РМГ 63-2003. ГСИ. Обеспечение эффективности измерении при управления технологическими процессами. Метрологическая экспертиза технической документации.
6. РТМ2 НЗ1—4—81. Соотношения между допусками формы, расположения, шероховатости поверхностей. М.: НИИ информации по машиностроению 1981.
7. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхностен. Параметры и характеристики.
8. ГОСТ 2.309-73. ЕСКД. Обозначение шероховатости поверхностей.
9. ГОСТ 2.308-79. ЕСКД. Указание на чертежах допусков формы н расположения.
10. ГОСТ 24643-81. ОНВ. Допуски формы и расположение поверхностен.
11. Зеленин М. В. Место и роль метрологического обеспечения в современных экономических, условиях Н Главный метролог. 2012. № 3.
12. Советский энциклопедический словарь. М: Советская энциклопедия. 1988.
13. Несмиян Е. И. Новые подходы к экспертизе технической документации У Главный метролог. 2015. № б.
14. БрюхановВ. .А. Умеют ли российские метрологи предвидеть и прогнозировать И Главный метролог. 2015. №3.
15. Справочник технолога-машиностроителя: подред. А М. Дачьского.М: Машиностроение. 2001. Т. 1. Гл. 2.
16. ГорошовБ. П.. Сатановскнй А. .А. О направлениях исследований нразработок в современной метрологической деятельности // Советник метролога. 2015. № б.
17. Глухов В. И. Метрологическое обеспечение качества по точности геометрических величин. Омск: Изд-во ОмПУг7' 2012.
18. Несмиян Е. И.. Сойко А. И., Сабитов А. Ф. Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документации в машиностроении: учеб. пособие. Электронная версия. Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ,
2015.
19. ГОСТ 2.111-68. ЕСКД.Нормоконгроль.
20. ГОСТ 3.116-79. ЕСКД. Нормоконтроль.
