Все потенциальные возможности повышения производительности труда и производительности машин, заложенные в автоматических системах машин, можно реализовать только в том случае, если все механизмы и устройства будут иметь высокую долговечность и надежность в работе.
Надежность - свойство системы, характеризуемое безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью и обеспечивающее нормальное выполнение заданных функций системы. Для рабочих машин с заданными функциями будут обработка, контроль, сборка, то есть выпуск изделий необходимого количества и заданного качества. Следовательно, для станков, автоматов и автоматических линий надежность будет означать способность к бесперебойному выпуску годной продукции. При абсолютной долговечности и надежности все механизмы и устройства машины, инструменты, аппаратура управления работали бы безотказно, а машина выдавала бы бесперебойно годную продукцию с интервалами, равными длительности рабочего цикла. Однако, практика показывает, что механизмов и устройств с абсолютной надежностью не бывает, время от времени в работе возникают неполадки, для устранения которых требуется вмешательство рабочего. Многие операции по обслуживанию обычных машин, которые для человека являются простейшими и не требуют высокой квалификации (например, взять заготовку из штабеля, установить ее в шпинделе и закрепить), для механизмов машин-автоматов оказываются очень сложными и требуют для своего выполнения совершенных механихмов, обладающих высокой надежностью.
Любые механизмы, устройства, аппаратура управления и иные элементы, также как и системы - станки, автоматы, автоматические линии, могут находиться в двух состояних: исправном и неисправном. Переход из исправного состояния в неисправное называется отказом. Так как исправной считается только такая машина, которая в данный момент выдает годную продукцию заданного качества, то машина находится в состоянии отказа не только тогда, когда она не может выдавать продукцию, но и в тех случаях, когда продукция выдается, но не отвечает заданным требованиям качества. Отсюда две формы надежности: надежность срабатывания, связанная с отказом того или иного механизма машин, и технологическая надежность, определяемая стабильностью протекания самого процесса обработки.
Надежность срабатывания механизмов характеризуется возникновением простоев машины или автоматической линии из-за выполнения того или иного элемента рабочего цикла (деталь не зафиксировалась в рабочей позиции, агрегатная головка не переключилась с рабочей подачи на быстрый отвод, автооператор не загрузил заготовку в шпиндель и т.д.). Эти отказы называются отказами элементов.
Технологическая надежность связана с потерей каческа обработки, что также приводит к остановкам машины, хотя все суппорты, приспособления и т.д. выполняют заданные элементы рабочего цикла, но не обеспечивают стабильности изделий. Это происходит вследствие износа режущих инструментов и трущихся поверхностей механизмов, колебаний температуры, коэффициентов трения, вязкости жидкости, припусков на обработку, твердости материала обрабатываемой детали, жесткости деталей и механизмов и т.д. Такое состояние машины называют отказом параметра. Причины, вызывающие нестабильность работы механизмов, носят случайный характер. Отсутствие необходимого качества происходит в случае неблагоприятного сочетания тех или иных случайных величин. Поэтому, если надежность срабатывания связана обычно с окончательными отказами и для устранения неполадок требуется вмешательство человека, то отказы по причине недостаточной технологической надежности, как правило, не окончательные, то есть следующая деталь после бракованной может оказаться годной и без вмешательства человека. По характеру изменения параметра вплоть до критического значения, означающего отказ, различают внезапные и постепенные отказы.
Внезапные отказы означают резкое изменение свойств элементов или системы, например, поломки, заклинивание механизмов, "перегорание" элементов аппаратуры, до этого остававшихся работоспособными. Следует отметить, что причиной внезапных отказом часто являются постепенные качественные изменения в элементах и системах, которые, поспетенно накопляясь, приводят к качественному скачку в состоянии - переходу ее из работоспособного состояния в неработоспособное (например, поломки, возникающие вследствие накопления остаточных деформаций, трещин и т.д).
Постепенные отказы являются следствием монотонно действующих факторов, например, при процесса изнашивания, когда зазовы в сопряжениях, постепенно увеличиваясь, приводят к тому, что механизмы и устройства уже не могут выполнять свое целевое назначение из-за заклинивания, перекоса или нестабильности перемещений. Постепенные отказы характерны для работы таких механизмов, как шпинделя, суппорты, силовые головки, механизмы фиксации и др., а также инструменты при их размерном износе.
По связи с другими отказами различают независимые и зависимые (или первичные и вторичные) отказы. Независимые отказы являются следствием неблагоприятного сочетания параметров работы самих механихмов и устройств. Например, отказы системы управления рабочем циклов гидравлических силовых головок вызывается колебаниями температуры и вязкости масла, коэффициентов трения в направляющих головок, колебаниями сил обработки. Собственными отказами являются затупления инструмента, нестабатывание контактной электроаппаратуры из-за перегорания контактов, брак вследствие недостаточной жесткости системы СПИД и т.д. Зависимыми называются отказы. вызванные внешними причинами, не зависящими от данного механизма и устройства, нарушающими их взаимодействие.
По характеру устранения различают устойчивые и самоустраняющиеся отказы.Неработоспособное состояние машины, возникшее в результате устойчивого отказа, может быть устранено,ка правило, только посредством остановки машины и восстановления ее работоспособности путем ремонта и регулирования механизмов, замены инструментов и т.д. Так, переклбчение силовой головки с рабочей подачи на быстрый отвод хотя бы на одной из рабочих позиций приводит к задержки рабочего цикла всей линии до тех пор, пока такое переключение не быдет выполнено вручную. К устойчивым отказам относятся все поломки, заклинивание механизмов, затупление инструментов.
Самоустраняющиеся отказы характерны для технологической, точностной надежности, когда появление бракованный детали не означает, что и следующая деталь также будет бракованной. В этом случае состояние отказа параметра (выход размеров обрабатываемых изделий за допустимые пределы) сменяется состоянием работоспособности без остановки машины и вмешательства человека. Если потери точности вызывают необходимость остановки машины и замены инструмента или размерной подналадки механизма, то такой отказ следует рассматривать как устойчивый.
Существуют и иные признаки деления отказав: по причинам возникновения (конструкционные, технологические и эксплуатационные отказы), по времени возникновения (отказы при испытании машин, отказы при их нормальной эксплуатации и т.д.). Во всех случаях возникновения отказом приводит к перебоям в выпуске продукции, к внецикловым потерям производительности.
С понятием надежности тесно связано понятие долговечности. Долговечность рабочих маших и их элементов - это свойство сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние станка, автомата, автоматической линии, а также их отдельных деталей, сопряжений, узлов, обусловливается прежде всего процессами изнашивания. Износ - результат процесса постепенного изменения размеров и формы деталей по их поверхностям трения.
Так как все отказы являются случайными событиями, то все характеристики надежности имеют вероятностный смысл, а их числинные значения определяются и анализируются статистическими и вероятностными методами.