Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса 11
1.1.Актуальные направления совершенствования технической эксплуатации автомобилей 11
1.2.Надежность автомобилей и ее показатели 13
1.3.Система обеспечения работоспособности автомобилей 17
1.3.1. Развитие системы обеспечения работоспособности автомобилей 17
1.3.2. Назначение и основы системы ТО и Р 18
1.3.3. Стратегии обеспечения работоспособности
1.3.1. Тактики обеспечения работоспособности 23
1.3.2. Нормативы системы обеспечения работоспособности 25
1.3.3. Методы определения периодичности технического обслуживания 26
1.3.4. Методы формирования системы технического обслуживания и ремонта 29
1.4.Корректирование нормативов 31
1.5.Вариация суточных пробегов автомобилей и фактической периодичности ТО 33
1.6.Методы обработки цензурированных выборок 36
1.7.Выводы. Задачи исследований 37
2. Аналитические исследования 40
2.1.Общая методика исследований 40
2.2.Обоснование цели исследований. Формирование целевой функции 43
2.3. Концепция определения и корректирования нормативов периодичности технического обслуживания автомобилей 53
2.4.Идентификация изучаемой системы 55
2.5.Модель влияния периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобилей в условиях предупреждения большей части отказов 60
2.6.Модель формирования вероятности безотказной работы автомобилей с учетом вариации периодичности ТО и использованием усеченных выборок наработок на отказ 64
2.7.Метод генерирования случайных чисел, распределенных по любому заданному закону, а также без постулирования закона, как полных, так и усеченных выборок 65
2.8.Модель закономерности влияния среднесуточного пробега и длины рейса на фактическую периодичность ТО 68
2.9.Закономерность влияния коэффициента вариации периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобиля 76
2.10.Выводы по разделу 2 77
3. Экспериментальные исследования 79
3.1.Общая методика экспериментальных исследований 79
3.1.1. Цели и задачи экспериментальных исследований 79
3.1.2. Методы экспериментальных исследований 80
3.2.Результаты исследования целевой функции 81
3.3. Проверка гипотезы о виде модели влияния периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобилей в условиях предупреждения большей части отказов 91
3.3.1. Методика 91
3.3.2. Результаты 94
3.3.3. Выводы 99
3.4.Проверка адекватности модели формирования вероятности безотказной работы автомобилей с учетом вариации периодичности ТО и использованием усеченных выборок наработок на отказ 100
3.5.Оценка факторов, влияющих на отклонение фактической периодичности ТО от нормативного значения 102
3.6.Проверка адекватности имитационной модели влияния среднесуточного пробега и длины рейса на фактическую периодичность ТО 104
3.7.Влияние среднесуточного пробега и длины рейса на фактическую
периодичность ТО 106
3.8.Влияние вариации периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобилей 116
3.9.Оценка метода генерирования случайных чисел интервальным методом 117
3.10.Выводы по разделу 3 118
4. Использование результатов исследований и их эффективность 121
4.1.Методологические вопросы использования результатов исследований 121
4.2.Корректирование периодичности ТО при эксплуатации автомобилей в специфических условиях 122
4.3. Корректирование нормативов с учетом вариации периодичности ТО 123
4.4.Программное обеспечение для реализации модели влияния периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобилей в условиях предупреждения большей части отказов 125
4.5.Программное обеспечение для реализации модели формирования вероятности безотказной работы автомобилей с учетом вариации периодичности ТО и использованием усеченных выборок наработок на отказ 128
4.6.Программное обеспечение для моделирования фактической периодичности ТО с учетом среднего значения и коэффициента вариации длины рейса 130
4.7.Программное обеспечение для генерирования случайных чисел интервальным методом 134
4.8.Оценка эффективности результатов исследований 135
Основные результаты и выводы 139
Литература
- Развитие системы обеспечения работоспособности автомобилей
- Концепция определения и корректирования нормативов периодичности технического обслуживания автомобилей
- Проверка гипотезы о виде модели влияния периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобилей в условиях предупреждения большей части отказов
- Корректирование нормативов с учетом вариации периодичности ТО
Введение к работе
Актуальность темы. При использовании автомобилей в условиях Севера и Сибири процессы эксплуатации и изменения технического состояния автомобилей имеют существенные особенности.
