Рабочая программа по дисциплине "Надежность и диагностика технологических систем" для студентов, обучающихся по специальности 151002 – "Металлообрабатывающие станки и комплексы", инженерная подготовка (заочная с сокращенной формой обучения)

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА "ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН"

"УТВЕРЖДАЮ"

Декан МТФ

______________

"____"____________ 2006 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине "Надежность и диагностика технологических систем"

для студентов, обучающихся по специальности 151002 –

"Металлообрабатывающие станки и комплексы",

инженерная подготовка

(заочная с сокращенной формой обучения)

Факультет механико-технологический

Курс 3, 4; семестры 6, 7

Лекции – 6 часов

Лабораторные работы - 12 часов

Контрольная работа – 7 семестр

Самостоятельная работа – 101 час

Зачет – 7 семестр

Всего – 119 часов

Новосибирск

2006

Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 151000 – "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств"

Номер государственной регистрации ГОС 513 тех/дс от 01.01.2001

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры "Проектирование технологических машин" (протокол № 3 от 31.08.06)

Программу составил

к. т.н., доцент

Заведующий кафедрой,

профессор

Ответственный за основную

образовательную программу,

учёный секретарь кафедры,

к. т.н., доцент

1. Внешние требования

Требования ГОС к обязательному минимуму содержания учебной дисциплины представлены в табл. 1.

Таблица 1

Требования ГОС к обязательному минимуму содержания учебной дисциплины

Индекс	Наименование дисциплины и ее основные разделы	Всего часов
СД.06	НАДЕЖНОСТЬ И ДИАГНОСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ Основные понятия и определения надежности. Количественные показатели. Схема формирования отказов. Повреждения в элементах технологической системы. Классификация повреждений по скорости протекания процессов повреждения в станках: тепловые, силовые, динамические повреждения и отказы режущего инструмента. Система обеспечения надежности. Диагностирование - средство повышение надежности на стадии эксплуатации. АСНИ при обработке резанием, ее структура и состав. Диагностика инструмента: критерии состояния, диагностические признаки, диагностические модели, технологические алгоритмы, техническое обеспечение, ПМО. Диагностика износа резцов, поломок и формы стружки. Диагностика сверл. Диагностика фрез. Диагностика станков. Диагностика тепловых, силовых и динамических повреждений в станках, гидропривода и других узлов. Технологические алгоритмы диагностирования и управления.	119

Инженер по направлению подготовки дипломированного специалиста 151000 – "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств" может в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой выполнять следующие виды профессиональной деятельности:

- проектно-конструкторскую;

- производственно-технологическую;

- организационно-управленческую;

- научно-исследовательскую;

- эксплуатационную.

В рамках указанного направления подготовки дисциплина "Надежность и диагностика технологических систем" входит в соответствии с ГОС в перечень обязательных для инженера специальности 151002 – "Металлообрабатывающие станки и комплексы".

Инженер, освоивший основную образовательную программу высшего профессионального образования по направлению151000 – "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств", должен быть подготовлен для продолжения образования в аспирантуре.

2. Особенности (принципы) построения дисциплины

Особенности (принципы) построения дисциплины описываются в табл. 2.

Таблица 2

Особенности (принципы) построения дисциплины

Особенность (принцип)	Содержание
Основание для введения курса	Стандарт направления
Адресат курса	151002 – Металлообрабатывающие станки и комплексы
Главная цель	Сформировать у студентов знания о надёжности и диагностике основных элементов автоматизированных технологических систем металлообработки (режущего инструмента, металлообрабатывающего и других элементов системы).
Ядро курса	Освоение студентами методического подхода и процедур, необходимых для разработки систем диагностики, знаний о структуре и составе обеспечивающей части систем диагностики, навыков их выбора и разработки.
Связь с другими дисциплинами	При изучении дисциплины у студента объективно возникает потребность увязать в системном виде и на более высоком качественном уровне знания, полученные ранее при изучении таких фундаментальных общепрофессиональных и специальных дисциплин, как "Высшая математика", "Физика", "Информатика", "Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика", "Материаловедение", "Теоретическая механика", "Сопротивление материалов", "Теория механизмов и машин", "Метрология, стандартизация и сертификация", "Детали машин и основы конструирования", "Теория автоматического регулирования", "Гидравлика и гидропривод", "Основы технологии машиностроения", "Резание материалов", "Режущий инструмент", "Металлорежущие станки" и ряда других.
Объём курса в часах	17 час лекций, 17 час практических занятий
Практическая часть дисциплины	Практическая часть дисциплины содержит практические занятия, расчетно-графическую работу. Студенты применяют теоретические положения для приобретения навыков по диагностированию основных элементов автоматизированных технологических систем металлообработки (режущего инструмента, металлообрабатывающего и других элементов системы).

3. Цели учебной дисциплины

Цели учебной дисциплины описываются в табл. 3.

