Введение к работе
Актуальность исследования.
Обеспечение высокой конкурентоспособности продукции отечественного автомобилестроения – одна из важнейших задач развития экономики России. Качество продукции является ключевой составляющей конкурентоспособности. Понятие «качество» регламентировано ГОСТ 15467-79 как совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. По международному стандарту ИСО 8402-86 качество рассматривается как совокупность свойств и характеристик продукции или услуг, которые придают ей способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности. Качество продукции включает такой показатель как надежность, под которой понимается свойство технического устройства или изделия выполнять заданные функции с параметрами установленными требованиями технической документации в определенный интервал времени, цикла эксплуатации и т.д.
Статистические данные, получаемые по результатам эксплуатации легковых автомобилей, показывают, что 22 – 30% отказов техники вызвано выходом из строя изделий системы электрооборудования, и здесь особое место занимают устройства, имеющие в своем составе электромеханические преобразователи (ЭП). Генераторы, стартеры, электромеханические усилители рулевого управления, электродвигатели приводов современного легкового автомобиля, имеют значительную долю нарушений работоспособности, составляющую 40 – 45% в общем объеме отказов системы электрооборудования, что во многом определяет показатели качества и надежности автотранспортного средства.
Выход из строя или нарушение работоспособности технического устройства системы электрооборудования, влияет не только на стабильность его функционирования, но и на прямую снижает безопасность и экологичность эксплуатации автомобиля, обеспечивает рост затрат на утилизацию продукции. Поэтому проблема обеспечения качества и надежности системы электрооборудования остается актуальной.
Качество и надежность любого технического устройства закладывается на этапе проектирования, и обеспечивается в производстве и эксплуатации.
Объект исследования – система электрооборудования современных легковых автомобилей.
Цель и основные задачи исследования
Целью настоящей работы является создание комплекса научно-программных средств, направленных на обеспечение качества и надежности системы электрооборудования легковых автомобилей на этапах проектирования, производства и эксплуатации. В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются основные задачи:
1. в рамках концепции создания системного комплекса научно-программных средств, разработка математических моделей эксплуатационной надежности системы электрооборудования автомобилей, с использованием их при выборе основных элементов бортовой сети, имеющих в составе конструкции ЭП и наиболее существенно влияющих на показатели безотказности и ремонтопригодности системы, определение коренных причин отказов основных элементов.
2. формирование комплекса математических программ и моделей:
по определению наиболее значимых ключевых размерных параметров активной зоны ЭП основных элементов, влияющих на показатели качества и надежности электрооборудования автомобилей;
по интегрированному описанию процессов проектирования, производства и управления качеством основных элементов (автомобильного генератора, стартера, электромеханического усилителя рулевого управления, электростеклоподъемника) на основе обобщенного количественного критерия, раскрывающего взаимосвязи процессов;
по организации селективной сборки узлов ЭП (статора и ротора) по наиболее значимым ключевым размерным параметрам активной зоны, реализующих инструмент стабилизации технических характеристик устройств и базирующихся на обобщенном количественном критерии.
Поставленные задачи решаются путем компьютерного моделирования.
Большой вклад в развитие теории моделирования автомобильного электрооборудования внесли ученые: С.В. Акимов, В.А. Балагуров, В.В. Болотин, С.Я. Дунаевский, Е.В. Кононенко, И.П. Копылов, Ю.А. Купеев, А.В. Лоос, Б.И. Петленко, Г.А. Сипайлов, И.И. Трещев, М.Н. Фесенко, А.Е. Чернов, В.Е. Ютт, W. Kellenberger, J. Kozesnik, A. Krapel, G. Langkabel, G. Pfeifer, A.W. Robinson, I. Szabo, G. Torges, E. Wiedemann и др.
Методы исследования
Решение отдельных задач выполнялось с использованием аналитических и численных методов решения алгебраических уравнений и систем дифференциального и интегрального исчислений, методов преобразования структурных схем и структурного моделирования, численных методов аппроксимации. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программных модулей для пакета визуального программирования SIMULINK математического пакета MATLAB 7.02.
Экспериментальные исследования проводились на основе:
анализа статистических данных по эксплуатационным отказам системы электрооборудования автомобилей производства ОАО «АВТОВАЗ» за период с 1977 по 2009гг.;
анализа базы данных системы диагностики фирмы «GenRad» действующей на главном конвейере ОАО «АВТОВАЗ» и реализующей функцию проверки работоспособности системы электрооборудования на товарных автомобилях;
анализа данных о причинах отказов электрооборудования, которые получены в результате совместной работы специалистов ОАО «АВТОВАЗ» на предприятиях сервисной сети в период времени с 2006 по 2009гг.