Во-первых, характерны тяжелые условия эксплуатации, не учтенные в существующей методике корректирования нормативов технического обслуживания (ТО). Для определения периодичности ТО, обеспечивающей заданную вероятность безотказной работы, необходимо установить вид и параметры закона распределения наработок на отказ на основе репрезентативной выборки. Но при проведении планово-предупредительных операций ТО большая часть потенциальных отказов предупреждается, в связи с чем возможно получение только усеченной выборки. Точность определения параметров распределения наработок на отказ с использованием известных методов обработки незавершенных испытаний в этих условиях недостаточна для определения и корректирования нормативов.
Во-вторых, в силу различных причин фактическая периодичность ТО может существенно отличаться от нормативной, причём недостаточно изучено влияние различных факторов на фактическую периодичность ТО и ее вариацию, а также их влияние на вероятность безотказной работы автомобилей и коэффициент технической готовности.
Степень разработанности темы. В выполненных ранее исследованиях разработан ряд методов определения и корректирования нормативов периодичности ТО, но все они имеют допущения и ограничения, снижающие точность расчетов или лимитирующие область использования. Эти методы реализованы в нормативных документах, регламентирующих системы обеспечения работоспособности: в Положении о ТО и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта (далее – Положение), сервисных книжках. В Положении все многообразие условий эксплуатации сведено к пяти категориям, норматив периодичности ТО для которых меняется в относительных единицах от 1,0 до 0,6. При этом вариация условий внутри категории не учитывается.
Ведущие мировые производители автомобилей обычно предлагают простые методики корректирования нормативов периодичности ТО. Например, для грузовых автомобилей Мерседес, выполняющих дальние поездки, периодичность ТО составляет 100 тыс. км, а для автомобилей, работающих в тяжелых условиях, норматив может быть снижен до 30 тыс. км. При этом не ясно, что понимается под тяжелыми условиями и насколько в конкретном случае нужно снизить норматив. Использовать для корректирования норматива методику из Положения невозможно, поскольку в данном случае предусматривается более широкий интервал изменения – от 1,0 до 0,3.
Таким образом, существует требующая решения актуальная проблема оперативного корректирования нормативов периодичности ТО автомобилей с учетом специфики условий эксплуатации.
Исследования по теме диссертации выполнялись при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках государственного задания высшим учебным заведениям и научным организациям в сфере научной деятельности (2014– 2015 гг.), стипендией Президента Российской Федерации (2015 г.), а также стипендией Губернатора Тюменской области (2014 г.).
Объект исследования – процесс формирования вероятности безотказной работы автомобилей с учетом фактических условий эксплуатации.
Предмет исследования – закономерности формирования вероятности безотказной работы автомобилей с учетом фактических условий эксплуатации.
Области исследований (из паспорта специальности 05.22.10): «…9. Эксплуатационная надежность автомобилей, агрегатов и систем; … 11. Закономерности изменения технического состояния автомобилей и агрегатов, технологического оборудования с целью совершенствования систем технического обслуживания и ремонта, определения нормативов технической эксплуатации, рациональных сроков службы автомобилей; … 15. Развитие новых информационных технологий при перевозках, технической эксплуатации и сервиса…».
Целью работы является повышение технической готовности автомобилей путем оперативного определения и корректирования нормативов периодичности ТО с учетом требуемого уровня надежности при эксплуатации в различных условиях.
Задачи исследования:
-
разработать модель влияния периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобилей в условиях предупреждения большей части отказов (с использованием усечённых выборок исходных данных);
-
разработать модель формирования вероятности безотказной работы автомобилей с учётом вариации периодичности ТО (и использованием усечённых выборок наработок на отказ);
3) установить закономерности влияния среднесуточного пробега и длины
рейса на фактическую периодичность ТО;
-
установить закономерности влияния коэффициента вариации периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобиля;
-
разработать методику практического использования результатов исследований и оценить их эффективность.