Таблица 3

После изучения дисциплины студент будет

Номер цели	Содержание цели
иметь представление
1	о роли теории надежности и технической диагностики при эксплуатации машин
2	о том, какие законы распределения случайных величин можно применять при анализе работоспособности машин
3	о том, какие законы распределения случайных величин можно применять при определении остаточного ресурса
4	о том, какие приборы используются при диагностировании машин, станков
5	о косвенных признаках, используемых при диагностировании машин
6	о резервировании элементов и узлов конструкций для повышения надежности работы машин
знать
7	основы математической и физической теории надежности элементов технологических систем
8	методический подход и процедуры, необходимые для разработки систем диагностики
9	структуру и состав обеспечивающей части систем диагностики
10	технологические алгоритмы реализованных систем диагностики
уметь
11	рассчитывать основные количественные показатели надежности технологической системы и ее элементов
12	выполнять исследования, необходимые для разработки систем диагностирования
иметь опыт:
13	составления технологических алгоритмов диагностирования состояния инструмента и станка и других элементов автоматизированных технологических систем

4. Содержание и структура учебной дисциплины

Описание лекционных занятий представлено в табл.4.

Таблица 4. Лекционные занятия (17 час)

Темы лекционных занятий	Часы	Ссылки на цели
Основы математической теории надежности Введение. Надежность и качество. Терминология. Случайные величины и их характеристики. Нормальный закон распределения и ресурс деталей, подвергающихся изнашиванию. Логарифмически нормальное распределение и ресурс деталей по усталостной прочности. Экспоненциальный закон и наработка до случайных отказов. Закон Вейбулла и ресурс подшипников качения. Закон Пуассона и вероятность определения количества отказов за принятый промежуток времени. Количественные показатели надежности. Резервирование. Оценка предельного состояния машины.	5	1, 2, 3, 4
Физическая теория надежности в приложении к элементам технологической системы Повреждения элементов технологической системы, приводящие к отказам. Оценка вклада каждой группы повреждений в изменение выходного параметра технологической системы	4	7
Система обеспечения надежности объектов металлообработки (на примере режущего инструмента) Обеспечение надежности на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации. Диагностирование состояния инструмента как средство повышения надежности и производительности технологической системы на стадии эксплуатации	4	5, 8, 9, 10, 11, 12, 13
Диагностика технологических систем Диагностика, основные определения, понятия. ГОСТы диагностики и диагностирования. Диагностирование как средство повышения эффективности автоматизированных технологических систем металлообработки. Датчики для измерения параметров диагностических признаков: сил резания, температуры, колебаний, мощности, перемещений, скоростей перемещений, датчики касания. Датчики, встраиваемые в станок и инструмент. Датчики, периодически подключаемые, внешние. Обработка и анализ диагностической информации. Диагностические модели. Принятие решений. Технологические алгоритмы однопараметрической диагностики: распознавание износа инструмента, поломок, формы стружки. Алгоритмы многопараметрической диагностики инструмента.	4	6, 9, 10, 11, 12, 13

Объем всего лекционного курса и отдельных тем в часах указан для студентов дневного отделения. Учебным планом специальности для студентов заочной формы обучения предусмотрено 6 часов лекций, включая 2 часа установочных, которые читаются во 6 семестре. Тематика лекций – наиболее важные разделы курса.

Описание лабораторно-практических занятий представлено в табл. 5.

Таблица 5. Лабораторно-практические занятия (17 час)

Темы занятий	Учебная деятельность	Часы	Ссылки на цели
Способы диагностики оборудования, приборы для диагностики вибраций оборудования	Рассматриваются варианты расчета частот собственных колебаний различных узлов оборудования и разбираются условия его виброустойчивости	2	6
Случайные величины и их характеристики	Решаются задачи на понимание применения нормального закона распределения	2	1, 2, 3, 4
Обеспечение надежности инструмента на стадии проектирования	Рассматриваются варианты оптимизации геометрических параметров различного инструмента	2	9
Диагностика, ремонт и обеспечение надежной работы роторов, балансировка роторов	Амплитудно-частотная диагностика работы шпинделя, ротора, балансировка, применение виброприбора ВМ	2	6
Алгоритмы однопараметрической диагностики	Предлагается по характеру и форме стружки определять износ инструмента и оптимальность его геометрии	2	10
Оценка предельного состояния машины	Предлагаются задачи на решение и определение предельного состояния машины	2	4

Структура дисциплины изображена в виде блок-схемы

5. Учебная деятельность

В течение семестра студенты выполняют контрольную работу, которая носит комплексный характер и охватывает практически весь круг вопросов.

Тематика работы – определение гамма - процентного ресурса машины. На этой работе систематизируются и углубляются знания, изложенные в изучаемом курсе.

Основные цели этой работы состоят в том, чтобы студент овладел методикой расчета остаточного ресурса оборудования, развить умение производить инженерные расчеты учитывающие параметр надежность работы оборудования.

Требования к оформлению пояснительной записки.

Задание на контрольную работу "Определение гамма - процентного ресурса машины":

Наработка машины до отказа (в часах) имеет распределение Вейбулла, нормальное, логарифмически нормальное или экспоненциальное. На испытания поставлены (40-50) машин, а испытания проводятся до их отказа.

С использованием вероятностных сеток найти закон распределения случайной величины и определить 80%-ный ресурс машины.

Содержание РГР:

1.  График статистической функции распределения.

