Методология структурирования функций качества на этапе проектирования и разработки

Методология структурирования функций качества на этапе проектирования и разработки.

Методология – это формальное предписание, руководство, описывающее процесс построения программных средств. В основе методологии лежит одна фундаментальная идея, формальный процесс, который можно изучать и совершенствовать.

Структурирование изделия в виде иерархической информационной ”пирамиды”. Всякое сложное изделие можно разделить на такие составные части, при разработке которых имеются существенные различия в методах и принципах конструирования и проектирования норм точности. Эти части целого являются элементами структуры его конструкции (рис. 2.1).

Детали. Первичными элементами изделия (И) и простейшими объектами проектирования норм точности являются детали (Д).

Деталь как объект конструирования представляет собой неделимое однородное тело, материал, форма и размеры которого обусловлены назначением.

 

В каждой детали можно выделить три структурных взаимосвязанных элемента (рис. 2.1):

  • рабочий (РЭ), выполняющий основное функциональное назначение детали (например, гнездо в оправе под объектив, зубчатый венец зубчатого колеса и т. п.);
  • базовый (БЭ), предназначенный для присоединения данной детали к базовой;
  • свободный (СЭ), который “соединяет” в одно целое РЭ и БЭ.

 

Рис. 2.1 Структурные элементы деталей:

а) схема детали, б) вал, в) зубчатое колесо.

Неопределенности РЭ и БЭ детали являются главными источниками  действующих неопределенностей, влияющих на показатели функционирования всего изделия.

Природу этих действующих неопределенностей составляют: неопределенности (отклонения) размеров, в том числе силовые деформации, температурные деформации, износ и т.п., неопределенности (отклонения) форм, неопределенности (отклонения) взаимного расположения РЭ относительно БЭ (смещения, перекосы) и шероховатость поверхностей. Таким образом, на данном этапе выделение всех действующих неопределенностей деталей – важная задача.

 

Рис. 2.2 . Действующие неопределенности деталей:

 

а) неопределенность размера и шероховатость;

б) неопределенность взаимного расположения;

в) неопределенность формы.

Функциональная точность деталей определяется неопределенностью положения РЭ относительно БЭ (рис. 2.3).

В общем случае неопределенность положения РЭ может быть представлена:

       (2.)

где –– неопределенностью (отклонением) размера.

– неопределенностью (отклонением) взаимного расположения

– неопределенностью (отклонением) формы, шероховатостью

Проектирование норм точности детали сводится к распределению установленной или заданной функциональной точности между действующими неопределенностями, которые могут быть неопределенностью (отклонением) размера, неопределенностью (отклонением) взаимного расположения, неопределенностью (отклонением) формы, шероховатостью и фиксированию их в виде соответствующих допусков.

Соединения. Соединение (С) двух или нескольких деталей через непосредственный механический контакт их рабочих поверхностей представляет собой элементарную сборочную единицу.

 

Рис. 2.3. Структурные элементы соединений.

 

В каждом соединении можно выделить следующие структурные элементы (рис. 2.3.):

  1. Рабочий элемент соединения РЭСД – конструктивный элемент, принадлежащий условно второй детали и выполняющий функциональное назначение соединения (РЭСД=РЭД2).
  2. Базовый элемент соединения БЭСД- конструктивный элемент, принадлежащий условно первой детали и выполняющий функцию ориентирования соединения в конструктивных цепях или в изделии (БЭСД=БЭД1).

Соединяемые детали образуют контактную пару. Функциональная точность соединения деталей определяется неопределенностью положения РЭСД относительно БЭСД (рис. 2.4.). Функциональная точность соединений главным образом зависит от поверхности в месте контакта соединяемых деталей и неопределенности каждой из соединенных деталей.

 

Рис. 2.4. Схема соединения.

 

В общем случае неопределенность положения РЭсд может быть представлена (по заданной координате):

               (2.)

где – неопределенности (отклонения) размеров деталей определяющих положение рабочего элемента;

– неопределенности (отклонения) формы сопрягаемых поверхностей деталей соединений, определяющих положение рабочего элемента;

– неопределенности (отклонения) расположения рабочего элемента детали и базового элемента детали, рабочего элемента соединения деталей и базового элемента соединения деталей;

– неопределенности (отклонения) от контактных деформаций в соединениях определяющих положение рабочего элемента соединения в данном направлении.

 

Процесс проектирования норм точности соединений сводится к распределению установленной или заданной функциональной точности между тремя основными источниками: Д1, Д2, место контакта (рис. 2.4.).

Конструктивные цепи. Конструктивная цепь (КЦ) представляет собой естественный переход от простого соединения деталей к следующей ступени усложнения конструкции, содержащей более двух деталей или более одного соединения.

Основным объектом конструирования являются конструктивные цепи, “соединяющие” отдельные схемные элементы с монтажной основой прибора. Такие цепи называются замкнутыми.

Основные структурные элементы замкнутой конструктивной цепи: рабочий (РЭкц) – его роль играет структурный схемный элемент (СЭсх); базовый элемент (БЭкц) – конечная базовая деталь цепи (КБД), с помощью которой замкнутая конструктивная цепь присоединяется к монтажной основе. Структура конструктивной цепи имеет целью ограничить лишние степени свободы рабочих (схемных элементов) конструктивной цепи. Как правило, схемные элементы имеют 1 степень подвижности. Остальные 5 должны быть запрещены. Материально этот запрет и реализуется конструктивными цепями.