Научную новизну определяют положения, выносимые на защиту:
разработанная модель влияния периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобилей с использованием усечённых выборок исходных данных;
разработанная модель формирования вероятности безотказной работы автомобилей с учётом вариации периодичности ТО и с использованием усечённых выборок наработок на отказ;
установленные закономерности влияния среднесуточного пробега и длины рейса на фактическую периодичность ТО;
установленные закономерности влияния коэффициента вариации периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобиля.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическая значимость заключается в установлении закономерностей и разработке моделей формирования вероятности безотказной работы автомобилей в условиях предупреждения большей части отказов и вариации фактической периодичности ТО.
Практическая значимость заключается в разработке методики оперативного определения и корректирования нормативов периодичности ТО в зависимости от фактических условий эксплуатации, использование которой позволяет более точно определять нормативы, а также снижать на этой основе количество отказов и потери от простоев автомобилей в текущем ремонте.
Методология и методы исследований. В качестве общей методологии исследований выбран системный подход. В основе методологии теоретических исследований лежит логический метод. Кроме него применяется ряд частных методов: анализ и синтез, аксиоматический и гипотетический методы, метод интерпретации, корреляционно-регрессионный анализ, имитационное моделирование, планирование эксперимента, активный имитационный и пассивный натурный эксперименты.
Степень достоверности результатов. Достоверность результатов обеспечена корректным построением математических моделей, проверкой их адекватности ис-
следуемому процессу. Сформулированные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации основаны на теоретических исследованиях и подтверждены достаточным объемом экспериментальных данных, обработанных по корректным методикам.
Апробация результатов. Основные результаты исследований обсуждались и получили одобрение на научно-практических конференциях: международных – «Проблемы функционирования систем транспорта» (Тюмень, 2010, 2013, 2014, 2015), «Транспортные и транспортно-технологические системы» (Тюмень, 2011, 2014, 2015), «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 2011, 2013), «Инновации и исследования в транспортном комплексе» (Курган, 2015); всероссийских – «Организация и безопасность дорожного движения» (Тюмень, 2015), «Новые технологии – нефтегазовому региону» (Тюмень, 2015), «Сервис автомобилей и технологических машин» (Тюмень, 2011, 2014).
Реализация результатов работы. Разработанная методика внедрена в Управлении технологического транспорта, специальной техники и автомобильных дорог ОАО «Сургутнефтегаз», в Управлении технологического транспорта и специальной техники ООО «Газпром трансгаз Сургут». Кроме того, результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 27 статьях, в том числе 8 – в рецензируемых периодических изданиях из «Перечня …», получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных результатов и выводов, списка литературы (196 наименований), 6 приложений (51 страница). Объем диссертации составляет 208 страниц (в том числе 20 таблиц и 72 иллюстрации).
Развитие системы обеспечения работоспособности автомобилей
Система технического обслуживания и ремонта автомобилей – совокупность взаимосвязанных средств, нормативной документации и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления работоспособности [42].
В задачи данных исследований не входит рассмотрение средств и исполнителей для ТО и Р автомобилей, поэтому подробно рассмотрим только документацию, в которой изложена нормативная база системы обеспечения работоспособности. В развитии систем обеспечения работоспособности можно выделить несколько этапов. Первый этап начался с принятием в стране системы планово-предупредительных ремонтов, которая включала четыре вида ремонтов от №0, выполняемого ежедневно, до №3, выполняемых через 650, 13 000 и 38 000 км [141].
Второй этап начался в 1943 г., когда было опубликовано Положение о профилактическом обслуживании автомобилей [83]. В нем впервые были приняты принципы планово-предупредительной системы обеспечения работоспособности. Этим документом введена трехступенчатая система ТО: ЕУ – ежедневный уход; ТО-1 (300 … 500 км); ТО-2 (1500 … 2500 км).
Следующий этап начался в 1962 г. и связан с разработкой Положения о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта. В нем сохранилась трехступенчатая система ТО, но существенно возросли периодичности ТО: ТО-1 –до 1300 … 1500 км, ТО-2 – до 6500 … 7500 км [130].
