УДК 621.01:658.562
РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ МЕТОДА FMEA-АНАЛИЗА
КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
СТРЕЛОЧНОГО ТИПА СП-6М
Рассмотрен порядок проведения FMEA-анализа конструкции. Представлены результаты внедрения данного метода для повышения качества и выявления видов потенциальных отказов электропривода стрелочного типа СП-6М в процессе производства и эксплуатации.
Ключевые слова: FMEA-анализ конструкции, команда специалистов, элемент, коэффициент приоритетного риска, диаграмма Парето, причинно-следственная диаграмма Исикавы.
Электропривод стрелочный невзрезной типа СП-6М с внутренним замыканием предназначен для перевода в повторно-кратковременном режиме, запирания и контроля положения в непрерывном режиме централизованных стрелок с нераздельным ходом остряков. Электропривод обеспечивает при крайних положениях стрелки плотное прилегание прижатого остряка к рамному рельсу, не допускает запирания стрелки при зазоре между прижатым остряком и рамным рельсом 4 мм и более и отводит другой остряк от рамного рельса на расстояние не менее хода шибера.
Для выявления слабых мест электропривода стрелочного типа СП-6М был проведен FMEA-анализ конструкции (анализ видов и последствий отказов). FMEA-анализ – один из наиболее эффективных методов аналитической оценки результатов конструкторской деятельности и процессов [1]. Прогнозирование дефектов и предупреждение их появления является важнейшей задачей этого метода. С помощью данного метода получена информация о том, на какие элементы конструкции необходимо обратить внимание в первую очередь, а главное – выявлены причины потенциальных несоответствий и разработаны мероприятия по их устранению.
Первым этапом внедрения является сбор исходных данных.
Техническое задание:
- ход шибера 154±2 мм;
- ход контрольных линеек 154±2 мм;
- ток перевода не более 3,9 А;
- время перевода не более 2,8 с;
- ток фрикции 8 А;
- усилие нагрузки на шибере 3500 Н.
Условия эксплуатации: электропривод предназначен для работы в условиях умеренного климата при температурах от –45 до +55°С, относительной влажности 100% при температуре +25°С, вибрационной и ударной нагрузке.
Ограничение: назначенный ресурс не менее 1,2 · 106 переводов рабочего шибера при нагрузке до 3500 Н.
Была сформирована команда специалистов для проведения анализа, в которую вошли компетентные специалисты в области производства данного изделия и в области проведения FMEA-анализа. Затем командой специалистов были выделены следующие блоки и элементы конструкции: блок А1 – электродвигатель с муфтой; блок А2 – редуктор; блок А3 – блок главного вала; блок А4 – блок упора; блок А5 – автопереключатель; блок А6 – блок линеек остряка; блок А7 – блок шибера; блок А8 – крышка шибера; блок А9 – накладка сальника с кожухом откидным; блок А10 – крышка корпуса боковая; элемент А11 – корпус; элемент А12 – панель освещения; элемент А13 – крышка корпуса. Так как блок А2 включал в себя большое число элементов, он был разбит еще на несколько блоков: блок Б21 – первичный вал-шестерня; блок Б22 – средний вал-шестерня; блок Б23 – выходной вал-шестерня; блок Б24 – крышка выходного вала-шестерни; блок Б25 – крышка среднего вала-шестерни; блок Б26 – крышка первичного вала-шестерни; блок Б27 – крышка корпуса; элемент Б28 – корпус; элемент Б29 – прокладка сливной пробки; элемент Б210 – пробка сливная; элемент Б211 – болт; элемент Б212 – шайба.
Используются следующие соединения между блоками и элементами: 1 – прессовое; 2 – резьбовое; 3 – механическое; 4 – шлицевое; 5 – шплинтовое; 6 – зубчатое.
Данное разделение на блоки и элементы позволило выявить каждую деталь, которая подвергается воздействию различных факторов. В итоге было выделено 100 элементов, которые были расставлены в порядке приоритета проведения анализа по следующим основаниям:
- разработка новой конструкции;
- использование новых материалов в конструкции;
- применение новых технологических процессов при изготовлении конструкции;
- предъявление новых требований к безопасности конструкции, не соответствующих законодательству;
- предъявление специальных требований к технологиям, связанных с охраной окружающей среды;
- использование критических элементов конструкции;
- использование критических технологий;
- повышение риска при использовании комплектующих элементов;
- изменение конструкции, связанное с ее функциональным предназначением;
- изменение технологического процесса, необходимого для разработки конструкции;
- изменение условий эксплуатации конструкции.
Далее для каждого элемента конструкции были определены виды потенциальных отказов, которые являются внутренними повреждающими факторами данного изделия (табл. 1). Они возникают из-за различных взаимодействий деталей конструкции между собой: трения, ударов, соединений и т. д. Итогом проделанной работы стало выявление потенциальных отказов, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации изделия, в частности в процессе испытаний на надежность электропривода стрелочного типа СП-6М.
