Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса. цель и задачи исследования
1.1. Анализ научных исследований по повышению надежности АТС - 12
1.2. Анализ работ, рассматривающих оптимизации методов проведения ТО и ремонта автомобилей - 15
1.3. Технологические особенности проведения технического обслуживания и ремонта КАС - 27
1.4. Анализ математических исследований операций применяемых для оптимизации методов ТО и ТР автомобилей - 32
1.5. Анализ стратегии обеспечения работоспособности автотранспорта - 36
1.6. Цель, задачи и методика исследований
Выводы по первой главе - 41
ГЛАВА 2. Теоретические исследования способов и систем организации работ по то и ремонту
2.1. Рабочая гипотеза, применяемые ограничения и предложения - 44
2.2. Целевые функции работы -
2.3. Теоретические предпосылки для разработки математической модели формирования ступенчатой системы ТО и ремонта - 47
2.4. Некоторые особенности оценки показателей надежности методом экстраполяции по наработке - 52
2.5. Определение рациональных режимов ТО и ремонта КАС с учетом трудозатрат - 58
2.6 Формирование математической модели и алгоритма расчета числа ступеней режимов технического обслуживания и ремонта - 64
2.8. Выводы по второй главе - 67
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования
3.1. Анализ методов и режимов проведения ТО КАС БелАЗ,
применяемых на рассматриваемых предприятиях. - 68
3.2. Методика сбора статистической информации - 73
3.3. Общая характеристика массива исходных данных по результатам экспериментальных исследований - 75
3.4. Сравнительный анализ эффективности эксплуатации КАС - 79
3.5. Выводы по третьей главе - 82
ГЛАВА 4. Предложения по реализации научных методов исследования
4.1. Рекомендуемые режимы технический эксплуатации КАС - 83
4.2. Результаты исследования режимов ТО по предприятиям - 85
4.3. Расчет эффективности применения разработанной модели ТО и ремонта и сравнение - 90
4.4 Выводы по 4 главе - 95
Основные выводы и результаты - 96
Список литературы
- Анализ работ, рассматривающих оптимизации методов проведения ТО и ремонта автомобилей
- Анализ стратегии обеспечения работоспособности автотранспорта
- Определение рациональных режимов ТО и ремонта КАС с учетом трудозатрат
- Общая характеристика массива исходных данных по результатам экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность работы. Эффективная работа горнообогатительных и горнометалургических комбинатов (ГОК и ГМК) является важнейшим условием социальной и экономической стабильности государства. Повышение уровня развития, организации и обеспечения успешного функционирования ГОК и ГМК во многом может достигаться благодаря поддержанию в работоспособном состоянии подвижного состава за счет сбалансированного развития, эффективного использования и рационального распределения ресурсов производственно-технической базы (ПТБ) ГОК и ГМК, организации технологического процесса (ТП) технического обслуживания и ремонта большегрузных карьерных автосамосвалов (КАС) марки БелАЗ грузоподъемностью свыше 120 т.
В связи с этим в современных условиях возникает необходимость решения задач, связанных с формированием оптимальных режимов проведения технического обслуживания (ТО) и ремонта (Р) КАС на ГОК и ГМК с учетом конкретных условий эксплуатации.
Актуальность данной работы связана с недостаточной проработанностью теоретических и методических вопросов совершенствования ТО и ремонта КАС, направленных на снижение совокупных издержек по содержанию автотранспортных средств (АТС) в работоспособном состоянии.
Цель работы: повышение надежности КАС на предприятиях ГОК и ГМК за счет разработки и применения оптимальных режимов проведения ТО по двум критериям: минимизации затрат на проведение ТО и обеспечение безопасности транспортного процесса при осуществлении карьерных автомобильных перевозок.
Объектом исследования явились предприятия ГОК «Карельский Окатыш» и «Оленегорский ГМК» РФ, эксплуатирующие карьерные автосамосвалы марки БелАЗ грузоподъемностью выше 120 т. для выполнения вывоза горных пород из карьеров.
Научная новизна работы:
- разработана методика обоснования оптимального числа ступеней про
ведения ТО и сопутствующего ремонта;
обоснованы объемы и содержание работ, выполняемых на каждой ступени ТО и ремонта;
показаны оптимальные режимы проведения ТО и ремонта для рассмотренных условий эксплуатации КАС;
разработаны методики определения оптимальной кратности проведения ТО-2 относительно ТО-1 с учетом особенностей эксплуатации карьерных автосамосвалов в каждом конкретном предприятии.