Очередной этап (1972 г.) связан с разработкой нового Положения о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта [129]. В Положении … 1972 г. введена более совершенная система корректирования нормативов в зависимости от условий эксплуатации.
Последнее Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта утверждено в 1984 г. [127, 128]. В нем впервые введена возможность оперативного корректирования нормативов.
В настоящее время Положение … не является официальным документом, так как ни страна, в которой оно разработано, ни министерство, его утвердившее, не существуют. Тем не менее, на многих предприятиях его используют, так как, во-первых, для автомобилей старых моделей нет другого документа, в котором была бы изложена система обеспечения работоспособности, во-вторых, не существует документа, в котором бы более полно и всестороннее регламентировался процесс обеспечения работоспособности автомобилей.
Для всех современных автомобилей разработаны сервисные книжки, в которых приводятся перечни операций ТО и периодичности их выполнения.
На работоспособность автомобиля влияет большое число факторов. Особенности этих факторов и их сочетаний на различных этапах жизненного цикла автомобиля определяют методы обеспечения его надежности.
На основе анализа работ отечественных и зарубежных авторов [82, 73, 45, 49, 50, 52, 77, 81, 91, 93, 132,85, 88, 98,102, 103, 112, 124, 131, 137, 166, 167, 168, 171, 74, 189], были выявлены основные факторы, влияющие на работоспособность автомобилей, а также методы обеспечения и повышения их надежности (табл. 1.1) Таблица 1.1
Факторы, влияющие на работоспособность автомобилей, и методы обеспечения и повышения их надежности
Этап жизненного цикла автомобиля Факторы, влияющие на работоспособность Методы обеспечения надежности
Проектирование совершенство конструкции; степень применения унифицированных узлов и деталей; используемые материалы и комплектующие; ограничения на стоимость, вес, размеры и время проектирования автомобиля выбор оптимальной конструктивной схемы; оптимальный подбор материалов; предохранение элементов от вредных воздействий
Производство качество технологического оборудования; средства и способы входного контроля и дефектности в ходе производства; стабильность свойств материалов обеспечение технологической надежности оборудования; применение прогрессивных технологий обработки; организация контроля качества
Эксплуатация влияние внешней среды; совершенство системы ТО и Р; способ хранения автомобилей; обеспеченность запасными частями; уровень нагрузок и воздействий на элементы конструкции автомобиля повышение качества эксплуатации и ремонта; совершенствование системы ТО и Р; внедрение и применение диагностики
Работоспособность машин обеспечивается двумя способами – поддержанием и восстановлением [119]. Разработка мероприятий по обеспечению надежности осуществляется на основе анализа причин отказов автомобилей. Исследование причинно-следственных связей формирования отказов, показателей надежности и их анализ даны в работах [82, 91, 93, 45, 52, 77, 81, 85, 88, 112, 137, 1, 2, 5, 108, 104 и др.]. Основными причинами отказов являются изнашивание, коррозия, старение материалов, перегрузки, нарушение установленных режимов эксплуатации [73].
Составной частью проблемы надежности является оптимальная эксплуатация. Теорию надежности и обслуживания разрабатывали многие отечественные и зарубежные ученые: Ф. Байхельт, П. Франкен, Е.С. Кузнецов, Ф.Н. Авдонькин, В.М. Михлин, В.Н. Старов, Д.К. Ллойд и другие [82, 91, 93, 17, 85, 21, 22, 23, 20, 24, 25, 35, 38, 39, 67, 74, 96, 104, 116, 114, 122, 143, 151, 163, 162, 182, 187, 195, 196]. Большое внимание уделяется надежности не только в автомобильной промышленности, но и на железнодорожном транспорте [34], в авиации [30], судостроении [107], при проектировании и обслуживании машин и агрегатов [121] и в других областях.
Лудченко А.А. дает следующее определение системе технического обслуживания и ремонта автомобилей: комплекс взаимосвязанных положений и норм, определяющих организацию и порядок проведения работ по ТО и ремонту автомобилей для заданных условий эксплуатации с целью обеспечения показателей качества, предусмотренных в нормативно-технической документации [97].