Показателем важности отказа является, как известно, коэффициент приоритетного риска (КПР), который состоит из значимости последствий отказов, возможности возникновения отказов и возможности обнаружения отказов. Все эти составляющие определяются для каждого отказа и основываются на мнении команды специалистов. Они градуируются от 1 до 10, а КПР определяется перемножением всех составляющих. В ходе анализа выяснилось, что наибольшее влияние на электропривод стрелочный типа СП-6М оказывают отказы, связанные с заменяемыми в процессе эксплуатации элементами конструкции.
Результатом всех расчетов является диаграмма Парето, показывающая, на какие отказы необходимо обратить внимание в первую очередь (рис. 1). Исходные данные для ее построения приведены в табл. 2.
Из диаграммы видно, что наибольшее влияние на качество электропривода стрелочного типа СП-6М оказывают дефекты блоков группы А (А2), которые составляют 49,90% от всего числа дефектов. На них необходимо обратить внимание в первую очередь. Затем устраняются дефекты блоков группы В (А1, А5, А3, А7), которые меньше влияют на уровень качества электропривода стрелочного типа СП-6М. Дефекты блоков группы С можно не учитывать в процессе поиска решений по устранению причин потенциальных отказов, так как они составляют примерно 20% от всего числа дефектов, т. е. значимость последствий отказов и вероятность их возникновения незначительны. Следовательно, для выявления дефектов, оказывающих влияние на качество изделия, рассматриваются последовательно блоки групп А и В диаграммы Парето электропривода стрелочного типа СП-6М.
Таблица 1
Виды потенциальных отказов электропривода стрелочного типа СП-6М
Элемент | Индекс элемента | Возможные отказы | Индекс отказа |
Вал-шестерня | В231 | - износ зубьев - срез, смятие резьбы - скручивание - износ - изгиб - деформация - износ шпоночного паза | С1 С2 С3 С4 С5 С6 С7 |
Подшипник 180207 | В232 | - износ - деформация | С8 С9 |
Колесо | В234 | - износ зубьев - износ - износ шлицев - деформация | С10 С11 С12 С13 |
Диск подвижный | В235 | - износ - износ зубьев - коробление | С14 С15 С16 |
Втулка зубчатого колеса | В233 | - износ - деформация | С17 С18 |
Диск неподвижный | В236 | - износ - износ зубьев - коробление | С19 С20 С21 |
Пружина тарельчатая | В2312 | - старение | С22 |
Втулка | В237 | - износ шлицев - износ - износ шпоночного паза - деформация | С23 С24 С25 С26 |
Шпонка 6×6×22 | В238 | - срез, смятие | С27 |
Тарелка | В239 | - износ шлицев - деформация | С28 С29 |
Втулка под подшипник | В2310 | - износ - деформация | С30 С31 |
Седло | В2311 | - износ - деформация | С32 С33 |
Гайка регулировочная | В2313 | - срез, смятие резьбы - деформация | С34 С35 |
Штифт 2,5×50 | В2314 | - деформация - износ - срез | С36 С37 С38 |
… | |||
Крышка корпуса | А13 | - деформация - износ - смятие - выкрашивание | С228 С229 С230 С231 |
Таблица 2
Исходные данные для построения диаграммы Парето электропривода стрелочного типа СП-6М
Блок (элемент) | Индекс блока (элемента) | КПР | Σ КПР | % КПР | Σ % |
Редуктор | А2 | 14316 | 14316 | 49,90 | 49,90 |
Электродвигатель с муфтой | А1 | 3622 | 17938 | 12,63 | 62,53 |
Автопереключатель | А5 | 3298 | 21236 | 11,50 | 74,02 |
Блок главного вала | А3 | 1928 | 23164 | 6,72 | 80,74 |
Блок шибера | А7 | 999 | 24163 | 3,48 | 84,23 |
Накладка сальника с кожухом откидным | А9 | 935 | 25098 | 3,26 | 87,49 |
Блок линеек остряка | А6 | 819 | 25917 | 2,85 | 90,34 |
Блок упора | А4 | 736 | 26653 | 2,57 | 92,91 |
Корпус | А11 | 496 | 27149 | 1,73 | 94,64 |
Крышка шибера | А8 | 484 | 27633 | 1,69 | 96,32 |
Панель освещения | А12 | 455 | 28088 | 1,59 | 97,91 |
Крышка корпуса | А13 | 320 | 28408 | 1,12 | 99,02 |
Крышка корпуса боковая | А10 | 280 | 28688 | 0,98 | 100,00 |
Рис. 1. Диаграмма Парето электропривода стрелочного типа СП-6М
По итогам построения диаграмм были выделены наиболее вероятные виды потенциальных отказов электропривода стрелочного типа СП-6М и определен приоритетный порядок, в котором стоит обращать внимание на них для нормальной работы изделия (табл. 3).
