Конструкторско-технологическое обеспечение качества машиностроительной продукции

КОНСТРУКТОРСКОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ 

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА 
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ 

ПРОДУКЦИИ

А.С. МЕЛЬНИКОВ 
М.А. ТАМАРКИН 
Э.Э. ТИЩЕНКО

Под общей редакцией А.С. Мельникова

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 

профессионального образования в качестве учебного пособия для студентов

 высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки 

15.03.01 «Машиностроение», 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение 

машиностроительных производств» (квалификация (степень) «бакалавр») 

(протокол № 6 от 16.06.2021)

Москва
ИНФРА-М

2022

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 621(075.8)
ББК 34.4я73
 
М48
А в т о р ы :
Мельников А.С., кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры 
«Технология машиностроения» Донского государственного технического университета;
Тамаркин М.А., доктор технических наук, профессор, профессор кафедры 
«Технология машиностроения» Донского государственного технического университета;
Тищенко Э.Э., кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Технология машиностроения» Донского государственного технического университета
Р е ц е н з е н т :
Шумячер В.М., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой 
«Строительные и дорожные машины и оборудование» Волжского политехнического института (филиала) Волгоградского государственного технического 
университета

ISBN 978-5-16-015236-3 (print)
ISBN 978-5-16-107704-7 (online)
©  Мельников А.С., Тамаркин М.А., 
Тищенко Э.Э., 2021

Мельников А.С.
М48 
 
Конструкторско-технологическое обеспечение качества машиностроительной продукции : учебное пособие / А.С. Мельников, М.А. Тамаркин, Э.Э. Тищенко ; под общ. ред. А.С. Мельникова. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 363 с. — 
(Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1020520.
ISBN 978-5-16-015236-3 (print)
ISBN 978-5-16-107704-7 (online)
Изложенный в учебном пособии материал посвящен обобщению и систематизации накопленных наукой и практикой машиностроения знаний по важнейшей проблеме — обеспечению требуемого качества выпускаемых изделий 
(машин, их частей). Для количественной оценки введены понятия «уровень 
качества» и «стабильность качества». На основе анализа информационной 
модели процесса создания машины рассмотрены задачи разных инженерных 
служб предприятия (конструкторской, технологической, метрологической) 
в обеспечении заданного качества. Показано, что все службы обеспечивают 
заданное качество опосредованно через задание при конструировании, достижение при изготовлении и измерение при сертификации размерного описания 
деталей и машины в целом и свойств конструкционных материалов. Описана 
преемственность задач, решаемых инженерными службами на разных этапах 
процесса создания машины, обоснована необходимость единых для всех правил работы с размерным описанием — моделей размерных связей. Описаны 
возможности управления размерными связями при проектировании и реализации технологических процессов.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения и действующей 
программы подготовки бакалавров по направлениям подготовки «Машиностроение» и «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств». 
Рекомендовано для магистерских программ всех направлений подготовки 
объединенной группы «Машиностроение». Может быть использовано в программах повышения квалификации и переподготовки инженерно-технических 
работников машиностроительных предприятий.
УДК 621(075.8)
ББК 34.4я73

Введение

Слово «качество» стало настолько расхожим, что мы перестали 
задумываться о его смысловом значении вплоть до того, что оно 
стало как бы материальным объектом, которым можно управлять. 
В нашей стране в перечне специальностей и направлений подготовки высшего образования даже появилась специальность «Управление качеством» (причем совершенно не важно, чьим). Мы скопировали это с далекого Запада, который в прошлом веке ввел в моду 
менеджмент качества и даже разработал систему стандартов на этот 
счет. Эта система устанавливает набор докумен тов, которые описывают и, по мнению создателей системы, обеспечивают качество производимых продуктов. Была создана и получила распространение 
сертификация систем менеджмента качества предприятий. Считается, что если система менеджмента качества прошла независимую 
сертификацию, то это гарантирует потребителю качество выпускаемой предприятием продукции. Немалые средства потрачены 
мировым бизнесом на разработку концепций систем управления 
качеством и попытки их реализации.
На практике оказалось, что сертификация системы менеджме нта 
качества лишь подтверждает наличие докумен тов, соответствующих международным стандартам серии 9000, но не затрагивает их содержания. Например, в системе менеджмента качества 
машиностроительного предприятия должны быть технологические 
процессы изготовления деталей, сборки узлов и машины в целом. 
При сертификации оказалось, что такие технологические процессы 
есть, но содержание их не анализируется: какие они, насколько 
они современны, какие технические решения содержат, гарантируют ли они требуемое качество изделий — все это не подлежит 
оценке. Можно привести немало примеров предприятий, имеющих 
сертифицированные системы менеджмента качества, но не обеспечивающих требуемое качество выпускаемых изделий. Да и само 
требуемое качество — довольно расплывчатое понятие, у каждого 
потребителя свое представление о качестве. Появились и получили 
широкое хождение такие понятия, как «высокое качество», «низкое 
качество», «недостаточное качество» «европейское качество», «качество на уровне мировых стандартов» и т.д. Границ между этими 
понятиями нет и быть не может, так как разницу можно установить, 
только если каждое из них описано количественно, т.е. числом. Поэтому ожидаемая эффективность систем менеджмента качества 

