Введение к работе
Актуальность темы исследования. Существует проблема учета влияния технологической и эксплуатационной наследственности на этапах жизненного цикла изделия. Это явление определяет неразрывную связь характеристик технологического процесса изготовления машин и параметров процесса утраты работоспособности объекта при его эксплуатации. Исследования последних лет показали, что взаимосвязи эксплуатационных процессов с технологической наследственностью объекта (ТНО) в жизненном цикле изделия (ЖЦИ) еще более весомы, чем считалось ранее.
Явления технологической наследственности проявляются по-разному. Существует несколько физических, энергетических или иных описаний явления ТНО, но нет единой интегрированной картины, отражающей роль ТНО в ЖЦИ. Возникла необходимость уточнения и разработки нового видения этой проблемы.
Исследования показали, что при проведении работ по ремонту и модернизации оборудования обязательно учитывать явления технологической наследственности. В итоге развитие объекта базируется на учете физических и иных накопленных явлений, сопровождающих процессы изготовления и эксплуатации изделия. Необходимо также учитывать скрытые возможности объекта, заложенные еще на стадии его проектирования.
Таким образом, просматривается определенная неразрывность связей этапов проектирования изделия, характеристик технологического процесса изготовления узлов и машин, процессов формирования показателей работоспособности изделия, параметров процесса утраты их работоспособности при эксплуатации, ремонта (восстановления) или модернизации (развития) технической системы.
Развитие технической системы (ТС) с учетом накопленных знаний о поведении при эксплуатации предполагает проведение не коренной перестройки объекта, а его модернизацию с учетом накопленного опыта.
Известны различные подходы в учете и управлении технологической наследственностью, но они не отражают единой интегрированной картины, определяющей роль технологической наследственности объекта в жизненном цикле изделия, особенно на этапах модернизации. В настоящее время возникла необходимость более полного изучения как теоретических вопросов, так и создания практических рекомендаций по формированию эксплуатационной стабильности изделий за счет управления явлениями технологической наследственности на основных этапах ЖЦИ.
Актуальность диссертации определяется необходимостью создания более совершенных технологий восстановления работоспособности изделий, выбора рациональных направлений ремонта и модернизации объектов с учетом и управлением явления технологической наследственности на основных этапах жизненного цикла изделия. В качестве одного из примеров исследований выбрана технология ремонта осей колесных пар транспортных систем.
Работа выполнялась в рамках ГБ ВГТУ 2004.39 «Теория и практика машиностроительного производства» (2001 - 2007 гг.); научного направления «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике» ВГТУ, ГБ 2001.39; по договору ДС 2006.11 о научно-техническом сотрудничестве ВГТУ с Локомотивным депо Воронеж - Курский Лискинского отделения ЮВЖД филиала ОАО РЖД.
Целью работы является управление модернизационной способностью оборудования и совершенствование технологии ремонтных работ на основе учета технологической наследственности на этапах жизненного цикла изделия на примере колесных пар ходовой экипажной части железнодорожного транспорта.
Для достижения указанной цели решали следующие задачи:
-
Провести анализ работоспособности объектов (технологического оборудования и узлов - колесных пар) в жизненном цикле изделия и установить весомые единичные и обобщенные факторы, влияющие на их работоспособность с позиции учета технологической наследственности.
-
Провести систематизацию объектов (элементов) технологического оборудования и узлов с учетом их модернизационной способности (ремонта) и установить их основные взаимосвязи; на базе этого провести структурное, графическое и математическое моделирование процессов, определяющих доминирование факторов технологической наследственности объекта.
-
Установить закономерности явлений, обеспечивающих заданные эксплуатационных свойства колесных пар рельсового транспорта, сформированные под воздействием окончательных процессов обработки с учетом технологической наследственности в ЖЦИ, решив тем самым задачу оценки и выбора альтернативных технологических процессов, необходимых для ре-монтно-восстановительных работ.
-
Провести апробацию результатов исследований, предложенных методик и технологий при стендовых испытаниях и в производстве.