2.  Гистограмма наработок между отказами.

3.  График функции распределения на вероятностной сетке.

4.  Согласование теоретического распределения со статическим (критерий Пирсона).

5.  Определение параметров закона распределения.

6.  Средний и гамма – процентный ресурс машины.

В таблице 6 представлены исходные данные одного из вариантов РГР, где указано количество часов работы оборудования до отказа.

Таблица 6

Исходные данные варианта №1

947	1091	949	1060	1088	907	1158	984	911	1118
895	1001	1077	1097	1071	1011	937	975	850	951
984	986	1103	1020	1045	1075	958	931	1076	838
965	949	795	954	978	914	863	1022	1038	1076
1018	926	904	847	874

Каждая работа оформляется в виде пояснительной записки объемом порядка 15…20 страниц формата А4, графическая часть – 1 лист ф. А3.. Она должна содержать все необходимые описания, расчеты, эскизы и другой иллюстративный материал. Оформление расчетно-графической работы должно удовлетворять требованиям ГОСТ 2.105-95. С краткими требованиями к оформлению выпускной квалификационной работы специалиста можно ознакомиться на сайте http://ido. nstu. ru/education/requirements. php.

6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине

Проводится в соответствии с планом ООП – зачет (7 семестр) К зачету допускаются студенты, выполнившие все практические задания и расчетно-графическую работу. При аттестации используются контролирующие материалы, образцы которых приведены в п.8.

7. Список литературы

Основная литература

1.  Синопальников процесса резания и инструмента. Учебное пособие. - М: Мосстанкин, 1990. - 92 с.

2.  Синопальников процесса резания и инструмента: учебное пособие. - М.: Мосстанкин, 1991. - 126 с.

3.  Диагностика инструмента: Метод, указания. Сост. В. А., - М.: МГТУ «Станкин», 1994. - 83 с.

4.  Проников метод испытания металлорежущих станков: Учебное пособие. - М.: Машиностроение, 1985. - 288 с.

5.  Пуш узлы: Качество и надежность. - М.: Машиностроение, 1992.-288 с.

6.  , Схиртладзе В. Б. и др. Диагностика, испытание и ремонт станочного оборудования: Учебное пособие. - Пенза: инф.

7.  Волчкевич автоматических линий. – М.: Машиностроение, 1969 г. – 308 с.

Дополнительная литература

8.  Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник – учебник в 3-х томах. Т. 3: Проектирование станочных систем./Под общей ред. . – М.: изд-во МГТУ им. , изд-во МГТУ «Станкин», 2000. – 584 с.

9.   

8. Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине

Перечень вопросов, выносимых на зачет по дисциплине:

1.  Виды износа оборудования.

2.  Повреждения элементов технологических систем, приводящие к отказам.

3.  Оценка вклада каждой группы повреждений в изменение выходных параметров технологической системы.

4.  Надежность оборудования и ремонт, затраты на ремонт, временная оптимизация решения о передаче оборудования в ремонт.

5.  Обслуживание оборудования, организация эксплуатации машин, станков, инструмента и их надежность.

6.  Терминология надежности:

а) объекты;

б) состояния и события;

г) свойства;

д) количественные показатели (-процентный ресурс, коэффициент готовности, вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, параметр потока отказов).

7.  Случайные величины и их характеристики, построение функции распределения .

8.  Функция вероятности случайной величины X , плотность распределения.

9.  Характеристики случайной величины, математическое ожидание, мода и медиана, дисперсия, среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации, квантиль.

10.  Нормальный закон и ресурс деталей, подвергающихся изнашиванию.

11.  Интенсивность отказов . Тр – время безотказной работы (ресурс).

12.  Логарифмически нормальное распределение и ресурс деталей по усталостной прочности. Тр=…

13.  Экспоненциальный закон и наработка до случайных отказов машин и их деталей.

14.  Закон Вейбулла и ресурс подшипников качения.

15.  Обработка статистических данных (генеральная совокупность и выборка).

16.  Нахождение закона распределения случайной величин проверка по критерию Пирсона.

17.  Кривая надежности, ее характеристика, изменение кривой надежности после ремонтных работ.

18.  Количественные показатели надежности.

19.  Комплексные показатели надежности (коэффициент готовности, коэффициент технического использования, коэффициент оперативной готовности).

20.  Экономические показатели надежности.

21.  Резервирование в технологической системе (нагруженный резерв и ненагруженный резерв).

22.  Общее резервирование и раздельное резервирование.

23.  Основные термины и определения технической диагностики.

24.  Диагностические признаки и параметры (структурные признаки, функциональные параметры, сопутствующие параметры).

25.  Связи между структурными диагностическими параметрами (единичная связь, неопределенная связь, комбинированная связь).

26.  Требования к диагностическим параметрам.

27.  Критерий информативности диагностических параметров.

28.  Определение неисправимого состояния – первая задача диагностирования (обобщенная формула Бойсса).

29.  Методы и средства диагностирования.

9. Приложение

Дополнения и изменения к рабочей программе на 20 /20 учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения: __________________

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры «___» __________20 г.

Заведующий кафедрой

«___» __________20 г.