Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 1
1, ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ИЗДЕЛИЙ 4
1.1, Обеспечение конкурсі по способ пости изделий машиностроения 4
1.1.1. Конкурентоспособность изделий машиностроения,.,.. 4
1.1 -2. Свойства к показатели качества изделий машиностроения б
1.2. Методы анализа систем управления жизненным циклом 9
1.2Л. Основные понятия теории системного анализа 9
1.2.2. Понятия, используемые при анализе и синтезе сложных систем 14
1Л. Стратегии проектирования изделий с учетом воздействия па окружающую
среду — 19
1.4. Обеспечение требуемого уровня воздействия ла срок службы изделия на
стадии эксплуатации 28
1А1, Устшюмение связей между характеристиками (свойствами)
изделия и процессов и стратегиями завершения жизненного цикла 28
1.4.2. Метод синтеза произоодетвении-рспроиуиодсти^нных систем 34
Методология снижения уровня воздействия на экосферу на этапах обобщенного жизненного цикла .,„42
Принятие решений и экспертная информация., 54
Выводы 58
2. МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ СВЯЗЕЙ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ 59
2Л. Структура комплексной программы испытаний изделий и обработки
экспериментальных данных.-. 59
2.1.1. Планирование и анализ экспериментальной отработки данных „ 59
2.3,2 Экспериментальная отработки и опенка соответствия условий
испытаний изделий условиям их эксплуатации 61.
2Л.З. Модели роста надежности 62
Показатели уровня отработанности изделий 63
Критерии завершенности экспериментальной отработки 66
Особенности испытаний на надежность елолагых систем , .,,,67
2,2Г Исследование связей свойств материалов 71
2.2.1. Специфика взаимодействия материалов в процессе механообработки 71
2.2.2 Обоснование прогностической динамико-стохастической модели
контроля соепштя детатей узлов , 75
22.2. Прогнозирование технического состояния изделий 77
2.3. Статистическая теория накопления повреждений 81
Ассоциация точечных дефектов с образованием линейных цепей 81
Статистические распределения, генерируемые кинетическими схемами 95
Сопоставление статистического распределения, генерируемого кинетической схемой, и распределения Вейбулла 102
Сопоставление интенсинностей потока роста ассоциативных цепей дефектов 115
2.4. Методики опенки связей свойств материалов 119
Лабораторная установка для трибогехнических исследований материалов 120
Методика исследования наводороживапия материалов в процессе эксплуатации , 121
2.4.3- Методика и комплекс для исследования перераспределения водорода в
системе взаимодействующих материалов , 122
2,4,4. Методика проведения сравнительных испытаний влияния СОТС на
параметры резания 125
2.5. Выводы 125
3. УПРАВЛЕНИЕ СРОКОМ СЛУЖБЫ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ И
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СВЯЗЕЙ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ 127
3,1. Обеспечение срока службы изделий применением технологий
металлоплаїшрования .128
Обоснование повышения срока службы изделии па этапе их изготовления.... 131
Типовые задачи оценки и оптимизации надежности технологических систем
по комплексным показателям 134
3.3.1. Условие работоспособности линейных ТС по входным и выходным
ресурсам 135
Исследование надежности ТС по критериям эффективности 141
Расчет вероятности выполнения задания 'ГС по параметрам качества,Л 44
3.3.4. Оптимизация расписаний но критериям эффективности ГС ...,149
Изменение связей свойств материалов па этапе эксплуатации 15 I
Стратегии восстановления работоспособности изделий 362
3.5.3. Термодинамические (энтропийные) методы статистического описания
системы ...362
Модель «затраты выпуск» 165
Мел оды термодинамики необрашмык процессов и динамика системы 168
Типовые алгоритмы стратегий технического обслуживания и ремонтаЛ72
3.6. Выводы , 385
4, СИТУАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ СОПРОВОЖДЕІІИЯ
ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ Ш
4Л. Регулирование эффективности технологических систем 187