Методы исследований. При выполнении работ применяли основные положения теорий технических систем, надежности, основы резания метал-, лов, пластического деформирования, методы теории вероятности, теории графов, методы численного моделирования и другие. В экспериментальных исследованиях использовалось современное станочное; специальное стендовое и измерительное оборудование; вычислительная техника.
На защиту выносится:
Систематизация элементов технологического оборудования; структурная и графическая модель учета процессов формирования заданного качества исследуемого объекта на этапах жизненного цикла изделия, отражающая взаимосвязи явлений технологической наследственности и условия их доминирования.
Методики: описания с помощью графов механизма наследственности технического объекта; выбора недоминируемых вариантов восстановления
работоспособности и модернизации технических систем с учетом технологической наследственности; выбора рациональных условий формирования заданной топологии и структуры с учетом влияния условий механической обработки и явлений технологической наследственности. Научная новизна работы:
Разработана структурная схема и графическая модель взаимосвязанных жизненным циклом объектов технологического оборудования (ТОБ), отличающаяся учетом влияния технологической наследственности (ТНО) на основных уровнях развития технической системы.
Разработаны математические модели оценки альтернативных технологических процессов, применяемых при восстановлении работоспособности деталей и узлов ТОБ с учетом прогрессивности показателей свойств требуемого качества в условиях недоминируемого влияния факторов ТНО.
Созданы уточненные методики: - применения обобщенного безразмерного показателя технологического уровня объекта и его оценки при модернизации с учетом влияния ТНО; - использования коэффициентов однородности содержания уровней структур для оценки функционирования технологического оборудования; - решения задачи оценки и выбора альтернативной технологии ремонта (восстановления) объектов с сопряженными поверхностями (колесных пар ходовой экипажной части железнодорожного транспорта).
Практическая значимость:
Предложены уточненные методики учета модернизационных свойств технологического оборудования с учетом явления ТНО.
Предложена рациональная технология ремонтных работ и технического обслуживания колесных пар ходовой экипажной части железнодорожного транспорта на основе учета технологической наследственности сопряженных поверхностей и управления этими явлениями с учетом доминирования их факторов в ТНО.
Разработаны рекомендации по назначению оптимальных технологических режимов и выбора условий реализации процессов окончательной обработки валов колесных пар на базе учета влияния факторов технологической наследственности в ЖЦИ.
Результаты исследований по совершенствованию технологии ремонт-но-восстановительных работ изношенных поверхностей колесных пар ходовой экипажной части железнодорожного транспорта на основе учета ТНО проверены, апробированы при опытных испытаниях в ремонтных цехах Локомотивного депо Воронеж - Курский. Они могут быть внедрены в производство на предприятиях ОАО РЖД.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно - технических конференциях: международной конференции «Нетрадиционные методы обработки» (Воронеж, 2002); на научных конференциях, проводимых в ВГТУ в период 2000 - 2006 гг.: «Теория и
практика машиностроительного оборудования», «Прогрессивные технологии и оборудование в электронике и машиностроении», «Инновационные технологии и оборудование»; ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (1998 - 2006 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 научных работ, 2 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Личный вклад автора в работах: [1] - предложено обобщение недоминируемых факторов с учетом явления технологической наследственности; [2] - установлены связи между уровнями ЖІДИ ТОБ, позволившие создать графическую модель учета факторов ТНО; [3] - создана иерархическая модель машиностроительного предприятия; [4] - создана диаграмма верхнего уровня ТС; [5] - установлена обратная связь между выходными параметрами прогнозируемой системы и критерием ее оптимальности; [12] - определена оптимизационная задача прогнозируемого оборудования; [13] - установлен обобщенный показатель, определяющий технический уровень модернизируемого ТОБ; [14] - предложена методика оценки оптимальности структуры по однородности иерархических свойств ТОБ с учетом технологической наследственности; [15] - предложена методика оценки альтернативных технологических процессов модернизируемого ТОБ; [16] - обоснована связь между типами микрорельефов и эксплуатационными свойствами; [18] - проведена оценка свойств и показателей методом градиентного подъема; [19] - предложен алгоритм выбора путей модернизации ТОБ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, общих результатов и выводов, библиографического списка из 103 наименований и приложений. Работа изложена нас 156 страницах и содержит 40 рисунков и 9 таблиц.
