Delist.ru

Методологические основы обеспечения качества систем машиностроения, включающие человеческий фактор (на примере сварных конструкций) (07.09.2007)

Автор: Коробцов Александр Сергеевич

- обосновать необходимость создания специальных тренажерных и информационных средств обучения, тренировки и количественной оценки уровня подготовки для конкретной профессиональной деятельности;

- определить требования к степени подготовленности операторов;

- сформулировать оптимальные условия работы и организации трудового процесса с учетом специфических особенностей работы;

- учесть эргономические и психологические требования к рабочему месту;

- разработать методики оценки показателей функционального состояния оператора и показателей производственной деятельности (и критерии их взаимосвязи);

Обосновано, что на этапе “подготовка” (подбор и обучение оператора) для формирования требуемого уровня надежности оператора должны быть реализован перечень следующих мероприятий:

- проведен профессиональный отбор кандидатов в операторы УЗК на основе разработанных критериев, методики и диагностических средств;

- сформирован (приобретен и изготовлен) необходимый и достаточный набор средств обучения, тренировки и количественной оценки профессионального уровня;

- проведено обучение (сформированы профессионально необходимые знания и навыки) и количественно оценен уровень подготовленности оператора;

- экспериментально выявлены оптимальные условия работы и организации труда для конкретной производственной деятельности;

- проведен анализ профессиональной деятельности оператора УЗК в целом и количественно оценено качество работы.

По результатам проведенных работ в конце этапа “подготовка” должны подводиться итог работы и вноситься необходимые коррективы в мероприятия, реализуемые на предыдущем этапе.

Для поддержания требуемого уровня факторов качества на этапе производственной деятельности оператора необходимо:

- контролировать соблюдение оптимальных условий работы и организации труда;

- поддерживать профессиональные навыки на требуемом уровне и восстанавливать их после длительных перерывов в работе;

- проводить оперативную диагностику состояния оператора и учитывать индивидуальные особенности изменения показателей состояния;

- учитывать влияние особенностей работы оператора в различных условиях окружающей среды (температура, влажность, шум, вид и величина различного рода помех), рабочей позы, доступности зоны контроля на показатели функционального состояния оператора и качество работы.

На этапах проектирования, подготовки и эксплуатации решаются свои определенные задачи, однако в условиях TQM основные процессы должны быть взаимосвязаны в рамках целостной программы (рис.3).

Для практической реализации положений концепции необходимо наличие определенного обеспечения. Научной основой для обоснования перечня необходимых для обеспечения качества инструментальных, тренажерных и психодиагностических средств является только детальный инженерно-психологический анализ деятельности оператора.

Анализ был проведен с учетом основных принципов и положений, выработанных специалистами по профессиогафическим подходам, используя метод экспертной оценки. Профессиональная деятельности оператора УЗК была расчленена на следующие требующие специальных знаний и навыков относительно самостоятельные процессы: - ознакомление с основной технической документацией на контроль (ознакомление с заданием); - настройка ультразвукового дефектоскопа; - подготовка изделия к контролю; - сканирование; - выделение “полезного” сигнала; - идентификация дефекта; - измерение параметров обнаруженного дефекта; - принятие решения (оценка допустимости дефекта); - оформление отчетной документации.

Рассматривая проблему с системных позиций, используя принцип комплексности и метод экспертной оценки, для каждого процесса были составлены перечни производственных действий оператора, профессионально необходимых знаний, навыков, умений и профессионально важных психофизиологических качеств возможных. Полученная информация позволила перейти к обоснованию обеспечения, необходимого для менеджмента качества человеческих ресурсов.

На основе анализа трудовой деятельности оператора УЗК выявлены главные профессиональные навыки, определяющие качество основных процессов:

- навык линейного перемещения преобразователя с определенной скоростью и поддержанием акустического контакта с соблюдением шага и амплитуды сканирования при одновременном наблюдении за экраном дефектоскопа и зоной контроля;

- навык нахождения максимума амплитуды эхо-сигнала;

- навык определения формы, координат, протяженности дефектов.

- навык надежной работы в условиях монотонии.

Данные профессиональные навыки являются основой для разработки специальных тренажерных средств.

3. Инструментальные и тренажерные средства для квалиметрической оценки качества неразрушающего контроля, обучения и аттестации операторов ультразвукового контроля

Третья глава посвящена созданию инструментальных, тренажерных средств и критериев квалиметрической оценки качества ультразвукового контроля. Эти вопросы в условиях TQM играют ключевую роль.

Показано, что количественная объективная оценка результатов неразрушающего контроля возможна лишь при наличии точной информации о действительных размерах имеющихся дефектов в испытательных образцах, поэтому актуальным аспектом является разработка методик создания искусственных дефектов нормированных размеров и местоположения.

Методики создания искусственных дефектов

Учитывая, что наиболее опасным дефектом, встречающимся в реальных конструкциях, являются усталостные и технологические трещины, были разработаны методики получения внутренних трещин. На стадии отработки технологии создания искусственных трещин использовался метод контрольных меток, заключающийся в фиксации размеров и формы усталостной трещины изменением параметров режима циклического нагружения, и аппарат линейной механики разрушения.

