Качество в судостроении

Роль измерений в обеспечении качества

Для постройки судна, соответствующего проекту, и обеспечения работы систем, реализующих функции механизированных или ав­томатизированных производств (контроль технологических пара­метров, регулирование, управление), необходима постоянная ме­трологическая информация отечности и качестве его изготовления, которую получают путем измерений. Единство измерений в разных местах, в разное время, разными методами и средствами позволяет сопоставлять их результаты. Близость полученных результатов к истинному значению измеряемой величины характеризует точность из­мерений.

Разность между результатом измерения величины Хр и истинным ее значением Хи определяет абсолютную погрешность измерения ∆ = |ХР -Хи|. В силу несовершенства измерительных средств, методов измерения и органов чувств наблюдателя истинное значение всегда ос­тается неизвестным, поэтому понятие «истинная величина» использу­ют лишь при решении теоретических задач метрологии. На практике пользуются значением величины, найденным экспериментальным пу­тем и максимально приближающимся к истинному. За действительную величину при многократных измерениях часто принимают среднее арифметическое результатов отдельных измерений.

Погрешности разделяют на систематические 0 и случайные η со­ставляющие, тогда;

∆ = η+0.

Систематические погрешности остаются постоянными или законо­мерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величи­ны. Причины их появления - определенные, неслучайные факторы. Например, неточное нанесение штрихов на шкалу прибора вносит одну и ту же ошибку во все результаты измерений. Систематические погреш­ности почти всегда могут быть выявлены опытным путем специально разработанными приемами и методами, а затем исключены из резуль­татов измерений внесением поправок.

Возникновение случайных погрешностей измерений определяют мно­гочисленные факторы, проявляющиеся нерегулярно и с непредсказуе­мой частотой, например, изменение внимания оператора при снятии показаний приборов или вариации показаний средств измерений из-за их технического несовершенства. Поэтому случайные погрешности нельзя исключать из результатов измерений подобно систематическим. Тем не менее если отдельные значения случайной погрешности предска­зать невозможно, то совокупность их при многократных измерениях од­ной и той же величины подчиняется закономерностям, описываемым методами теории вероятности и математической статистики.

Среди случайных погрешностей выделяют грубые погрешности, суще­ственно превышающие некоторую ожидаемую погрешность, независимую от наблюдателя (например, из-за скачка напряжения в электрической сети), и промахи, резко искажающие результат по вине наблюдателя (на­пример, ошибки при записи или считывании показаний прибора). Те и другие обычно исключают из результатов измерений.

Требования к качеству судов и отдельных судовых конструкций ус­танавливает нормативная документация. Они (требования) всегда со­держат некоторый разброс каждого из задаваемых параметров, огра­ниченный верхним и нижним пределами. Ограниченный пределами интервал значений параметров называют полем допуска, а разность меж­ду наибольшим и наименьшим значениями - допускаемым отклоне­нием или допуском. Наряду с допускаемыми отклонениями в изделиях могут встречаться несоответствия требованиям, установленным техни­ческой документацией, или дефекты, приводящие к ухудшению каче­ства или к невозможности нормальной эксплуатации таких изделий.

Примерами дефектов могут служить:

Трещины в стальных конструк­циях;Непровары в сварных швах;Потеки на окрашенной поверхности;Отклонения формы или размеров деталей и конструкций за установ­ленные пределы.

Повышение точности изготовления корпусных деталей и конструк­ций - важнейшая задача судостроительного производства. Следует иметь в виду, что высокая точность требует и значительных затрат на обработку. Например, изготовить какую-либо деталь с точностью со­блюдения линейных размеров до 0,1 мм технологически сложнее и дороже, чем с точностью 1,0 мм, так как необходимы иные оборудование, оснастка и квалификация рабочего. С другой стороны, чем выше точ­ность изготовления собираемых элементов, тем менее трудоемки сбо­рочные работы, так как уменьшается объем пригонки, а следовательно, и затраты.