 

Рис. 2.5. Структурные элементы конструктивной цепи.

Под функциональной точностью замкнутой конструктивной цепи понимается неопределенность положения (по заданной координате) РЭКЦ относительно БЭКЦ, которая способна вызвать неопределенность функционирования РЭ всего устройства (по координате, соответствующей степени подвижности рабочего звена). Проектирование норм точности конструктивной цепи сводится к распределению установленной или заданной функциональной точности между показателями функциональной точности СД и Д. В общем случае неопределенность положения РЭКЦ может быть представлена (по заданной координате):

               (2.)

где – неопределенности (отклонения) размеров деталей и соединений конструктивной цепи, определяющих положение рабочего элемента конструктивной цепи в данном направлении;

– неопределенности (отклонения) формы сопрягаемых поверхностей деталей конструктивной цепи, определяющих положение рабочего элемента конструктивной цепи в данном направлении;

– неопределенности (отклонения) расположения рабочего элемента детали и базового элемента детали, рабочего элемента соединения деталей и базового элемента соединения деталей, конструктивной цепи, определяющих положение рабочего элемента конструктивной цепи в данном направлении;

– неопределенности (отклонения) от контактных деформаций в соединениях и объёмных деформаций деталей в конструктивной цепи, определяющих положение рабочего элемента конструктивной цепи в данном направлении.

В общем случае все источники возникновения неопределенностей положения рабочих элементов КЦ, впрочем, как и СД и Д можно разделить на:

  • технологические (изготовление и сборка)- первые три слагаемых в формуле (2.3);
  • силовые и температурные деформации – четвертое слагаемое в формуле (2.3).

На уровне КЦ количественно анализ точности выполняется в виде расчетов параметрических цепей и имеет целью определение и оптимизацию комплексных неопределенностей рабочих элементов Д и СД, входящих в цепь.

Функциональные устройства. Функциональные устройства (ФУ) – структурные элементы изделия, выполняющие как элементарные преобразования, так и базирование. Все ФУ можно разделить на преобразующие и базирующие. В основе механических ФУ лежат реальные простейшие механизмы. Функциональные устройства (ФУ) формируются из конструктивных цепей.

Для преобразующих ФУ характерным требованием является неопределенность перемещения РЭФУ относительно БЭФУ.

Для базирующих ФУ характерным требованием является неопределенность положения рабочего элемента функционального устройства (РЭФУ) относительно базового элемента функционального устройства (БЭФУ)

Проще всего можно продемонстрировать анализ ФУ на примере зубчатой передачи и схемы базирования в центрах.

Рассмотрим зубчатую прямозубую передачу (рис. 2.6.а).

а

 

б

Рис. 2.6. а. Зубчатая прямозубая передача. б. Базирование в центрах.

В идеале ,

где – суммарная и собственно кинематическая неопределенности перемещения (угла поворота) ведомого колеса.

В реальных условиях нельзя обеспечить идеально точное взаимное расположение схемных элементов (колес) в пространстве. Поэтому действительная суммарная неопределенность функционирования ФУ (в данном случае зубчатой передачи) включает в общем случае 6 слагаемых:

               (2.)

Причем 2…..6 слагаемые – частные неопределенности функционирования передачи (неопределенности угла поворота зубчатого колеса 2), являющиеся результатом действия действующих комплексных неопределенностей взаимного расположения колес, т. е. неопределенностей положения рабочих элементов соответствующих конструктивных цепей в запрещенных для колес направлениях.

Проектирование норм точности ФУ сводится к распределению показателя функциональной точности, установленного или заданного, между шестью составляющими, причем 2-ая, 3-я, 4-ая, 5-ая, 6-ая  (формула 2.4.) являются исходными данными для конструктивных цепей (функциональная точность КЦ), а 1-ая – собственная кинематическая неопределенность зубчатой передачи.

Изделие. Изделие формируется из функциональных устройств (ФУi).

Рис. 2.7. Структурные элементы изделия.

ФУ1-двигатель; ФУ2- муфта; ФУ3-зубчатая передача; ФУ4 –передача винт-гайка.

Проектирование норм точности изделия на этом уровне сводится к оптимальному распределению заданной в техническом задании неопределенности функционирования рабочего элемента между комплексными неопределенностями функционирования ФУi (исходными данными для анализа ФУi).

Конструктивные узлы. Конструктивные узлы (КУ) образуются на основании КЦ СД, которые удается сгруппировать на общей базовой детали с автономной сборкой, независимо от ее сборки на общей моментной основе прибора (крупной детали).

Представление об КУ как особых СЕ возникло в связи с преимуществами параллельной сборки изделия, т.е. сборки из независимо собираемых частей. Основной признак КУ – автономность сборки.

Структурой КУ является сочетание одной или нескольких КЦ, СД смонтированных на общей основе, не являющейся корпусной деталью изделия. КУ могут быть типизированными, унифицированными и использоваться в других изделиях благодаря самостоятельному функциональному назначению. Они могут параллельно собирать или закупаться на другом предприятии (например: подшипники, редуктор, двигатель).

В процессе ПНТ КУ не рассматриваются т.к. они не планируется заранее, а формируются в процессе сборки и обусловлены преимуществом узловой сборки.

а

б

Рис 2.8. а. ФУ состоящее из 2-х КЦ, б. конструктивное устройство.