Для того чтобы использование автомобиля было рентабельным в течение всего периода эксплуатации, его необходимо регулярно подвергать комплексу технических воздействий, которые в зависимости от назначения и характера выполняемых работ можно разделить на две группы [119]: 1) воздействия, направленные на поддержание автомобиля в работоспособном состоянии в течение как можно большего периода эксплуатации и подготовку его к работе (система ТО); 2) воздействия, направленные на восстановление утраченной работоспособности агрегатами, механизмами и деталями автомобиля (система Р). Техническое обслуживание – комплекс операций или операция по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании [42, 178].
Концепция определения и корректирования нормативов периодичности технического обслуживания автомобилей
Заданный уровень работоспособности машин должна обеспечивать система технического обслуживания и ремонта, но в нормативах периодичности и трудоёмкости технических воздействий невозможно учесть всего многообразия условий эксплуатации. Один из путей решения проблемы – оперативное корректирование нормативов с учетом специфики условий эксплуатации на основе фактических данных об отказах.
На первом этапе решения проблемы корректирования нормативов для конкретных условий работы машин проведен анализ методов определения периодичности ТО. Ранее разработаны и используются для решения практических задач ряд методов [155, с. 76]. Наибольшее внимание уделяется методу определения периодичности ТО по допустимому уровню безотказности, а также технико-экономическому или его модификации – экономико-вероятностному методу.
Анализ результатов, полученных с помощью технико-экономических методов, показал следующее. При их реализации необходимо установить зависимость затрат на ТО и затрат на ремонт от периодичности ТО, для того чтобы найти минимум суммарных затрат. При оценке затрат на ремонт необходимо знать зависимость количества отказов от наработки. То есть необходимо решить ту же задачу, которая решается в методе определения периодичности ТО по допустимому уровню безотказности. Причем решается эта задача не всегда корректно. Поэтому полученные результаты не дают однозначного решения. Например, по данным [118, с. 71] при изменении периодичности ТО-2 подъемного агрегата А-50 в интервале от 200 до 240 машино-часов (м.-ч) для рассматриваемых четырех случаев суммарные затраты изменяются в пределах 0,68 … 2,09 %, что существенно меньше погрешности расчетов и свидетельствует о низкой чувствительности метода.
Для того чтобы определить периодичность технического обслуживания, обеспечивающую заданную вероятность безотказной работы с использованием метода по допустимому уровню безотказности, необходимо знать вид и параметры закона распределения наработок на отказ. Получение указанной информации возможно только при наличии репрезентативной выборки наработок. Но в условиях, когда проводятся планово-предупредительные операции ТО, то есть большая часть отказов предупреждается, возможно получение только усеченной выборки. Точность определения параметров распределения наработок на отказ с использованием известных методов обработки незавершенных испытаний при малой доле отказавших элементов недостаточна для определения и корректирования нормативов. Например, при ускоренных испытаниях рессор подвески грузового автомобиля доля отказавших листов составила 10,1 %, а ошибка определения среднего ресурса – 44,9 % [140, с. 33].
Кроме того, если рассматривается периодичность ТО не отдельного объекта обслуживания, а групповая периодичность, что актуальнее на практике, то необходимо изучать композицию распределений наработок на отказ разных элементов автомобиля, описываемых разными законами.
Таким образом, корректирование нормативов периодичности ТО на основе известных методов оценки параметров распределения наработок на отказ не дает достаточно точного результата. Учитывая, что в этом случае нет необходимости определять параметры распределения, а достаточно установить связь между периодичностью ТО и вероятностью отказа, можно использовать непараметрические методы оценивания интегральной функции распределения.