оказалась недостигнутой, что Запад убедительно доказал и перестал вкладывать ресурсы в их дальнейшую разработку.
Вот данные, которые приводят американские ученые К. Камерон, Р. Куинн в своей книге «Диагностика и изменение организационной культуры» [10]: «…Организации, которые реализовывали 
стимулы качественного толка с целью повысить эффективность, вообще говоря, так и не добились успеха. Чтобы проиллюстрировать 
это обстоятельство еще раз, консалтинговая фирма Rath & String 
[10] провела обследова ние 500 компаний из списка Fortune и обнаружила, что толь ко 20% из них сообщали о реальном достижении 
целей по вышения качества, а более 40% показали, что их стимулы 
качественного толка потерпели полное фиаско. Изучив трид цать 
программ качества, агентство McKinsey (еще одна кон салтинговая 
фирма) обнаружило, что две трети из них были прекращены, 
не привели к успеху или оказались неудачными.
Исследование агентством Ernst & Young 584 компаний четы рех 
индустрий (автомобильной, банковской, компьютеров и здравоохранения) Соединенных Штатов, Японии, Германии и Канады 
позволило обнаружить, что большинство этих фирм не смогло 
успешно реализовать на практике идею всеобщего ка чества. Большинство фирм констатировали попытку внедре ния всеобщего 
управления качеством (англ. Total Quality Management — TQM) 
как неудачную и фактически вновь урезали свои бюджеты повышения качества».
Конечно необходимо совершенствовать управление предприятием, в том числе и его работу по обеспечению или повышению 
качества выпускаемой продукции. Однако заметим, что качество 
машиностроительной продукции есть в первую очередь результат 
работы инженерных служб (конструкторской, технологической, 
метрологической). Грамотные конструкторские, технологические 
и другие инженерные решения являются, с одной стороны, гарантом достижения качества машиностроительной продукции и, 
с другой стороны, характеризуют квалификацию инженерного 
персо нала предприятия. Решение проблем обеспечения качества 
машиностроительной продукции требует от инженерного корпуса 
предприятия освоения наработанных наукой теоретических основ 
обеспечения качества машиностроительной продукции и навыков 
их использования в практике. В предлагаемом пособии излагается 
в систематизированном виде описание современных теоретических 
основ обеспечения требуемого качества выпускаемой машиностроительной продукции с примерами их успешного использования 
в практике конструирования и производства машин.

Начинать надо с наполнения содержанием понятия «качество 
машины», которое позволило бы оценить его количественно. Качество — это свойство материального объекта. Философия определяет категорию качества вещи как совокупность свойств, отличающих ее от всех других. Отсюда вытекает, что разные вещи, в том 
числе и любая машина, имеют разный состав свойств, образующих 
их качество. Поэтому под качеством машины будем понимать совокупность свойств, отличающих ее от других и позволяющих 
успешно решать задачи, для решения которых она создается. 
Такое определение позволяет дать описание качества будущей машины в техническом задании на ее проектирование и присвоить 
ему количественную оценку. Подробно это излагается в гл. 1, 
при изучении которой важно обратить внимание на то, что для количественного описания требуемого качества машины вводится два 
понятия: «уровень качества» и «требуемая стабильность качества 
в партии изготовленных машин».
Для полноценного описания проблемы обеспечения качества 
машины нужно рассмотреть весь процесс создания машины, начиная от формулирования задачи, для решения которой нужна 
машина, и до передачи ее в эксплуатацию, где проявится ее способность удовлетворительно решить эту поставленную задачу. 
Создание машины может и должно представляться как процесс 
информационный. Модель такого информационного процесса описана в гл. 2. В ходе изучения этой модели возможно выявить роли 
и задачи разных участников процесса в обеспечении требуемого качества машины, взаимосвязи решаемых ими в разное время задач, 
необходимое взаимодействие в решении общих задач и т.д. Модель 
позволяет проследить, как формируется информация о требуемом 
качестве будущей машины, какие трансформации этой информации 
производятся в ходе всего процесса, как эта информация представляется на различных этапах, кто и что с этой информацией делает, 
каков инструментарий работы с информацией у разных участников 
процесса, обеспечивающий решение общей проблемы обеспечения 
требуемого качества и т.д.
При проектировании машин разных классов с разными принципиальными схемами у конструкторов наступает этап конструирования, на котором любая принципиальная схема новой машины 
материализуется деталями разных конструктивных форм из определенных конструкционных материалов. Смысл этого этапа заключается в разработке конструктивных форм деталей и их размерного 
описания, в определении требуемого их взаимного расположения 
в сборочных единицах и машине в целом для успешного выпол

