Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования 10
1.1. Постановка проблемы исследования 10
1.2. Отечественный и зарубежный опыт проведения ремонтно восстановительных воздействий 15
1.3. Методология существующей системы ремонта 22
1.3.1. Причины изменения параметров технического состояния агрегатов автомобилей 23
1.3.2. Анализ закономерностей изменения параметров технического состояния и математических методов прогнозирования износных характеристик агрегатов трансмиссий 28
1.3.3. Анализ методов управления восстановлением работоспособного состояния и обслуживанием автомобилей 38
1.4. Методология размерного анализа в задачах повышения эффективности ремонтных воздействий 46
1.4.1. Развитие теории размерного анализа в сфере ремонтного производства 46
1.4.2. Область знаний, посвященная развитию методов анализа и синтеза размерных моделей 51
1.5. Выводы по первой главе, цель и задачи исследования 55
ГЛАВА 2. Теоретические и методические подходы к формированию видов ремонтных воздействий агрегатов автомобилей 59
2.1. Методика назначения видов ремонтных воздействий 59
2.2.1. Общий подход и формирование целевой функции 59
2.2.1.1 Методология попутных замен деталей з
2.2. Коэффициент интегральной остаточной точности агрегата как инструмент назначения видов ремонтных воздействий 70
2.2.1 Место и роль коэффициента интегральной остаточной точности в методике назначения видов ремонтных воздействий 70
2.2.2 Математическое описание коэффициента интегральной остаточной точности, отражающего параметр фактического технического состояния агрегата 73
2.3. Имитационная математическая модель ресурсных отказов на основе геометрических характеристик точности взвешенных размерных параметров 77
2.3.1. Теоретические основы моделирования значений случайной величины 85
2.3.2. Способы описания строения сложных технических систем.. 91
2.3.3. Описание структурной модели коробки переключения передач 95
2.4. Методика формирования интегральной износной размерной модели агрегата 101
2.5. Выводы по второй главе 113
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования 114
3.1. Общая методика экспериментальных исследований 114
3.1.1. Структура методики экспериментальных исследований 114
3.1.2. Объекты и направления экспериментальных исследований 117
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований и сбора статистической информации 122
3.2.1. Обоснование плана и объёма экспериментальных исследований 122
3.2.2. Методика сбора информации по режимам работы коробки передач 126
3.2.3. Методика проведения ускоренных износных стендовых испытаний 126
3.3. Методика определения предельных значений элементов размерных цепей 135
3.4. Методика микрометражных исследований новых деталей 141
3.5. Методика оценки адекватности имитационной математической модели ресурсных отказов 146
3.6. Выводы по третьей главе 148
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований 149
4.1. Анализ структуры и причин отказов коробок передач, поступающих в текущий ремонт 149
4.2. Обоснование необходимого числа реализаций моделирования случайной величины 153
4.3. Результаты оценки адекватности имитационной математической модели ресурсных отказов 157
4.3. Анализ результатов математического моделирования процесса назначения оптимальных видов ремонтных воздействий 162
4.4. Выводы по четвертой главе 172
ГЛАВА 5. Внедрение результатов исследований и их эффективность 174
5.1. Общая методика внедрения результатов исследований 174
5.2. Рекомендации по совершенствованию учебного процесса 179
5.3. Оценка экономической эффективности результатов исследований.
5.3.1. Расчет трудоемкости создания программного продукта 181
5.3.2. Определение финансовых затрат на создание программного продукта 185
5.3.3. Расчет годового экономического эффекта 189
5.4. Выводы по пятой главе 195
общие результаты и выводы 196
список использованных источников 198
- Методология существующей системы ремонта
- Коэффициент интегральной остаточной точности агрегата как инструмент назначения видов ремонтных воздействий
- Объекты и направления экспериментальных исследований
- Рекомендации по совершенствованию учебного процесса
Методология существующей системы ремонта
Актуальность задачи научного исследования обосновывается особенностями проведения ремонтных воздействий в сфере автомобильного транспорта, сформировавшихся в российских экономических и политических условиях. Аспекты исследования основаны на сложившейся особенностях организации производственно-технических баз автопредприятий, крупных и мелких авторемонтных мастерских. Существующая сегодня форма организации ремонта не обеспечивает его качество, что сопровождается значительными затратами на эксплуатацию автомобилей. Кроме того, при большом потенциале машиностроительной и научной сфер, затраты на ремонт остаются достаточно высокими, что отражается на времени пребывания в ремонте, эффективности использования подвижного состава и в конечном итоге на конкурентных преимуществах предприятий, эксплуатирующих автомобильный транспорт.