Сформулируем требования к модели: адекватность экспериментальным значениям вероятности отказа (безотказной работы); достаточная для практического использования точность в диапазоне наработок, соответствующих требуемому уровню безотказности, предъявляемому к системе ТО и Р; отсутствие грубых несоответствий физическому смыслу. При реализации такого подхода приняты следующие ограничения: рассматриваются наработки после ТО в интервале 0 … LТО; отбираются реализовавшиеся отказы только в законченных циклах наработки до ТО; решается задача интерполяции внутри интервала 0 … LТО, задача экстраполяции результата на наработку свыше LТО не рассматривается. Задача формализована следующим образом: в интервале наработок от L=0 до L=LТО отказали т из N элементов; наработки на отказ обозначены LhL2, … , Lm; вероятность отказа в рассматриваемом интервале наработок составляет F{LТО) = ; фактическая вероятность отказа больше допустимой вероятности безотказной работы, предусмотренной системой ТО: F(LТО) Fд; требуется определить значение ЬТО, при котором F(LТО)=Fд. Для решения поставленной задачи определим вероятности отказа в точках Li, L2, … , Lm рассматриваемого интервала: F(L) = — ; F(L?) = — ; …; F(Lm) = — .
Далее рассмотрим w? пар значений L, и F(Lt). Они отражают влияние наработки на вероятность отказа. Аппроксимируем эти значения уравнением регрессии. По полученному уравнению определим значение LТО, при котором F(LТО)=Fд.
Ключевой момент в решении этой задачи - выбор вида уравнения регрессии, адекватно аппроксимирующего исходные данные.
Предварительный анализ графического вида рассматриваемой зависимости в интервале 0 … LТО, ее асимптотики, а также вероятной структуры модели для т пар значений Lt и F(Lt) позволил предположить, что в качестве модели можно использовать экспоненту или полином: F{L) = A0eA L; F(L) =А0+ AtL + A2L2, где A0, Аъ A2 - эмпирические коэффициенты. Достоинство таких моделей заключается в возможности получения в общем виде первой производной, которая представляет собой дифференциальную функцию распределения, например, для экспоненциальной модели /(L) = А0А±еА . При использовании экспоненты вида F(L) = A0eAlL периодичность ТО можно определить по модели: LT0 = (ln (l - Яд) - ІпСЛо))/ !. Для проверки этой гипотезы и выбора наилучшей из перечисленных моделей проведены экспериментальные исследования, описанные в разделе
На практике фактическая периодичность ТО существенно отличается от нормативной. В этом случае известные методики определения периодичности ТО использовать нельзя.
Теоретически, поиск решения задачи определения вероятности безотказной работы в указанном случае сводится к рассмотрению пересечения множеств реализаций наработок на отказ L и периодичностей ТО Lто. Для этого необходимо иметь две соответствующие выборки. Сравнивая попарно значения L и Lто, можно определить количество случаев, когда L Lто и, соответственно, отказ не наступает, а также противоположных случаев, когда L Lто , и отказ наступает до проведения ТО. Полученные результаты позволяют оценить вероятность безотказной работы.
Проверка гипотезы о виде модели влияния периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобилей в условиях предупреждения большей части отказов
Аппроксимация рассматриваемой зависимости интегральной функцией распределения дает наихудший результат. Учитывая, что в эксперименте были заданы точные значения математического ожидания и среднего квадра-тического отклонения, а на практике параметры закона распределения неизвестны, необходимо отдать предпочтение непараметрическим моделям.
Полином второго порядка в 15-ти случаях из 16-ти с вероятностью 0,99 адекватно аппроксимирует эмпирическую вероятность безотказной работы. В одном случае адекватность модели оказалась ниже критического уровня. Учитывая, что вероятность безотказной работы изменяется по наработке монотонно, а полином второй степени имеет перегиб в районе малых вероятностей, необходимо отметить несоответствие такой модели физическому смыслу.
Экспоненциальная модель во всех случаях с вероятностью не ниже 0,99 адекватно аппроксимирует рассматриваемую зависимость. Кроме того, необходимо отметить как низкую среднюю ошибку аппроксимации (максимум – 2,15 %), так и низкие значения ошибки в зоне нормативной периодичности ТО, соответствующей вероятности безотказной работы 0,90 и 0,95. Поэтому экспоненциальная модель в наибольшей степени отвечает сформулированным требованиям.
Таким образом, проведенные экспериментальные исследования подтвердили гипотезу о виде модели влияния периодичности ТО на вероятность безотказной работы автомобилей в условиях предупреждения большей части отказов.