нения служебного назначения. При обработке заготовок в технологических системах, при сборке машины технолог достигает заданной конструктором точности формы и размеров деталей и их 
взаимного расположения в машине. Метролог, контролируя качество изготовленных деталей и машины, и сертифицируя ее, тоже 
работает с размерной информацией.
Общий инструментарий решения всех задач размерной точности 
на всех этапах процесса создания машины образует две теории, которые должны считаться общемашиностроительными, — теория 
базирования и теория размерных цепей. Основы этих теорий и характеристики задач, которые решаются с их использованием, излагаются в гл. 3.
Глава 4 посвящена изложению методик решения задач достижения заданных показателей точности машины (сборочной единицы) с использованием теории размерных цепей. Изложение 
каждого метода сопровождается конкретными примерами решений 
разных конструкторских задач обеспечения требуемой точности 
показателей.
В гл. 5–6 подробно излагаются теоретические основы достижения заданной конструктором требуемой точности собираемых 
изделий и их деталей в технологических процессах сборки и обработки деталей. Вводятся понятия «конструкторский размер» (расположение поверхности в конструктивной форме детали) и «технологический размер» (расположение обрабатываемой поверхности). Подробно рассмотрены причины появления погрешностей 
размеров и возможных управляющих воздействий для повышения 
достигаемой точности.
В гл. 7 изложены теоретические основы управления точностью 
получаемых размеров и их практические реализации при выполнении наладки, подналадки технологической системы, при использовании систем адаптивного управления упругими перемещениями 
в технологической системе
Цель всего процесса обучения в вузе — сформировать у обучаемого набор профессио нальных компетенций, который должен 
обеспечить его успешную профессио нальную работу. В образовательных стандартах направлений подготовки, объединенных 
в группу «Машиностроение», определены следующие компетенции, формированию которых в той или иной степени будет способствовать предлагаемое учебное пособие:
 
• использование основных закономерностей, действующих в процессе изготовления машиностроительных изделий требуемого 

качества, заданного количества при наименьших затратах общественного труда;
 
• участие в постановке целей проекта (программы), его задач 
при заданных критериях, целевых функциях, ограничениях, 
разработке структуры их взаимосвязей, определении приоритетов решения задач с учетом правовых, нравственных аспектов 
профессио нальной деятельности;
 
• участие в разработке обобщенных вариантов решения проблем, 
связанных с машиностроительными производствами, выборе 
оптимальных вариантов прогнозируемых последствий решения 
на основе их анализа;
 
• учет технических и эксплуатационных параметров деталей 
и узлов изделий машиностроения при их проектировании;
 
• умение освоить на практике и совершенствовать технологии, 
системы и средства машиностроительных производств, участие 
в разработке и внедрении оптимальных технологий изготовления 
машиностроительных изделий, выполнение мероприятий по выбору и эффективному использованию материалов, оборудования, 
инструмен тов, технологической оснастки, средств диагностики, 
автоматизации, алгоритмов и программ выбора и расчетов параметров технологических процессов для их реализации;
 
• участие в разработке проектов изделий машиностроения, средств 
технологического оснащения, автоматизации и диагностики машиностроительных производств, технологических процессов 
их изготовления и модернизации с учетом технологических, 
эксплуатационных, эстетических, экономических, управленческих параметров и использования современных информационных технологий и вычислительной техники, а также умение 
выбирать эти средства и проводить диагностику объектов машиностроительных производств с применением необходимых 
методов и средств анализа.
Не обсуждая здесь степень участия в формировании той 
или иной компетенции, авторы полагают, что успешно освоивший 
материал пособия бакалавр будет:
знать
 
• содержание понятия «качество машины» и его количественную 
оценку, учитывающую свойство вероятности процесса его достижения путем задания требуемого уровня качества и допустимой 
нестабильности его достижения в партии изготовленных машин; 
структуру процесса создания машины, его участников, их роли 
и задачи в обеспечении качества создаваемой машины, средства 
и инструмен ты, используемые ими для этой цели;

• модели размерных связей и их использование инженерами 
машиностроительных предприятий (конструкторами, технологами, метрологами) в решениях разных задач обеспечения 
требуемого качества создаваемой машины, а также логику построения конструктивной формы деталей и ее размерного описания в рабочих чертежах машин;
 
