Введение к работе
Актуальность работы. Современные промышленные предприятия, в частности предприятия металлургической отрасли, представляют собой сложные комплексы, включающие множество единиц оборудования. Их бесперебойная работа и отсутствие внеплановых простоев имеет большое значение с экономической точки зрения. Для обеспечения минимального риска аварийных остановок оборудования необходим его своевременный ремонт и техническое обслуживание. С другой стороны, не менее важным аспектом является минимизация эксплуатационных затрат, предполагающая, в том числе, увеличение межремонтных периодов. Это увеличивает вероятность возникновения отказов машин и их элементов.
Возникающее противоречие между стремлением обеспечить максимальную надежность и в то же время снизить расходы на запасные части требует точного прогнозирования срока службы сменных элементов оборудования. Определение ожидаемого ресурса деталей и узлов в условиях конкретного предприятия позволяет избежать как преждевременного прекращения их эксплуатации, так и аварийных остановок.
Прогноз ресурса оборудования необходим для рационального планирования сроков проведения ремонтов и создания достаточных запасов сменных узлов и деталей. Определение ожидаемого ресурса возможно по опыту эксплуатации идентичного оборудования или расчетными методами, учитывающими процессы, приводящие к отказу. Статистический поход, представленный в трудах Ф. Байхельта, Б.В. Гнеденко, Ю.В. Жиркина, Л.В. Коновалова и др., предполагает наличие информации о наработке аналогичных объектов в аналогичных условиях. Это ограничивает его применение для новых, уникальных или импортных машин. Известные базы данных металлургического оборудования предполагают накопление именно статистических данных.
Срок службы оборудования любого уровня – от деталей до машин – зависит от множества факторов, характеризующих как условия эксплуатации, так и собственные свойства оборудования. Детерминированные методы позволяют учесть их влияние на ресурс, но не подразумевает вероятностной природы этих факторов, а следовательно, ресурса. Физико-вероятностный подход, развиваемый В.П. Анцуповым, В.В. Болотиным, Н.П. Бусленко, Е.С. Вентцель и др., позволяет учитывать случайный характер факторов, влияющих на ресурс.
Как правило, при планировании ремонтов в условиях предприятия, комплексное использование накопленного статистического материала и результатов аналитических расчетов ресурса оборудования затруднительно. Это вызвано разрозненностью материалов, «бумажной» формой их представления (агрегатные журналы), а также отсутствием систематизированных и автоматизированных методик расчета.
Таким образом, существует необходимость создания единого систематизированного банка данных, включающего комплекс сведений о металлургическом оборудовании и его элементах. Решение данной проблемы позволит обеспечивать прогнозирование ресурса оборудования с учетом особенностей работы каждой конкретной машины, опыта эксплуатации и производственной программы предприятия. Для этого необходима концепция, позволяющая создавать и эффективно использовать базы данных, включающие как накопленную статистику отказов, так и аналитические зависимости для расчета ожидаемого ресурса.
Целью работы является разработка методологии построения и использования базы данных, предназначенной для оценки ресурса металлургического оборудования в зависимости от условий его эксплуатации. Цель реализуется за счет решения следующих задач:
-
Разработка методики декомпозиции механической системы оборудования и построение иерархической структуры базы данных, позволяющей учитывать структурно-функциональную принадлежность элементов.
-
Разработка методики расчета времени наступления предельного состояния структурных составляющих оборудования с точки зрения физико-вероятностного подхода и методики расчета числовых характеристик ресурса с учетом степени влияния действующих факторов.
-
Разработка методики определения оптимальных межремонтных периодов.
-
Проверка корреляции расчетных и фактических значений ресурса, полученных в результате исследования действующего оборудования и методом численного эксперимента.
Положения, выносимые на защиту:
-
Структура базы данных, позволяющая использовать для анализа механической системы оборудования декомпозицию с точки зрения структурно-функционального назначения его элементов.
-
Структура информационных потоков базы данных, обеспечивающая адаптацию расчетных зависимостей к изменяющимся в процессе эксплуатации исходным данным.
-
Эмпирические зависимости для расчета ресурса подшипников на основании экспериментальных кривых фирмы SKF, отражающих влияние условий смазывания подшипника.
-
Модели расчета математического ожидания и дисперсии ресурса типовых элементов, основанные на методе линеаризации.
-
Методика определения оптимальных межремонтных периодов для структурных единиц оборудования.
-
Результаты машинного эксперимента по определению числовых характеристик ресурса типовых деталей, основанного на применении метода Монте-Карло.
-
База данных оборудования двухклетевого реверсивного стана холодной прокатки ЛПЦ-5 ОАО «ММК».
Научная новизна:
- разработана концепция формирования электронной базы данных, отличающаяся тем, что в основу декомпозиции механической системы оборудования положен структурно-функциональный подход, а прогнозирование его ресурса осуществляется с точки зрения физико-вероятностного подхода;
- разработаны математические модели для расчета числовых характеристик ресурса ответственных элементов оборудования в зависимости от условий эксплуатации, отличающиеся тем, что основаны на методе линеаризации функций случайных аргументов;
- разработана методика, позволяющая решать задачу планирования межремонтных периодов в оптимизационной постановке, а также определять структурный уровень оборудования, замена элемента которого наиболее целесообразна;
- с помощью численного эксперимента и анализа статистики по наработке получены числовые характеристики ресурса ответственных деталей, подтверждающие аналитические расчеты.
Практическая ценность и реализация работы в промышленности. Разработанные методики позволяют рассчитывать ресурс и количество запасных частей для различных производственных программ при выполнении подготовительных работ перед ремонтами. На основе выполненных исследований и теоретических расчетов разработана полная электронная база данных, предназначенная для организации технического обслуживания и ремонта механического оборудования двухклетевого реверсивного стана холодной прокатки ЛПЦ-5 ОАО «ММК». В базе данных предусмотрена возможность расчета ожидаемого ресурса ответственных деталей стана (зубчатых колес, валов, осей и подшипников) в зависимости от условий их эксплуатации и производственной программы, а также количества запасных частей. Использование электронной базы данных позволяет осуществлять хранение и систематизацию информации об оборудовании, в частности, о его надежности. Результаты диссертационной работы использовались при выполнении хоздоговорной НИР, что подтверждается актами внедрения результатов работы по договору № 141200.
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены и обсуждены на заседаниях кафедры «Подъемно-транспортные машины и роботы» МГТУ им. Г.И. Носова в 2007-2008 гг.; на 65-й и 67-й научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ МГТУ-ММК 2006-2009 гг.; на III Международной научно-технической конференции «Проблемы исследования и проектирования машин» (Пенза, 2007); на Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике» (Москва, 2007, 2009).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в семи публикациях, в том числе две печатные работы опубликованы в издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 117 наименований, приложения на 2 листах, содержит 130 станиц машинописного текста, 48 рисунков, 15 таблиц.
Похожие диссертации на Методология построения и использования базы данных для оценки ресурса металлургического оборудования : на примере машин ОМД