К концу 2010 года число автомобилей в мире приблизилось к 1 миллиарду единиц. Каждый год выпускается около 50 миллионов новых машин и огромное число автозапчастей. В этих условиях можно проследить тенденцию возрастания важности операций, направленных на восстановление работоспособного состояния агрегатов автомобилей. Задача ремонтных воздействий стала шире и уже не сводится только к цели восполнения дефицита парка автомобилей, которая была актуальна в советские годы. Актуальность ремонтных воздействий значительно обусловлена тем, что узлы и агрегаты представляют собой высокотехнологичные изделия, что ведет к росту затрат на их изготовление и их рыночной стоимости. Поэтому ремонт направлен на повышение эффективности использования ресурса агрегатов, а также снижение материальных и трудовых затрат в процессе их эксплуатации. С другой стороны, из-за неудовлетворительного качества проведения ремонта, возрастают эксплуатационные затраты, увеличивается объем требуемых запасных частей, трудовых, энергетических, сырьевых и природных ресурсов, что негативно сказывается на рентабельности предприятий из-за простоев автомобилей в ремонте.
Изменившаяся структура ремонтной деятельности в новых экономических условиях обладает недостаточной эффективностью. Этому состоянию располагали неправильно сложившиеся плановые, экономические, организационные и другие подходы, поддерживающие исправное и работоспособное состояние автомобилей и их структурных элементов. Такая форма организации привела к значительному снижению экономической заинтересованности потребителей в текущем и более сложном восстановительном ремонте агрегатов автомобилей. Поэтому, руководство коммерческих организация, эксплуатирующих подвижной состав, стало отказываться от услуг ремонтных служб, а необходимость в ремонте они начали удовлетворять посредством ввода в эксплуатацию собственных производственных площадей для организации ремонтных воздействий и прочих ресурсов.
От величины финансовых затрат на эксплуатацию во многом зависит эффективность использования автомобильного транспорта и степень конкурентоспособности предприятий, имеющих отношение к его эксплуатации. Большую часть таких затрат составляют затраты, имеющие вероятностную природу, во многом зависящие от видов ремонтных воздействий, выполненных на предыдущих этапах восстановления работоспособности и фактического технического состояния объекта ремонта.
В реальной практической эксплуатации коммерческого транспорта попытки прогнозирования таких возможных убытков либо вообще не производятся, либо эти затраты пытаются априорно снизить на текущем этапе восстановления работоспособности традиционными способами. Одни из них основаны на экономии материальных, сырьевых и энергетических ресурсов, другие требуют совершенствования кадровой политики ремонтного персонала, что отражается на больших капиталовложениях, требуют высокой квалификации ремонтных рабочих и большого временного лага реализации таких методов. Поэтому эксплуатация транспорта при такой системе характеризуется значительными простоями в ремонте агрегатов, малым коэффициентом технической готовности автомобилей, большими материальными затратами и затратами на оплату труда.
В сложившихся рыночных условиях, на эффективность предприятий, эксплуатирующих автомобильный транспорт, влияет возрастная структура отечественного автомобильного подвижного состава. По данным исследований компании GiPA Russia, возрастная структура коммерческого подвижного состава по времени пребывания его в эксплуатации носит следующий характер: до 3-х лет - 35 %; 3-6 лет - 46 %; свыше 6 лет - 19 %. Если предположить, что среднегодовой пробег составляет 100 тыс. км., то, каждый второй автомобиль или его агрегаты были подвергнуты неоднократному ремонтному воздействию.
Немаловажной особенностью является и то, что техническое обслуживание и ремонт коммерческого подвижного состава, как правило, осуществляется потребителями на собственных производственно-технических базах, а в редких случаях по необходимости восстановительных операций прибегают к услугам немногочисленных ремонтных заводов или мастерских. Многие из них имеют неофициальный статус авто ремзаводов, а на самом деле приближены к небольшим частным мастерским с очень малой производственной программой по ремонту. В результате этого на таких площадках примерно половина производственных мощностей занято выпуском непрофильной продукции.
Коэффициент интегральной остаточной точности агрегата как инструмент назначения видов ремонтных воздействий
Для качественной оценки точечных показателей надежности агрегатов автомобилей необходимо знать не только основные показатели безотказности всей системы в целом, но и иметь возможность получать, оценивать и анализировать такие же характеристики для структурных элементов агрегата. Для этого массив функциональных элементов группируется по рангу увеличения их средней наработки, при которой функциональный элемент достигает своего предельного значения геометрического параметра. Предлагаемая операция позволит выявлять структурные и функциональные параметры, лимитирующие надежность всей системы в целом.