Практическая ценность работы заключается в том, что применение разработанной методики и алгоритма расчета оптимальных режимов ТО способствуют повышению эффективности функционирования карьерных автосамосвалов марки БелАЗ на предприятиях ГОК и ГМК РФ.
Реализация результатов работы. Разработанные методики и основные результаты исследований рекомендованы к применению ОАО «Северсталь» и приняты к использованию в ГОК «Карельский Окатыш», а также в учебном процессе МАДИ (ГТУ).
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 64-й, 65-й и 66-й научно-практических конференциях МАДИ (ГТУ) в 2006, 2007, 2008 г.г. Диссертация заслушана и одобрена на заседании кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис» МАДИ (ГТУ).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано четыре статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
На защиту выносятся:
методика обоснования оптимального числа ступеней проведения технического обслуживания и ремонта КАС;
методика обоснования объемов и содержания работ при двухступенчатой и трехступенчатой модели проведения ТО и ремонта;
результаты обоснования оптимальных режимов ТО и ремонта для рассматриваемых условий.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе, приложения и списка литературных источников. Объем работы составляет 138 страниц машинописного текста, 9 таблиц, 25 рисунок, 5 приложений и список литературных источников из 145 наименований.
Анализ работ, рассматривающих оптимизации методов проведения ТО и ремонта автомобилей
Технологический процесс ТО и ремонта автомобилей — это часть производственного процесса технической подготовки автомобилей, представляющий сумму действий по изменению размера, формы, состояния (внутренних свойств) и взаимного расположения предметов труда (например, процессы выполнения ТО-1, ТР двигателя и т.д.) [130].
В связи с резким количественным ростом автомобильного парка и усложнением конструкции автомобилей, выполнением требований безопасности движения, экономии топлива и снижения загрязнения окружающей среды отработавшими газами возникла необходимость в повышении эффективности системы ТО и ремонта карьерных автомобилей [34].
В нашей стране принята планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта, которая состоит из комплекса взаимосвязанных положений и норм, определяющих порядок проведения работ по ТО и текущему ремонту (ТР). Это обеспечивает исправное состояние подвижного состава при минимальных материальных и трудовых затратах, а также при минимальном времени изъятия: подвижного состава из эксплуатации для его восстановления [130]. Основой системы технического обслуживания и ремонта автомобилей повышенной грузоподъемности является теория надежности. Система обеспечения надежности представляет собой идеологическую платформу технической эксплуатации автомобилей и оказывает существенное влияние на все показатели функционирования подсистем по поддержанию автомобилей в технически исправном состоянии [42, 87].
Система технического обслуживания и ремонта по фиксированному ресурсу не позволяет в полной мере обеспечить высокую надежность автомобилей повышенной грузоподъемности и минимальные затраты на их поддержание в работоспособном состоянии, т.к. автомобиль является сложной системой работающей в различных условиях и, изменение каждой их них происходит по-своему.
Эта система [34] обслуживания и ремонта автомобилей является новой и особенностью ее можно назвать то, что она предполагает три вида работ: обязательные работы (ОР), контрольно-диагностические работы и работы по устранению недостатков (УН). В перспективе по мере совершенствования методов и средств диагностики объем обязательных работ будет сокращаться и тогда взамен существующей (ОР-КД-УН), возможно применение тактики проведения технического обслуживания и ремонта по состоянию Д-УН. В настоящее время обязательные работы подразделяются на ОР-1, ОР-2.
Зона ОР включает в себя специализированные посты для смазочных, крепежных и регулировочных работ или двух-трехпостовые линии [34].
Методы организации технического обслуживания автомобилей повышенной грузоподъемности позволяет установить исходное состояние системы, иными словами определить место проведения технических воздействии (универсальные или специализированные посты, тупиковые или поточная линия, специализация постов, их количество), специализацию исполнителей, количество видов технических воздействий в едином процессе и другие.
Выполнение работ группой исполнителей различных специальностей выдвигает большие требования не только к использованию рабочих на постах, но и к последовательности выполнения работ с тем, чтобы обеспечить по возможности равномерную загрузку исполнителей.
В настоящее время эти вопросы не получили полного освещения и проработки. Известно, что типовые технологии на проведение технических обслуживании и ремонтов (технологические процессы) разрабатываются специализированными проектными организациями. Причем для каждого конкретного АТП эти типовые технологии требуют привязки с учетом категории условий эксплуатации и особенно состояния производственно-технической базы [33].
