Анализ качества исполнения функций и эксплуатационных издержек
Выбор оптимального конструктивного варианта не может опираться только на определение производственных затрат. Требуется также получить представление о том, насколько хорошо, насколько качественно выполняются объектом его функции в процессе эксплуатации.
Введем в связи с этим понятие качества исполнения функций, которое является некоторым практическим приближением к такой широкой и абстрактной категории, как потребительная стоимость.
Под качеством исполнения функций (КИФ) понимается качество того объекта, который выполняет или должен выполнять функцию (группу функций). При этом рассматривается совокупность свойств, в результате которых объект становится носителем функций.
КИФ, как и качество изделий, может быть охарактеризовано целым рядом показателей. Согласно ГОСТ 15467—70 показатели качества подразделяются на единичные, относящиеся только к одному какому-то свойству, и комплексные, относящиеся к нескольким свойствам.
При анализе КИФ решаются следующие задачи: 1) установление экономически целесообразного технического уровня анализируемого объекта; 2) выявляются «слабые места» в конструкции, которые лимитируют качество всего объекта; 3) оцениваются и анализируются эксплуатационные издержки для нескольких вариантов технических решений, что необходимо для подготовки предложений по выбору оптимального варианта.
История возникновения и последующего развития ФСА неразрывно связана с борьбой против «излишек качества» в конструкциях. Неиспользуемые при эксплуатации технические возможности машин вызывают значительные потери, напрасное расходование времени и средств. Поэтому анализ КИФ должен начинаться с анализа технических требований, предъявляемых к объекту в целом. При этом важно выяснить, не являются ли отдельные показатели качества завышенными, насколько отвечают значения показателей требованиям эксплуатации.
Загрузка машин во времени и по мощности, частота отказов, наиболее характерные поломки и время их устранения, сроки службы конструктивных частей до капитального ремонта, расход топлива и энергии на единицу работы — эти и многие другие данные из сферы эксплуатации имеют большое значение для проведения анализа качества.Следует критически проанализировать обоснованность и оправданность технических требований, изложенных в технических условиях (ТУ) на реальное изделие, подвергаемое ФСА.
Для выявления слабых мест конструкции собираются сведения о надежности, наработке на отказ, износе, сроке службы ит. п. по отдельным сборочным единицам и деталям. Очередность составных частей на ФСА и проработку устанавливается не только с точки зрения их себестоимости, но и с точки зрения их эксплуатационной надежности и долговечности.
У вариантов технических решений должны оцениваться качество и технический уровень применительно к условиям и режимам эксплуатации. Следует убедиться также в их работоспособности при предельных режимах. Для этого часто возникает необходимость в изготовлении макетов или упрощенных образцов и их последующих стендовых и лабораторных испытаниях.
Некоторые свойства, характеризующие качество носителя функций, оцениваются одним или несколькими параметрами, другие же являются сугубо качественными понятиями и их невозможно измерить или вычислить. К числу последних относятся социальные, эргономические, эстетические и экологические характеристики машин. У рассматриваемых вариантов отдельные свойства могут изменяться по-разному. Поэтому для сравнения вариантов возникает необходимость, во-первых количественно оценить (квантифицировать) все функционально обусловленные свойства и, во-вторых, приведением оценок свойств к единому масштабу измерения получить комплексную оценку показателя качества. Единственным путем решения этой задачи на ранних этапах проектирования остается пока экспертный метод.
Последовательность работ такая. Прежде всего по каждой функции (группе функций) устанавливаются технические требования, например: а) физико-химические, механические и другие свойства (прочность, твердость, износоустойчивость, точность и т.
п.); б) технико-экономические и эксплуатационные показатели (производительность, скорость, КПД, расход энергии и т. п.); в) надежность (долговечность, безотказность, сохраняемость и т. п.); г) эстетические, санитарно-гигиенические, эргономические и другие требования к конструкции; д) требования стандартизации и унификации запасных частей; е) стабильность параметров при воздействии факторов внешней среды (вибрации, агрессивных сред, климатических изменений и т. п.).97
4 Кац Г. Б. и др.
Для каждого свойства (характеристики) определяется коэффициент весомости, показывающий относительную значимость данного свойства среди остальных. Способы определения коэффициентов весомости описаны в п. 3.2.4 гл. 3. В данном случае коэффициенты весомости должны отражать степень значимости свойств в формировании эксплуатационных издержек.