На рис.4 представлена технология одной из методик. На поверхности образца (рис.4,а) в определенном месте снимают цилиндрической фрезой слой металла определенной глубины (в зависимости от требуемой глубины залегания создаваемого дефекта), оставляя в центральной части перемычки (рис.4,б) определенной ширины. В центре перемычек создают острый надрез. После этого в результате приложения к образцу переменных нагрузок в надрезах инициируют усталостные трещины (рис.4,в). Возникшие трещины на начальном этапе роста по своей форме развиваются как поверхностные краевые и имеют длину, равную ширине перемычек.

В дальнейшем под действием циклических нагрузок они прорастают через технологические перемычки и углубляются в тело образца. Фронт трещины при этом начинает приобретать форму полуэллипса. Затем перемычки удаляют и после достижения трещиной требуемых размеров циклическое нагружение прекращают. Последней операцией является наплавка слоя металла над созданными дефектами.

Отмечено, что важным методическим аспектом является установление истинных параметров созданных дефектов. Поверхностная трещина трехмерна, поэтому изменение ее глубины и формы фронта в процессе лабораторного “выращивания” не поддается визуальному контролю, а соотношение ее главных полуосей зависит от ряда факторов, основными среди которых являются напряженно-деформированное состояние вдоль фронта трещины и геометрические размеры образца. Показано, что в ряде случаев представляется возможным и целесообразным глубину и форму фронта усталостных трещин определять расчетным путем через определение коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) вдоль фронта развивающейся трещины. Для прикладных целей наибольшую ценность представляют приближенные методы, представленные в аналитическом виде. Значение коэффициента интенсивности напряжений КI для полуэллиптической трещины глубиной b в образце конечных размеров определяли на основе выражения для сквозной центральной трещины в бесконечной пластине при одноосном растяжении с учетом поправочных коэффициентов, учитывающих форму фронта трещины ME, близость наружной Ms и тыльной поверхностей MW и градиент напряжений по толщине MG :

* ME * Ms * MW * MG

Проведен сравнительный анализ наиболее часто используемых зависимостей на основе экспериментально полученного уравнения, описывающего изменение устойчивого фронта поверхностных трещин. Установлено, что наблюдается существенный разброс значений KI при использовании выражений, предложенными разными авторами. Выявлены по результатам проведенных расчетов зависимости, приемлемые для практических целей и дающие наименьшие погрешности.

Предложена модификация методики, позволяющая получать в образцах плоскостные дефекты произвольной формы (прямоугольной, трапециевидной). Для этого форма, высота и ширина искусственного дефекта задавалась соответственно формой, высотой и шириной технологической перемычки. Разработанные методики с высокой степенью точности позволяют получить в испытательном образце одиночную усталостную трещину с любым отношением полуосей (рис.5,а), систему трещин, состоящую из двух (рис.5,б) или нескольких (рис.5,в) отдельных трещин, плоскостные дефекты прямоугольной формы (рис.5,г).

Наличие возможности расчетным путем прогнозировать кинетику роста трещин на основе приближенных методов оценки КИН позволяет создавать испытательные образцы с системой поднаплавочных трещин. Так, по заказу ЦНИИТМАШ были изготовлены тест-образцы, представляющие собой диски диаметром 980 и толщиной 50 мм. Технология изготовления данных образцов состояла в следующем. На поверхности образцов в определенных зонах создавали механическим путем надрезы заданной протяженности. Для инициирования и подращивания усталостных трещин в образцах использовали установки УДИ, позволяющие подвергнуть толстостенные образцы малоцикловому нагружению при двухосном изгибе. После зарождения в надрезах усталостных трещин за их длиной в процессе подрастания следили визуально и расчетным путем определяли глубину. При достижении трещинами требуемых размеров циклическое нагружение прекращали. Затем снимали поверхностный слой образца на глубину надреза и наносили на образец антикоррозионную наплавку по штатной технологии.

Анализ реальной дефектности сварных соединений корпусного оборудования энергоустановок показал, что среди всех типов дефектов наибольший линейный размер имеют дефекты типа несплавления. Поэтому разработаны методики, позволяющие создавать дефекты данного типа нормированных размеров и местоположения. По одной из них на поверхность разделки кромок свариваемых половинок образца в определенном месте приваривают платик из такого же материала заданных размеров. Форма основания платика может быть различной (круглой, квадратной, прямоугольной, эллипсообразной). В зависимости от стоящих задач можно создавать различную шероховатость поверхности несплавления. После заварки разделки кромок по штатной технологии получаем образец, в котором создан искусственный плоскостной дефект нормированных размеров и местоположения. По другой технологии (рис.6) в одной из половинок 1, предназначенных для изготовления тест-образца, в определенном месте фрезеруется плоскодонное отверстие необходимого диаметра. В данное отверстие вставляется изготовленный платик (рис.6,б) такого же диаметра. Затем производится наплавка одного или нескольких валиков (рис.6,в) на соответствующем заранее подобранном режиме, гарантирующем глубину проплавления, несколько меньшую высоты платика. В результате переплавляется цилиндрическая поверхность контакта платик-образец и остается несплавление, по размеру, равное площади основания платика. В дальнейшем после выполнения разделки кромок осуществляется многопроходная сварка образца по штатной технологии.

загрузка...