С ростом разномарочности подвижного состава увеличивается количество вариантов решения задачи, технологические потери их выполнения, изменяются условия проведения работ. Проведенные исследования показали, что между трудоемкостью технических воздействий и показателями характеризующими конструктивную сложность агрегатов имеет место достаточно тесная корреляционная зависимость. Особенно, если в качестве показателя используется масса агрегата [110,135].
При распределении объема работ ТО используются различные принципы [28,52,121]. Исходя из метода организации технического обслуживания-распределение производится по специализации постов и исполнителей или по целям обслуживания, которыми является одна или несколько систем автомобиля [2]. В этой методике рассматривается вопрос формирования очередности выполнения работ ТО и ТР под воздействием конструкторско-технологического фактора, минимума технологически оправданных потерь.
В работе автора [115] получена развернутая характеристика смешиваемости операций. Однако в этих работах нет единой методики, учитывающей всю совокупность факторов, влиявших на формирование требуемого технологического процесса технического обслуживания автомобилей повышенной грузоподъемности.
В КазНИПИАТе [88] разработана новая иллюстрированная форма сложения технологической информации. Информация по операциям, проводимым на одноименных агрегатах, но расположенных в разных местах автомобиля сведена в одну ячейку. Таких ячеек определенное количество, при этом все ячейки карты имеют нумерацию, которая используется при составлении карт-схем расстановки исполнителей.
Основными критериями разработки иллюстрированных карт явились: наглядность, узнаваемость агрегатов, подлежащих техническому обслуживанию и запоминаемость операций, что полностью, по мнению авторов, устраняет недостатки существующей текстовой формы технологического проектирования ТП. Такая технологическая информация является только хорошим исходным материалом для последующего решения задачи.
Однако для определения необходимости проектирования наиболее эффективных технологических процессов, либо оптимизации типовых ТП ТО и ремонта автомобилей необходимо иметь теоретическое представление о понятиях технологии и технологического процесса обслуживания и ремонта автомобилей повышенной грузоподъемности.
Так, ГОСТ 3.1109.82 ЕСТД. (Процессы технологические) дает самое общее определение технологического процесса, как части производственного процесса, содержащего действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства.
Анализ стратегии обеспечения работоспособности автотранспорта
Часто при прогнозировании нормативов технической эксплуатации автомобилей возникает ситуация, когда необходимо выполнить оценку параметров распределения случайных событий на основе анализа резко усеченных опытных данных. Ярким примером такой ситуации является определение наработок на отказы в условиях применения агрегатно-узлового метода ремонта.
Собранная в процессе выполнения настоящего исследования эксплуатационная информация о работе карьерных самосвалов в автопредприятиях Оленегорского горно-металургического комбината и Карельского Окатыша так же характеризуется выборкой достаточного большого объема при усеченных пробегах автомобилей (объектов) за период наблюдений.
Применение известных методов анализа результатов усеченных и незавершенных испытаний (метод Джонсона, функция максимального правдоподобия, метод среднего правдоподобия и.т.д) [34] в условиях усеченной информации приводить к существенным погрешностям при большой трудоемкости вычислительных работ. Кроме того, эти методы связаны с построением и анализом вариационных рядов и полигонов, которые в условиях усеченной по времени эксперимента информации дополняются значительным количеством приостановов, а методика расчета сопровождается большим объемом вычислений.
В этих условиях становиться актуальной разработка оперативных методов прогноза показателей безотказности, основанных на аппроксимации монотонных эмпирических характеристик стандартными математическими зависимостями. В работе Троицкого А.И. и последующих исследованиях Мос-гортрансНИИпроект [132] была применена модель пароболической аппроксимации функции общего потока случайных событий, разработанной НИИАТом и предложен графоаналитический метод прогнозирования параметров надежности. Сущность метода заключается в экспериментальной оценке значений ведущей функции потока отказов в двух точках Qi(x) и СЬ(х) на периодично-стях Li и L2 и проведением через эти аппроксимирующей параболической функции общего потока случайных событий [132] .Последующими шагами, согласно предложенной методике является определение коэффициента вариации (V), коэффициента восстановления ресурса (Кт) и прогнозируемой средней наработки на отказ (X);
Этот метод нашел применение в ряде разработок МосгортрансНИИпро-екте [22]. Тем не менее, он имел существенный недостаток, заключенный в том, что со снижением объема выборки точность оценки показателей надежности значительно убывает, т.е. растет смещение оценки. Этот метод так же сопровождается большим объемом расчетов, а предлагаемые номограммы не обеспечивают желаемую точность оценки, так как имеют повышенную чувствительность в коэффициенте вариации (V).