Затем эксперты оценивают уровень выполнения технических требований в каждом конструктивном варианте в виде вербальных оценок: «отлично», «хорошо» и т. п. Далее эти оценки переводятся в условные единицы — баллы с помощью специальной шкалы. При достигаемой точности экспертного метода вполне достаточной является четырехбалловая шкала с пятью града
циями:
Вербальная оценка Балловая оценка
Отлично 4
Хорошо 3
Удовлетворительно 2
Едва сносно (на пределе) .... 1
Неприемлемо О
Комплексный показатель качества исполнения функций ?кач у каждого варианта рассчитывается как сумма балловых оценок, скорректированных с учетом коэффициентов весомости свойств:
где /екор — корректирующий коэффициент, обращающий Бка в ноль, если хотя бы одна оценка оказывается равной О,
определяется по формуле
Б і — балловая
оценка f-го свойства; kBi — коэффициент весомости /-го свойства.
Для примера в табл.
2.7 показан расчет комплексных показателей КИФ для конструктивных вариантов крепящего устройства выпрямительного блока.Из табл. 2.7 видно, что одни свойства объекта, по которым оценивается качество, могут быть отнесены к отдельным функциям, другие же характеризуют качество исполнения всех функций объекта в совокупности. Так, надежность электрического соединения относится к функции подвода тока, а прочность конструкции — к функциям крепления токоподвода и токосъемника, в то же время такие характеристики, как ремонтопригодность и унификация сменных частей, важны для всех функций объекта.
Выполненные в табл. 2.7 расчеты показывают, что наиболее высоким качеством исполнения функций обладает устройство, основным элементом которого является стальной болт (вариант 1). Далее идут вариант 4 со шпилькой и вариант 3 с заклепкой, качество которых примерно на одном уровне. Наивысший
Оценка качества исполнения функций
| Функция | Технические требования | Коэффициент весомости kB | Конструктивные варианты | |||||||
| 1. Болт стальной | 2. Болт из пластмассы | 3. За- клепка | 4. Шпиль ка | |||||||
| «А | со •ai tQ | «Г | со «г | «Г | и | «Г | со «г | |||
| F1 «подводит переменный ток» | Надежность электрического соединения ^шах = 45А, ?/тах = = 260В, Цном — = 40В | 0.2 | 4 | 0,8 | 2 | 0,4 | 4 | 0,8 | 4 | 0,8 |
| F2 «крепит токопро- вод» F3 «крепит токосъемник «плюс» | Прочность (жесткость) конструкции против вибрации и ударов. Ресурс не менее 10 ООО ч | 0,4 | 4 | 1.6 | 2 | 0,8 | 4 | 1,6 | 3 | 1,2 |
| Fl% F2y F3 | Ремонтопригодность | 0.3 | 3 | 0,9 | 3 | 0,9 | 1 | 0,3 | 2 | 0,6 |
| FI, F29 F3 | Унификация сменных частей | 0,1 | 3 | 0,3 | 2 | 0,2 | 2 | 0,2 | 4 | 0,4 |
| Комплексный показатель качества | — | — | 3,6 | — | 2,3 | — | 2,9 | — | 3,0 | |
| Комплексный показатель несовершенства | — | — | 0,4 | — | 1,7 | — | М | — | 1,0 | |
комплексный показатель качества, который может получить идеальный конструктивный вариант при выбранной балловой
шкале, равен 4, так как
Разность между комплексной оалловой оценкой идеального варианта и оценкой данного варианта будем называть комплексным показателем несовершенства этого варианта:
Если допустить, что между степенью несовершенства конструкции и эксплуатационными издержками имеется прямо пропорциональная зависимость, то эксплуатационные издержки для проектируемого варианта можно рассчитать по формуле
И == и^Бнс + Ит in,
где иб — удельные эксплуатационные издержки, приходящиеся на один балл; Ит1п — минимальные издержки при идеальном варианте, величина удельных издержек ибУ а также ИШп может быть рассчитана на основе статистического анализа данных об экономических показателях в эксплуатации реальной конструкции и существующих аналогичных конструкций.
Окончательные выводы об экономичности каждого варианта делаются на основе условия оптимальности по минимуму суммарных приведенных затрат, рассчитываемых по уравнению (2.2).