АЛЛ. Регулирование эффективности технологического процесса по
показателям качества 187
4.1.2. Определение периодичности подиаладок 189
4Л.З. Исследование зависимости парамеїровтехнолоіичсекиго процесса с
учетом систематических погрешностей .... ..191
4.1.4. Регулирование надежности технологических операций введением
допусков на настройку 199
4.1.5, Определение периодичности подиаладок при отсутствии априорной
информации , 202
4.2, Определение ючлости операций технического обслуживания и ремонта по
критериям работоспособности 204
Определение времени проведения управляющих воздействий по критерию наработки до первого отказа 204
Оценка нижней границы риска нарушения работоспособного состояния по результатам диагностирования 213
4.?. Метод графов в теории надежности... ., ..216
Физическая и математическая составляющие в задачах теории надежности 216
Формулировка стратегий восстановления на основе теории графов 220
Выбор оптимальной стратегии технического обслуживания и ремонта 240
Согласование технологических решении на основе метода анализа иерархий 248
Выводы 251
5. РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПОВЫШЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ
ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ 252
5.1. Выбор рационального метода нанесения покрытия 252
5.2, Разработки моделей и технологии нанесения покрышй 260
Тепловые и динамические параметры плазменной струи 263
Расчет поведения частиц в плазменной струе.. 266
5.3, Эксплуатационные характеристики применяемых покрытий 270
5.3.1, Влияние режимов напыления па свойства покрытий 270
5.3.2. Механические свойства покрытий в зависимости от режимов
напыления 271
5.4, Применение СОТС с металлоплакирующими композициями.... 275
5.4,!. Применение водосмешиваемой СОТС с мешшоллакирующими
композициями 276
5.4.2, Применение масляной СОТС. с мсталлоп лакирующими композишями.284
5.4.3. Определение рациональной концентрации металлоплакирующей
композиции в СОТС ,,. 290
5.5. Производственная апробация 294
5 А Выводы 294
ЗАКЛЮЧНІ 1ИП 296
ЛИТЕРАТУРА 298
ПРИЛОЖЕНИЕ 310
Введение к работе
Актуальность темы. Наметившаяся в последние годы іенденция выхода отечественного машиностроения из затянувшегося кризиса сдерживаемся целым рядом причин. К их числу, в нервую очередь, можно отнести проблему комплексного обеспечения конкурентоспособности продукции, определяемую такими факторами как соотношение цена-качество создаваемой продукции; запланированный срок службы; расходы на эксплуатацию, требования логистики; ремонтопригодность, характеристики ресурсосбережения, экологические характеристики, возможность утилизации и ряд других.
Многое из перечисленных факторов имеют жесткие требования в отношении, как самого изделия, так и условии, в которых оно производится и эксплуатируется. При этом частная задача максимального продления срока службы изделий, в обстановке стремительного обновления номенклатуры продукции, трансформировалась в сложную комплексную проблему. Особую значимость приобрели завершающие этапы жизненного цикла изделия (ЖЦИ), т.е. возможность повторного использования, как самого изделия, так и его компонентов, в толі числе и материалов, из которого оно состоит. В этой связи меняется и возникает необходимость иного понимания самого «срока службы» и связанных с ним факторов, обусловливающих эффективность функционирования изделий в течение заданного периода, Использовапие новых инженерных методов проектнровапия (Design for the Environment - проектирование с учеты требований сохранения окружающей среды, CAD/CAM/CAE/ и ERP (MRP11, JJT.CSKP) - системы, БРІ, PLM, CALS (PDM, 1LS) - технологии) частично позволяет снизить барьер трудностей, но не решает поставленную проблему в целом.
Традиционный подход к обеспечению требуемого срока службы в жизненном цикле изделия базируется в основном на «статичном» представлении указанного периода. Однако, современные условия* характеризуемые высокой степенью динамичности, делают такой подход не всегда обоснованным.