Описанный подход открывают новые возможности для дальнейшего развития автоматизированных средств получения массива ресурсных отказов по размерным параметрам, образующих интегральную износную размерную модель. Применение такого подхода на производстве позволит оценить уровень надежность агрегатов автомобилей по общепринятым в теории надежности критериям на этапах приемо-сдаточных испытаний, опытной эксплуатации, а также смоделировать поведение узла или агрегата и получить технико-экономические показатели эффективности ремонтных воздействий. 2.3.1. Теоретические основы моделирования значений случайной величины
Процедура моделирование значений случайных величин по эмпирическим функциям плотности их распределений является одним из ключевых этапов в модели ресурсных отказов деталей агрегатов автомобилей через геометрические характеристики точности взвешенных размерных параметров.
Под моделированием случайной величины принято понимать процесс получения на ЭВМ ее выборочных значений х, ...,xN. Величины хг, ...,xN статистически независимы и имеют одинаковое распределение вероятностей, совпадающее с распределением случайной величины
Исходным материалом для формирования на ЭВМ случайных величин с различными законами распределения служат равномерно распределенные в интервале (0, 1) случайные числа, которые генерируются на ЭВМ программным датчиком случайных чисел. Программы для получения псевдослучайных величин с равномерным законом распределения получили широкое распространение на базе специализированного математического обеспечения для современных ЭВМ.
Существует ряд основных методов моделирования случайных величин, применяемых при моделировании различных технических систем, такие как методы нелинейного преобразования, суперпозиции, Неймана (метод отбора или исключения), кусочной аппроксимации, метод обратных функций, статистических испытаний (Монте - Карло) [36,137, 176, 255, 257].
Наибольшее распространение получил метод обратных функций, называемый также стандартным методом моделирования случайных величин. Для моделирования методом обратных функций необходимо определить интегральную функцию распределения Fx случайной величины х. Имея упорядоченную некратную независимую выборку х1,х2, ...,хп случайной величины х можно построить простейшие оценки интегральной функции распределения
Таким образом, сам процесс моделирования случайных величин не представляет значительных трудностей. Основой этого процесса является достаточно сложная задача получения достоверной плотности вероятности исследуемой случайной величины.
Изучаемые размерные характеристики деталей такого агрегата как коробка переключения передач малоизучены, поэтому о конкретном виде распределения можно сделать самые общие предположения, следовательно, при таких условиях целесообразно воспользоваться аппроксимациями неизвестной функции распределения на основе непараметрических оценок плотности. Наиболее популярными методами непараметрической оценки плотности вероятности являются гистограмма и полигон частот. Гистограмма является негладким непараметрическим методом, который можно использовать для оценивания функции плотности распределения непрерывной случайной величины. Частотная оценка вероятности - это негладкий непараметрический метод для оценивания вероятности дискретных событий. Эти методы предусматривают однообразные и рутинные вычисления, кроме того для малых выборок (N 30) гистограмма и полигон частот оказываются обычно искаженными за счет тех или иных случайных локальных отклонений, связанных с отсутствием необходимого числа объектов.
Одним из способов частично ликвидировать этот пробел является применение непараметрических методов оценки плотности распределения.
Непараметрические методы не ориентированы на определенные параметрические семейства, имеют более универсальную структуру и более широкую область применения. Их главное преимущество в том, что они работают при большей неопределенности по априорной информации.
В настоящее время широко используется непараметрический метод под названием «ядерная» аппроксимация, которая путем «размазывания» имеющихся точек заполняет на гистограмме «впадины» и срезает «пики». «Ядерная» аппроксимация является основой метода Розенблатта -Парзена [264, 265], связывающих ансамбли близко лежащих точек с некоторым доверием к уровню плотности, которое по мере отдаления убывает и стремится к нулю. Достоинства этого непараметрического метода заключаются в том, что он не основывается на оценках параметров распределения (такие как, например, среднее или стандартное отклонение), описывающих эмпирическое распределение интересующей выборки, когда априорно известен сам закон распределения и его параметры, что не всегда соответствует реальной действительности при проведении экспериментальных исследований. Именно поэтому эти методы иногда называются свободными от параметров или свободными от распределения.
Впервые оценка плотности распределения была предложена в 1956 году Розенблаттом, а дальнейшее развитие и обобщение данного вида оценок осуществлены Парзеном. В настоящее время специалистами принято именовать данный класс оценок оценками Розенблатта - Парзена. Графически, суть формирования плотности распределения по такому методу изображена на рис. 2.8.