Проверка адекватности модели формирования вероятности безотказной работы автомобилей с учетом вариации периодичности ТО и использованием усеченных выборок наработок на отказ В разделе 2.7 разработана имитационная модель формирования вероятности безотказной работы автомобилей с учетом вариации периодичности ТО и использованием усеченных выборок наработок на отказ. Для проверки ее адекватности проведены сравнительные экспериментальные исследования. Сначала получены данные о фактических наработках на отказ в циклах до очередного ТО, а также данные о фактических периодичностях ТО в семи транспортных предприятиях ОАО «Сургутнефтегаз».
На основе данных о наработках на отказ определены численные значения параметров экспоненциальной модели зависимости вероятности отказа от наработки. Затем выполнена статистическая обработка данных о фактических периодичностях ТО (приложение 3).
В результате установлено следующее. Далее на имитационной модели формирования вероятности безотказной работы автомобилей с учетом вариации периодичности ТО рассчитаны вероятности безотказной работы, соответствующие фактическим периодич-ностям ТО. Полученные значения сравнивались с фактическими, результаты сравнения приведены в табл. 3.4
Анализ ранее выполненных исследований позволил сформировать перечень факторов, влияющих на отклонение периодичности ТО от нормативного значения: средняя длина рейса [87, 119], технологическая дисциплина [19, 68, 119], размер и структура предприятия [127], величина норматива [91], пропускная способность зоны ТО (количество постов ТО, число смен работы, количество исполнителей) [173], используемый метод планирования постановки автомобилей на ТО [75, 91], специфика обслуживаемого производства (вариация интенсивности эксплуатации; удаленность мест работы от мест обслуживания и ремонта; нежелательность отрыва автомобиля от работы, связанная с особенностями технологии обслуживаемого производства) [79, 125], обеспеченность материалами для проведения ТО [62].
Эксперимент по оценке факторов заключается в проведении априорного ранжирования и определении их весомости по методике, изложенной Кузнецовым Е.С [92]. Для этого составлена анкета, скомплектована группа из десяти экспертов, проверена их компетентность, проведен инструктаж. Эксперты проранжировали указанные выше факторы. Результаты опроса и их обработки представлены в табл. 3.5 и на рис. 3.20.
Оценка согласованности мнений экспертов проводилась с помощью коэффициента конкордации Кенделла [92]:
Поскольку X2 и X5 – управляемые факторы, то, воздействуя на них, можно нивелировать негативное влияние на периодичность ТО. Средняя длина рейса определяется типом АТП и подвижного состава. Например, городские автобусы имеют сравнительно небольшие суточные пробеги и длины рейсов, а седельные тягачи, используемые на междугородных перевозках, – существенно бльшие. Управлять длиной рейса при выполнении определенного транспортного задания практически невозможно (возможно только в некоторых случаях в небольших пределах путем оптимизации маршрута движения). Поэтому данный фактор необходимо учитывать при определении и корректировании нормативов периодичности ТО.
Проверка адекватности имитационной модели влияния среднесуточного пробега и длины рейса на фактическую периодичность ТО выполнялась путем сравнения фактических периодичностей ТО, полученных на предприятиях ОАО «Сургутнефтегаз» на основе пассивного эксперимента, и расчетных значений, полученных для тех же условий на имитационной модели.
Для обеспечения достаточного интервала варьирования длины рейса в эксперименте использовались данные по предприятиям, выполняющим местные перевозки, и предприятиям, выполняющим междугородние перевозки. При этом автомобили рассматриваемых предприятий используются в условиях эксплуатации разных категорий (I, II, III, IV). Для получения сопо ставимых результатов фактическая периодичность ТО представлялась в долях от нормативной, а затем пересчитывалась в периодичность для III категории условий эксплуатации.
Результаты сравнения фактических и расчетных значений (приложение 4) среднего значения и коэффициента вариации периодичности ТО при различных средних значениях и коэффициентах вариации длины рейса представлены в табл. 3.6 и 3.7.
Корректирование нормативов с учетом вариации периодичности ТО
Для моделирования закономерностей влияния среднесуточного пробега и расстояния перевозки на фактическую периодичность ТО во втором разделе разработана имитационная модель. Для ее реализации создано программное обеспечение, позволяющее изучать влияние на периодичность ТО не только средних значений указанных параметров, но их распределений.