Таблица 3
Приоритетный порядок по устранению потенциальных отказов электропривода стрелочного типа СП-6М
Порядок | Отказ | Индекс отказа |
1 | Срез, смятие шпонки 6×6×22 | С27 |
2 | Коробление подвижного диска | С16 |
Коробление неподвижного диска | С21 | |
3 | Износ втулки зубчатого колеса | С17 |
Износ втулки дисков | С24 | |
Износ втулки под подшипник | С30 | |
Износ штифта 2,5×50 | С37 | |
Срез штифта 2,5×50 | С38 | |
4 | Срез, смятие шпонки 6×6×20 | С51 |
5 | Износ среднего вала-шестерни | С41 |
6 | Износ первичного вала-шестерни | С54 |
7 | Износ выходного вала-шестерни | С4 |
8 | Старение тарельчатой пружины | С22 |
9 | Износ шлицев втулки дисков | С23 |
Износ шпоночного паза втулки зубчатого колеса | С25 | |
10 | Износ подвижного диска | С14 |
Износ неподвижного диска | С19 |
Результатом внедрения метода FMEA-анализа конструкции стало выявление факторов, влияющих на качество электропривода стрелочного типа СП-6М, и построение причинно-следственной диаграммы Исикавы (рис. 2), позволяющей понять причины потенциальных несоответствий и впоследствии назначить необходимые мероприятия по устранению этих причин.
Факторы, влияющие на качество электропривода стрелочного типа СП-6М:
1. Несовершенство средств контроля качества в процессе эксплуатации.
2. Несовершенство методики контроля качества в процессе эксплуатации.
3. Низкая квалификация обслуживающего персонала.
4. Несовершенство методики испытаний на надежность изделия.
5. Несовершенство испытательного оборудования.
6. Несоответствие квалификации персонала, участвующего в испытаниях на надежность.
7. Климатические воздействия на изделие.
8. Вибрационные воздействия на изделие.
9. Ударные нагрузки.
10. Шумовые воздействия на изделие.
11. Недостаточный контроль качества материалов и комплектующих элементов.
12. Усталость материалов и окончание срока службы комплектующих элементов.
Рис. 2. Причинно-следственная диаграмма Исикавы
Итак, можно выделить следующие мероприятия для повышения качества электропривода стрелочного типа СП-6М:
1. Повышение качества проведения ремонтов и технического обслуживания за счет использования более совершенного оборудования и методов контроля позволяет оперативно находить неполадки в работе изделия, проводить более точные измерения работающих деталей.
2. Обучение персонала для обслуживания изделия необходимо для того, чтобы квалифицированно проводить техническое обслуживание ответственного изделия. Компетентность персонала позволяет сократить время на осмотр изделия и правильно определить возможные неполадки.
3. Разработка методики испытаний на надежность повышает возможность получения более достоверных, точных, воспроизводимых результатов испытаний, а также позволяет сократить их продолжительность и стоимость.
4. Разработка стенда для комплексных испытаний на надежность с автоматизацией процесса измерения позволяет сократить время испытаний, а также приблизить условия работы изделия в процессе испытаний к условиям эксплуатации для получения более достоверной информации о качестве изделия.
5. Обучение персонала для проведения испытаний на надежность необходимо для правильной подготовки, проведения, оформления и анализа результатов испытаний.
6. Использование более совершенных покрытий и уплотняющих материалов для защиты от внешних воздействий позволяет снизить вероятность развития коррозии корпуса изделия, попадания влаги внутрь изделия, что приводит к отказу электронных систем и нарушает работу других элементов изделия.
7. Усовершенствование конструкции основания для гашения вибрационных нагрузок снижает вероятность отказа изделия из-за вибрации и нагрузку элементов конструкции.
8. Закупка материалов и комплектующих у проверенных поставщиков исключает возможность поставки некачественного сырья для производства изделия.
9. Входной контроль материалов и комплектующих необходим для того, чтобы исключить на ранних стадиях производства изделия вероятность разрушения из-за дефектов, не зависящих от организации-производителя (бракованные комплектующие, литейные дефекты и т. д.).
Данные мероприятия позволили снизить количество возникающих отказов изделия и сократить время на их обнаружение и исправление.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анализ видов и последствий потенциальных отказов. FMEA: справ. рук.: [пер. с англ.] / «Крайслер корпорэйшн», «Форд мотор компани», «Дженерал моторс корпорэйшн». – Н. Новгород: НИЦ КД; Приоритет, 1997. – 67 с.
Материал поступил в редколлегию 12.10.11.