Объекты и направления экспериментальных исследований
По требованиям стандарта параметры нормального режима выбираются в соответствии с нормативно-технической документацией, отражающей требования к надежности объекта исследования. При отсутствии таких требований, параметры нормального режима назначаются в соответствии с условиями работы.
Исходя из данных требований стандарта, режим испытаний был сформирован исходя из следующих соображений. Поскольку ужесточение внутренних нагрузок является основным способом создания ускоренных испытаний [37], то за основополагающий фактор нагружения был принят такой критерий, как передаваемы крутящий момент Мкр. Номинальное значение этого критерия находится в пределах 176-210 Н-м в зависимости от модификации двигателя, совместно с которым эксплуатируется КПП [187]. Из источников [39] известно, что средние уровни использования мощности у двигателей грузовых автомобилей находятся в пределах 60-80 %, поэтому за номинальный режим нагружения целесообразно принять работу КПП в режиме 70 % передаваемого крутящего момента Мкр, что составит около 126 Н-м при модификации автомобиля с двигателем ЗМЗ 402.
Регулирование частоты вращения роторов электродвигателей осуществляется изменением величины напряжения и силы тока внешней питающей сети. Такие параметры задаются посредством блока управления 9. В качестве задающей измерительной аппаратуры выступают такие приборы как амперметр, вольтметр, а также штатный автомобильный спидометр. Показания используемых измерительных и регистрирующих средств пересчитыва-лись на требуемые характеристики нагружения. Вся необходимая информация о параметрах режимов нагружения, внешних условиях, продолжительности испытаний для каждой КПП фиксировалась в протоколе испытаний (приложение 8).
Таким образом, рассмотренная методика проведения ускоренных стендовых испытаний позволяет собрать статистические данные по износам поверхностей деталей, а также произвести апробацию и реализовать разрабатываемую методику обоснования оптимальных видов ремонтных воздействий на агрегаты автомобилей.
Предельным состоянием элемента размерной цепи будем понимать как состояние детали, характеризуемое этим размером, при котором дальнейшая её эксплуатация может привести к ресурсному отказу самой детали. В частном случае, в зависимости от объекта эксплуатации, предельные значения могут устанавливаться как нормативными документами (ГОСТами), так и посредством рекомендаций, выносимыми заводами-изготовителями [157]. Предельные состояния, регламентированные ГОСТами, относятся в основном к узлам, определенно влияющим на обеспечение безопасности движения. Предельные состояния, устанавливаемые совместно с заводами-изготовителями, научно-исследовательскими организациями и ремонтными предприятиями в основном связаны с технологическими допусками на изготовление механизма, с одной стороны, и с оптимальными показателями безотказности долговечности и экономичности работы агрегата, с другой. Как правило, такие нормативные значения устанавливаются на стадии проектирования и окончательно корректируются при стендовых или эксплуатационных испытаниях агрегатов. Разработанные нормативные значения предельного состояния отражаются в технической документации в виде технических условий (ТУ) на капитальный ремонт [222]. В такой документации устанавливается три вида размеров деталей: номинальный, допустимый без ремонта и предельный. Последний размер и является предельным значением элемента той размерной цепи, в которую входит эта деталь.
Сложность состоит в том, что последний размер в ТУ может не указываться в силу различного рода причин. Более того, автомобили массового производства, такие как ГАЗ-32214, ГАЗ-3302, ГАЗ-31105 не имеют требований ТУ на ремонт в полном объёме, а лишь ограничиваются технологическими допусками и зазорами в сопряжении основных деталей. Такая ситуация объясняется тем, что процесс разработки документации в виде ТУ на ремонт является достаточно длительным, наукоемким и материально затратным мероприятием.
Исходя из вышеописанных соображений существует объективная необходимость создания методики определения предельных значений элементов размерных цепей. Методика, приведенная ниже, основана на подходе, изложенном в [157]. Последовательность этапов такого подхода следующая: производится разовое измерение размерного параметра, соответствующего предельному значению, при котором наблюдается отказ элемента или детали. Так как в условиях неопределенности можно считать вероятности исправного и неисправного состояний одинаковыми, то объем выборки для определения нормативного показателя по рекомендациям [157] должен составлять не менее 30-40 объектов.