Программа разработана в среде Microsoft Visual Basic for Applications 7.0. Код программы состоит из четырех процедур. Выполнение основной процедуры инициируется управляющей кнопкой (CommandButton) «Расчет» (рис. 4.8). Другие процедуры вызываются из основной в соответствие с алгоритмом имитационной модели. Выход из программы осуществляется через меню «Файл», просмотр отчета – через кнопку «Отчет».
Второй способ предполагает использование объектов «CheckBox» и «OptionButton». С их помощью выбираются компоненты, которые необходимо отразить в отчете, а также законы распределений суточного пробега и длины рейса.
Третий способ предусматривает использование рабочего листа Microsoft Excel (рис. 4.9). Этим способом вводятся данные по средним значениям и коэффициентам вариации длины рейса. В представленном на рисунке случае в первой колонке таблицы введены средние длины рейса в диапазоне 100 … 7 000 км, а во второй строке – коэффициенты вариации длины рейса в диапазоне 0,1 … 0,6.
Вывод результатов производится в листы Excel. В зависимости от выбранных компонентов отчета выводятся таблицы с различными данными. По умолчанию выводятся средние значения и коэффициенты вариации периодичности ТО (рис. 4.10). Кроме того, при выборе соответствующего пункта могут быть выведены реализации суточных пробегов за последний цикл моделирования (рису. 4.11), цепочки наработок автомобилей между ТО (рис. 4.12) и реализации фактических периодичностей ТО.
На основе приведенного в разделе 2 алгоритма генерирования случайных чисел интервальным методом разработан программный продукт в среде Microsoft Visual Basic for Applications.
Управление работой программы осуществляется из экранной формы (рис. 4.14). Она содержит строку меню, а также поля ввода и группу элементов для ввода исходных данных.
Меню «Файл» позволяет загружать ранее сохраненные файлы, сохранять результаты расчетов, а также завершать работу программы. Пункт «Расчет» предназначен для перехода к процессу моделирования. Пункт «Центрирование» позволяет скорректировать полученный массив чисел и целью доведения среднего значения точно до заданного. Поля ввода предназначены для ввода исходных значений математического ожидания, коэффициента вариации и объема генерируемой выборки.
Оценка эффективности результатов исследований состоит в определении уровня реализации цели в соответствии с целевой функцией. В качестве целевой функции выбран минимум разности между заданной и реализуемой вероятностью безотказной работы.
В качестве примера для расчета экономического эффекта от корректирования нормативов периодичности ТО выбраны автомобили-самосвалы MAN TGA 40.410, используемые в ОАО «Сургутнефтегаз».
По рекомендации завода изготовителя для них установлена периодичность ТО, равная 40 000 км. Но практика использования автомобилей в тяжелых дорожных условиях на отсыпке оснований для нефтегазовых объектов показала, что количество отказов достаточно велико. Например, в СУМР-2 коэффициент технической готовности этих автомобилей составляет только 0,75. Поэтому необходимо рассмотреть возможность снижения норматива периодичности ТО.
По формулам, приведенным в разделе 4.2, рассчитана допустимая вероятность безотказной работы, при которой обеспечивается коэффициент технической готовности на уровне лучших транспортных подразделений ОАО «Сургутнефтегаз». В частности, для УТТ-1 значение КТГ составляет 0,92. Выбор нормативов и оценка эффекта от их изменения проводилась на основе выполненных исследований. Для оценки эффективности технической эксплуатации автомобилей используется коэффициент технической готовности (КТГ) [155]. На основе результатов исследований установлено, что для обеспечения КТГ=0,92 необходимо обеспечить вероятность безотказной работы 0,95 (по объектам обслуживания, включенным в перечень операций ТО), что соответствует в рассматриваемом случае периодичности ТО 25 000 км.
На имитационной модели, описанной в разделе 3.2, выполнена оценка эффекта от снижения пробега между ТО. Исходные данные для моделирования получены в транспортных подразделениях ОАО «Сургутнефтегаз».