• стратегические подходы и правила разработки технологических 
процессов сборки и обработки деталей, обеспечивающих достижение требуемого качества и экономической эффективности;
 
• возможности и средства управления точностью технологических 
процессов при их реализации;
уметь
 
• разрабатывать грамотное задание на проектирование новой машины, создавать первичный информационный образ, описывать 
и задавать в нем требуемые уровень и стабильность качества;
 
• разрабатывать рабочие чертежи деталей и сборочных единиц, 
их размерное описание, используя для этого модели размерных 
связей; обоснованно назначать точность размеров, обеспечивающую достижение требуемой стабильности качества изготавливаемого изделия;
 
• разрабатывать план обработки поверхности детали, обеспечивающий заданную конструктором точность ее размерного описания; выбирать и обосновывать технологические базы для обработки разных поверхностей детали, назначать технологические 
размеры, при которых достигается требуемая точность заданных 
конструктором размеров и их расположения в конструктивной 
форме детали;
 
• выбирать методы достижения заданных показателей точности 
машины и сборочных единиц и определять состав необходимых 
для их реализации технологических переходов в проектируемых 
технологических процессах сборки;
 
• использовать при реализации технологических процессов возможности управления точностью технологических размеров 
и выбирать средства для их реализации;
владеть
 
• моделями размерных связей в машине;
 
• методиками построения конструктивной формы детали и ее размерного описания при конструировании;
 
• методикой построения размерных цепей и методами достижения 
в них требуемой точности замыкающих звеньев;
 
• правилами выбора технологических баз для достижения требуемой точности заданных конструктором размеров и расположения поверхностей в конструктивной форме детали;

 
• стратегией построения структуры технологического процесса, 
основанной на принципе единства технологических баз;
 
• методикой назначения технологических размеров и их требуемой точности;
 
• методикой определения рабочего наладочного размера и способами реализации его при наладке технологической системы.
Тот, кто выбрал машиностроение в качестве области своей 
профессио нальной деятельности, точнее его конструкторско-технологическое обеспечение, и планирует достичь вершин профессиональной карьеры, должен хорошо освоить материал предлагаемого 
пособия. Авторы надеются, что данное учебное пособие будет способствовать подготовке талантливых инженеров, которые вернут 
российскому машиностроению достойное место в мировой экономике. Профессио нальные стандарты в области машиностроения определяют инженерные должности разных категорий и уровни образования (бакалавриат, специалитет, магистратура) для разных категорий.
Рекомендуем читателю, изучающему основы обеспечения качества машиностроительной продукции, не нарушать последовательность изучения материала, предлагаемую настоящим учебным 
пособием. Как говорится в немецкой пословице: Хочешь забраться 
на лестницу — начинай с первой ступени.

Глава 1. 
МАШИНА КАК ОБЪЕКТ ПРОИЗВОДСТВА 
И ЕЕ КАЧЕСТВО

1.1. КАЧЕСТВО МАШИНЫ И ЕГО ОПИСАНИЕ

Понятие «машина» в разное время наполнялось разным содержанием. С момента появления такого понятия под машиной понимали некоторое устройство, действие которого направлено на удовлетворение какой-нибудь потребности человека.
С точки зрения механики машина определяется как сочетание 
механизмов, выполняющих движения для преобразования материалов, энергии или выполнения работ. В настоящее время появились электронно-вычислительные устройства, которые по необъяснимым причинам были названы машинами, выше приведенное определение расширено добавлением «…или же для сбора, 
передачи, хранения, обработки и использования информации». 
В технологии производства электронно-вычислительной техники 
содержится весьма специфическая часть, далекая от технологии 
машиностроения, например, производство кристаллов, содержащих 
интегральные схемы для обработки электрических сигналов. Однако в составе этой техники содержится и механическая часть, например, дисководы, лентопротяжные механизмы и т.п., технологии 
производства которых принципиально не отличаются от рассматриваемых в технологии машиностроения.
В технологии машиностроения машина является как объектом 
производства, так и средством производства, например, металлорежущий станок. Таким образом, технолог, являясь производителем 
машины, одновременно и потребитель других технологических 
машин, изготовленных его коллегами на другом машиностроительном предприятии. И как объект, и как средство производства 
машина должна обладать требуемым качеством. В технической 
и экономической литературе есть разные определения понятия 
качества машины, общее в них то, что качество определяется как 
соответствие чему-то — задачам, которые машина должна решить, 
служебному назначению, стандартам и техническим требованиям 
(т.е., другими словами, конструкторской документации), требованиям потребителя.