Научная новизна
Разработана концепция создания системного комплекса научно-программных средств, направленных на обеспечение качества и надежности системы электрооборудования при проектировании, производстве и эксплуатации, включающая:
разработку и исследование математических моделей надежности системы электрооборудования легковых автомобилей, представленных в виде инструментов, позволяющих вскрывать весомость влияния безотказности и ремонтопригодности единичных элементов на соответствующие показатели системы электрооборудования;
предложение по обобщенному критерию качества процессов проектирования и производства электрооборудования, применение которого на практике создает предпосылки для эффективного управления процессами с целью достижения требуемого уровня качества;
разработку интегрированных математических моделей генератора, стартера, электромеханического усилителя рулевого управления, электростеклоподъемника и стартер – генератора, описывающих процессы проектирования, производства и управления качеством, использование инструментов которых, позволяет проводить оценку влияния технологических погрешностей изготовления электрооборудования автомобилей на технические характеристики в процессах проектирования и производства;
разработку модели селективной сборки узлов ЭП, статора и ротора основных элементов бортовой сети, применение инструментов моделей в производстве обеспечивает стабилизацию выходных характеристик электрооборудования за счет индивидуального подбора сборочных единиц по ключевым размерным параметрам.
Практическая ценность и реализация результатов
Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований составляют новое направление в области теоретических и практических методов анализа и решения проблемы обеспечения качества и надежности системы электрооборудования легковых автомобилей.
Разработаны и внедрены в практику деятельности предприятий автомобильной отрасли:
-
инструмент распределения перечня элементов бортовой сети по весомости влияния на систему по критериям безотказности и ремонтопригодности. Инструмент предназначен для оперативного определения наиболее значимых позиций отказов в период гарантийной эксплуатации автомобилей;
-
программы расчета количественной оценки весомости влияния изменения размерных параметров активной зоны ЭП основных элементов бортовой сети на технические характеристики;
-
унифицированная программа расчета статистического плана приемочного контроля, реализующая взаимосвязи между параметрами заданными при проектировании в технических условиях на изделие, показателями точности, настроенности и стабильности технологического процесса производства и параметрами системы управления качеством;
-
инструмент прогнозирования изменения показателей безотказности и ремонтопригодности для предварительной оценки эффективности от внедрения мероприятий по улучшению показателей качества и надежности продукции.
Разработанные методы и рекомендации прошли апробацию и внедрены для практического применения в ОАО «АВТОВАЗ», ООО «БИЗНЕС-КОНСАЛТ», ОАО «АВТОЦЕНТР-ТОЛЬЯТТИ-ВАЗ», а также на заводах АТЭ.
Результаты внедрения подтвердили работоспособность и эффективность разработанных инструментов научно-программного комплекса, направленного на обеспечение качества и надежности системы электрооборудования легковых автомобилей на этапах проектирования, производства и эксплуатации.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
теоретическое обоснование и принципы построения, математических моделей надежности системы электрооборудования автомобилей;
-
методика расчета коэффициентов влияния изменения размерных параметров активной зоны ЭП на технические характеристики, которая позволяет выявлять ключевые размерные параметры электрооборудования;
-
обобщенный критерий качества электрооборудования обеспечивающий взаимосвязь этапов проектирования, производства и управления качеством;
-
модель селективной сборки, реализующая функцию стабилизации технических характеристик электрооборудования, за счет индивидуального подбора сборочных единиц в процессе производства по ключевым размерным параметрам;
-
интегрированные математические модели генератора, стартера, электромеханического усилителя рулевого управления, электростеклоподъемника, стартер - генератора, позволяющие более обоснованно подходить к разработке систем управления качеством на предприятиях занимающихся проектированием и производством электрооборудование автомобилей.
Достоверность научных положений
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным применением методов исследования, применением классических методов теории электрических машин, статистической обработки данных, а также практической реализацией и экспериментальными исследованиями разработанных систем и моделей.
Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения работы в организациях занимающихся разработкой, производством и обслуживанием легковых автомобилей и количественно-качественным ростом уровня безотказности электрооборудования, после внедрения разработанных инструментов на заводах АТЭ.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на заседаниях и научно-технических семинарах электротехнического факультета и кафедры «Электрооборудование автомобилей и электромеханика» ГОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет», на профильных совещаниях ОАО «АВТОВАЗ».
Основные положения и результаты работы докладывались на Всероссийских конференциях: «Проблемы глобализации современного общества» (Тольятти, 2005г.), «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2007г.), международных конференциях: «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза 2000г., 2002г., 2003г.); «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, 2001г.); «Развитие через качество» (Тольятти, 2002г.), «Автоматизация технологических процессов и производственный контроль» (Тольятти, 2006г.), «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» (Москва, 2009г.). Работа прошла апробацию на кафедре «Электрооборудование автомобилей и электромеханика» ГОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет», а также на кафедре «Электротехника и электрооборудование» Московского государственного автомобильно-дорожного технического университета (МАДИ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 монографии, 64 печатных работ общим объемом 57,13 п.л. из них 21 работ в изданиях входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертации 249 стр. компьютерного набора, 170 рисунков, 56 таблиц, 89 стр. приложения.