Рекомендации по совершенствованию учебного процесса
В ходе проведения экспериментальных исследований были разработаны рекомендации по построению методики назначения оптимальных видов ремонтных воздействий на примере коробки переключения передач, обеспечивающей минимальные удельные затраты на эксплуатацию путем моделирования жизненного цикла с процессами ремонтов. Все это позволило снизить производственные издержки муниципального предприятия КГКУ «КрасМе дАвтоТранс».
По направлению совершенствования ремонтно-восстановительной базы предприятий автомобильного транспорта требуется проведение обширных исследований.
Предлагаемая методика назначения оптимальных видов ремонтных воздействий в сопровождении её программно-математическим обеспечением позволяет сформировать важный задел в этом направлении. Одним из важных этапов дальнейших исследований в этом направлении является разработка количественно и качественно новых нормативов, на основе которых возможно принятие обоснованных решений при управлении организацией как ремонтного производства, так и сферы производства самих объектов эксплуатации.
Для пояснения прикладного значения этой задачи можно привести следующий пример. Одной из немаловажных и актуальных задач является задача выбора автомобильного подвижного состава, обеспечивающего минимальные затраты на его ремонт в процессе эксплуатации. Теоретически увеличение рыночной стоимости подвижного состава должно компенсироваться сокращением затрат в процессе его эксплуатации, что на практике происходит не всегда.
Таким образом, можно сказать, что одним из аспектов дальнейшего совершенствования, является развитие разработанной методики до уровня, позволяющего получать и анализировать нормативы в виде экономических показателей удельных затрат на эксплуатацию, определяющих целесообразность выбора того или иного подвижного состава. Другой важной задачей по этому направлению является совершенствование нормативов расхода запасных частей.
Еще одной немаловажной задачей в развития предложенной методики назначения видов ремонтных воздействий является совершенствование существующих подходов к обоснованию предельных значений размерных параметров, входящих в структуру интегральной износной размерной модели. Такие мероприятия с положительной стороны отразятся и на сфере производства выпускаемой автомобильной техники.
Немаловажной ценностью, как для научных, так и для практических работников в сфере автомобильного транспорта, является получение количественных оценок изменения размерных характеристик поверхностей деталей в процессе эксплуатации. Другими словами, необходима единая система базы данных, объединяющая и хранящая в себе всю информацию об интенсивно-стях изнашивания размерных параметров деталей узлов и агрегатов, широко используемых на наиболее востребованных единицах подвижного состава. При чем, такая информация должна быть неразрывно связанна с условиями эксплуатации подвижного состава, что гарантировала бы ее актуальность и применимость.
Одновременно с совершенствованием предлагаемой методики назначения видов ремонтных воздействий необходимы дальнейшие мероприятия, направленные на совершенствование учебного процесса. Полученные новые результаты необходимо развивать и внедрять в лекционный курс и на их основе разрабатывать новые лабораторные работы и совершенствовать лабораторную базу кафедры «Транспорт». Использование автоматизированных вычислительных и программных средств, при проведении лабораторных работ, значительно облегчает эту задачу, так как не требуется существенных дополнительных затрат для внедрения новых результатов в учебный образовательный процесс.
Рекомендации по совершенствованию учебного процесса Трудно переоценить важность передачи результатов научных исследований в учебный процесс. Издание монографий, учебных пособий и прочих материалов, как правило, запаздывает от темпов исследований соответствующих областей, поэтому главное внимание должно уделяться на постановку курсов лекций и лабораторных работ в той или иной области.
Результаты выполненных в рамках данной работы исследований, были использованы при разработке лабораторного практикума по дисциплине «Технология и организация восстановления деталей и сборочных единиц при сервисном сопровождении».
Результаты выполненных исследований также находят свое практическое применение в курсе лекций по дисциплинам «Основы ремонта транспортных и технологических машин и оборудования», «Основы технологии производства и ремонта транспортных средств», а также в учебном процессе Красноярского автотранспортного техникума при подготовке студентов специальности 190604 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта». Апробирование лекционного курса проводилось на кафедре «Транспорт» Сибирского федерального университета в течение 2012-2013 гг. Оно показало, что вошедшие в лабораторный результаты исследований представляют собой большой интерес как со стороны студентов, так и со стороны практических работников предприятий автомобильного транспорта, что положительным образом отразится на общей эффективности их работы в будущем.
Таким образом, выполненное диссертационное исследование нашло свое применение в совершенствовании учебного процесса на кафедре «Транспорт» СФУ, что дает возможность сделать вывод относительно их актуальности, высокой значимости и практической ценности. Это сопровождается соответствующим актом об использовании результатов выполненной диссертационной работы в учебном процессе СФУ.