Установить оптимальную точность для каждого конкретного слу­чая весьма сложно. Все технологические процессы могут быть опи­саны только с позиций теории вероятности и математической статис­тики, когда результаты каждого конкретного действия (измерения величины, откладывания размера, оценки погрешности резки и пр.) рассматривают как случайные величины. Погрешности размеров де­талей и конструкций обычно подчиняются закону нормального распределения.

Допускаемые отклонения размеров от номинальных устанавливают с учетом функционального назначения узла, конструкции или изделия. Задают их конструкторы. В просторечии их называют «допуски, как нужно». Технологи с учетом законов распределения погрешностей при использовании определенной технологии и имеющегося оборудования устанавливают «допуски, как можно». В конечном счете конструктив­ные допуски должны быть обеспечены принятой технологией.

Предельные значения допускаемых отклонении (их границы) ста­раются назначить так, чтобы вероятность выхода за них была мала. Например, для закона нормального распределения устанавливают гра­ницы ± Зσ, т. е. поле допуска δ = 6σ. Вероятность попадания случайно­го отклонения в поле допуска δ = 6σ составляет 99,73%, а вероятность выхода за его пределы - 0,27% (в меньшую и большую стороны). Не­обходимо все же помнить, что вероятность выхода размера за границы допуска есть всегда и возможны ошибки, приводящие к грубым погреш­ностям, превышающим расчетные. Вероятность того, что фактический размер выйдет за пределы поля допуска, называют процентом риска Р, параметр, который называют коэффициентом риска t, зависит от соот­ношения между средним квадратическим отклонением σ и выбранной величиной поля допуска δ:

.tg {border-collapse:collapse;border-spacing:0;border:none;margin:0px auto;}.tg td{font-family:Arial, sans-serif;font-size:14px;padding:8px 6px;border-style:solid;border-width:0px;overflow:hidden;word-break:normal;}.tg th{font-family:Arial, sans-serif;font-size:14px;font-weight:normal;padding:8px 6px;border-style:solid;border-width:0px;overflow:hidden;word-break:normal;}.tg .tg-s6z2{text-align:center}@media screen and (max-width: 767px) {.tg {width: auto !important;}.tg col {width: auto !important;}.tg-wrap {overflow-x: auto;-webkit-overflow-scrolling: touch;margin: auto 0px;}}t = 2σ1,001,652,002,573,003,293,89P, %32104,51,00,270,100,01

Погрешность средства измерения является одной из составляющих суммарной погрешности результата измерения. Например, на точность измерения одного из самых распространенных в судостроении измерительных инструментов - рулеток - помимо погрешности шкалы δш, указанной в паспорте средства измерения, влияют погрешности натя­жения ленты δн = Ɩ∆ P/EF, температурная δтт = Ɩ(α1∆t1 - α2∆t2) и завися­щая от квалификации разметчика погрешность отсчета размера и со­вмещения рисок шкалы δ0.

Здесь:

Ɩ - измеряемый размер;∆P - разность между фактическим и нормальным натяжениями рулетки;E - модуль нормальной упругости материала ленты;F - площадь поперечного се­чения ленты;α1 и α2 - коэффициенты линейного расширения измеряемого объекта и ленты рулетки;∆t1 и ∆t2 - отклонения от нормальной температуры измеряемого объекта и ленты рулетки.

Реальная погрешность измерения рулетками:

∆∑=δ2ш+δ2н+δ2т+δ20

Отличается от паспортных данных о погрешности средства измерения δш.

Рис. 1 Схема перевода простран­ственной размерной цепи в систему плоских цепей с параллельными звеньями

Для оценки ожидаемой точности изготовления деталей и конструкций выполняют расчет размерных цепей. Размерной цепью называют замкну­тый контур, образованный взаимосвязанными размерами - звеньями. В размерной цепи выделяют замыкающее звено, связывающее поверхно­сти или оси, расстояние или угол между которыми нужно обеспечить или измерить, т. е. звено, из-за кото­рого ведут расчет размерной цепи. Остальные звенья называют состав­ляющими. Составляющее звено счи­тают положительным (увеличивающим), если с его увеличением при постоянстве всех остальных составляющих звеньев увеличивается замыкающее звено, и отрицательным (уменьшающим), если при его уве­личении замыкающее звено уменьшается.