Выходом из сложившегося положення является поиск иных положений, лежащих в основе принятия решений по обеспечению требуемого срока службы. И здесь наиболее перспективным оказывается подход, основанный на учете реальной ситуации и возможности принятия адекватных этой ситуации решений. Эффективность таких решений обеспечивается возможностью осмысленного и целенаправленного оперативного изменения требовании к каждому реализуемому этапу ЖЦИ,
Из рассматриваемой проблемной области, связанной с обеспечением конкурентоспособности изделий машиностроения, выделено:
Объект исследования - процесс управления сроком службы, параметрами функционирования и показателями качества изделий машиностроения;
Предмет исследования - изделия машиностроении, изготавливаемые на различном станочном оборудовании в условиях автоматизированного производства.
Цель работы. Обеспечение запланированного срока службы конкурентоспособной продукции па основе ситуационного управления процессами сопровождения жизненного цикла изделий в автоматизированных машиностроительных производствах.
Методы исследования- Теоретические исследования выполнены с использованием: основных положений технологии машиностроения., аппарата системного анализа, основ термодинамики, теории вероятностей и математической статистики, теории графов и математической логики, SADT - моделей. Для разработки информационно-программного обеспечения использовались методы объекшо-ориентированного программирования, для анализа данных - параметрические и непараметрическис статистические методы.
Научная новизна работы включает:
Раскрытие и объяснение сущности процессов формирования связей свойств материалов, определяющих срок службы изделий, и процессов его обеспечения как единого целого на этапах жизненного цикла.
Выявление закономерностей управления процессами сопровождения жизненного цикла изделий машиностроения, обеспечивающих комплексное решение взаимосвязанных задач повышения срока службы в условиях вариативности и стохастических связей между параметрами технологической среды и среды функционирования и разработку совокупности методов процесса принятия решений, направленных на обеспечение требуемого срока службы изделия.
В ходе выполнения работы в том числе получены следующие научные результаты:
метод построения обобщенных моделей циклического восстановления ресурса работоспособности изделий машиностроения;
метод построения кинетических схем и теоретических распределений накопления повреждений технических объектов, являющихся причиной отказов;
модели повышения работоспособности деталей машин и оборудования и стойкости обрабатывающего инструмента защитой от технологического наводороживания в процессе механической обработки;
Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованным и корректным применением математических методов и аттестованной аппаратуры и подтверждается согласованностью полученных выводов с известными результатами для характерных частных и предельных случаев.
Практическая значимость. Полученные в работе результат теоретических и экспериментальных исследований, а также промыишенной апробации нашли применение при решении ряда актуальных задач машин остро ения и включают:
совокупность методов и технологий повышения срока службы изделий машиностроения на основе управления параметрами технологических процессов при обеспечении требуемых параметров качества, производительности оборудования и приемлемых затратах;
формализованное описание структуры параметров состояний и функционирования изделий;
организационно-методическое и информационно-программное обеспечение ситуационного управления процессами сопровождения изделий машиностроения для повышения их срока службы и обеспечения требуемых параметров качества;
технологии повышения стойкости режущею инструмента и срока службы изделии машиностроения.
Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованным и корректным применением математических методов и аттестованной аппаратуры и подтверждается согласованностью полученных выводов с известными результатами для характерных частных и предельных случаев.
Реализация результатов. Разработаны, алгоритмизированы и внедрены методики нанесепия восстанавливающих и упрочняющих покрытий, позволяющие сократить дли-гелыюсть соответствующих этапов технологической подготовки производства.
Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при выполнении государственных научно-технических программ в рамках государственной научно-технической программы «Технологии, оборудование и производства будущего», федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения» Минпромнауки России.
При участии автора разработан и внедрен на машиносіроительньїх предприятиях комплекс технологических мероприятий повышения срока службы узлов машин, оборудования и режущего инструмента.
Разработанные методы послужили основой для создания технических устройств систем автоматизации и управления технологическими процессами- По результатам работы созданы учебные пособия, методические материалы и рекомендации, использующиеся при подготовке инженеров ш техническим и технологическим специальностям,