Различают плоские размерные цепи, в которых все звенья лежат в одной плоскости (или в параллельных плоскостях) и пространствен­ные. Плоские размерные цепи с параллельными звеньями называют линейными.

Любая размерная цепь может быть превращена в систему линейных цепей путем проецирования всех звеньев на оси выбранной системы ко­ординат. Например, четырехзвенная пространственная размерная цепь, показанная на рис. 12.1, может быть преобразована в три линейные:

А∆х = A1cosα1 + А2cosα2 + A3cosα3

А∆у = A1cosβ1 + A2cosβ2 + A3cosβ3

А∆z = A1cosγ1 + A2cosγ2 + A3cosγ3

Где:

cosαi, cosβi, cosγi, - направляющие косинусы каждого звена (на ри­сунке показана только первая линейная цепь).

Под расчетом размерной цепи понимают взаимную расчетную увяз­ку размеров ее звеньев, по заданным допускам составляющих звеньев находят допуск замыкающего звена (прямая задача, поверочный расчет) или по заданному допуску замыкающего звена находят допуски составляющих звеньев (обратная задача, проектный расчет).

Обе задачи можно решать либо методом максимума-минимума, либо вероятностным методом.

Рассмотрим размерную цепь, приведенную на рис. 2. Замыкаю­щим звеном Б∆ в ней является величина зазора между торцом ребра жесткости и плоскостью вертикального листа при стыковании двух секций. Обозначим Бi, номинальные размеры звеньев, μi - допускае­мое верхнее, а νi - допускаемое нижнее отклонения от номинальных размеров. Тогда возможное большее значение звена будет Бi + μi, а возможное меньшее значение Бi + νi. Допуски звеньев:

δi = (Бi + μi) - (Бi + νi) = μi - νi

Размерная цепь имеет следующие со­ставляющие звенья:

Б μ1 ν11 - расстояние от вертикального листа до кромки полотнища;Б μ2 ν22 - зазор между кромками полотнищ;Б μ3 ν33 - усадка сварного шва после сварки;Б μ4 ν44 - выход ребра жест­кости за кромку полотнища.Рис. 2 Пример плоской раз­мерной цепи с параллельными звеньями

Расчет по методу максимума-мини­мума включает поиск:

Номинального размера замыкающего звена как суммы разме­ров звеньев цепи (уменьшающие звенья имеют знак минус):
Б∆ном=Б1+Б2-Б3-Б4=∑i=1m-1Бi

Где: m = 4 - количество звеньев размерной цепи;

Наибольшего размера (с учетом величин отклонений) замыкаю­щего звена, как суммы наибольших размеров увеличивающих звеньев и наименьших размеров уменьшающих звеньев Б∆max = (Б1 + μ1) + (Б2 + μ2) - (Б3 + ν3) - (Б4 + ν4);Наименьшего размера замыкающего звена сложением наимень­ших размеров увеличивающих звеньев и наибольших размеров умень­шающих Б∆min = (Б1 + ν1) + (Б2 + ν2) - (Б3 + ν3) - (Б4 + μ4).

По определению разность между Б∆max и Б∆min - допуск замыкаю­щего звена:

δ∆=Б∆max+Б∆min=δ1+δ2+δ3+δ4=∑i=1m-1δi (1)

Таким образом, независимо от значений номинальных размеров и от расположения полей допусков относительно звеньев размерной цепи (симметрично или ассиметрично) допуск замыкающего звена равен сумме абсолютных величин допусков всех составляющих звеньев. До­пуск любого размера δi, в отличие от отклонений μi и νi - всегда пред­ставляет собой положительную величину. Для того чтобы предупре­дить возможные ошибки при расчетах, в формуле (1) использован знак абсолютной величины.

Обратную задачу решают чаще. По заданной величине δ∆ определя­ют допуски δi звеньев цепи. Задача и