Методы экстрополяции по наработке основаны на регистрации моментов отказов с ограничением продолжительности испытании и получении выборки, представляющей наработки всех N объектов наблюдении, как отказавших так и оставшиеся работоспособными. Менее сложной по объектам вычислений и методом оценки параметров распределения является модель оценки математического ожидания собития на основе линейной апроксима-ции функции плотности распределения вероятности этого события. Это метод дает значительную погрешность в оценке математического ожидания, порядка 15%, тем не менее, из-за простоты применения и возможности использования резко усеченной информации, и значительного сокращения периода эксплуатационных наблюдений он прошел применение в разработках Мосгортранс ЕИИ проекте [22] связанные с оценкой режимов технического обслуживания и ремонта городских автобусов. В основе предложенного метода оценки лежит принятия экспертного решения об общих тенденциях, развития функции плотности распределения вероятностей случайного события. При этом возможны три варианта линейной аппроксимации: - функция плотности распределения вероятностей равномерная; это соответствует сложному объекту, имеющемуся разнесенные по оси абцисс несколько пиков плотности распределения. - функция плотности распределения вероятностей треугольная (закон Симпсона). Она имитирует свойство симметричных и ассиметричных функции плотности распределения с ярко выраженным пиком; - функция плотности распределения вероятностей монотонно убываю щая. Имитирует законы распределения с ярко выраженным влиянием слу чайного фактора, например эксполянциальное распределение. Иллюстрации и последовательность операции средней наработки на отказ (Х0) при равномерной плотности распределения вероятности с использованием усеченной информации приведена на Рис.(2.5.1).
Определение рациональных режимов ТО и ремонта КАС с учетом трудозатрат
Решение задач настоящей работы, сформулированных в разделе 1.4 предусматривает подробную проработку основных аспектов функционирования существующих в настоящее время на рынке услуг автотранспортных предприятий.
С учетом важности решаемых в настоящем исследований задач, представляется необходимым рассмотреть условия функционирования автотранспортных предприятий как комплекс, формирующий определенные требования к показателям эффективности использования производственно-технической базы. Сбор исходных данных осуществлялся непосредственно автором настоящей работы. В качестве объекта проведения исследования выбраны предприятия Карельский Окатыш и Оленегорский ГОК являющиеся типичным представителем ГОК и ГМК. Парк подвижного состава по маркам характеризуется широким спектром карьерных автосамосвалов как отечественного производства (бывшего СССР) (71%), так и импортного производства (29%). Наибольшим количеством подвижного состава характеризуются автосамосвалы марок БелАЗ-7512 (22%), БелАЗ 7513 (18%), БелАЗ 7514 (19%) Катепиллер (15%) и Юклид (10%).
Учитывая что, каждое предприятие проводят ТО по-своему при одинаковых условиях эксплуатации карьерных автосамосвалов, то целесообразно рассмотреть и анализировать количество внеплановых ремонтов на этих предприятиях. На (рис. 3.4) отражены количество внеплановых ремонтных работ выполненных на предприятиях Карельский Окатыш и Оленегорский ГОК за 1 год для карьерных автосамосвалов марки БелАЗ 7514, 7513 и 75121.
По рис 3.4 видно, что количество внеплановых ремонтов на предприятии Карельский Окатыш значительно высше, чем на предприятий Олене-горского ГОК на 14-15% и показатели работы КАС на предприятиях отличаются, (для сбора информации были взяты одинаковое количество самосвалов и отказы по агрегатам и узлам) это можно объяснить тем, что на Карельском Окатыше комплекс ТО а, именно ТО-2 и ТО-3 проводиться большей периодичностью т.е. ТО-2 при наработке 1000 м/ч, и ТО-3 при наработке 2000 м/ч. по сравнению с Оленегорским ГОК, где ТО-2 проводиться при наработке 750 м/ч и ТО-3 проводиться при наработке 1500 м/ч. (Таб 3.1.) и Приложение 2.
Анализ количества выполненных ремонтных воздействии (рис.3.4) за период эксплуатации течении одного года показывает на сопоставимость выводов об особенностях и степени влияния факторов надежности, конструкции и условий работы КАС при формировании специализированных процессов технического обслуживания и текущего ремонта, как на предприятии Карельский Окатыш, так и в Оленегорском ГМК. Двигатель Электрическая Механическая Шины Прочие часть часть основные системы
Из (рис.3.4) видно, что даже на, обобщенном уровне специализации процессов ТО и ремонта видна необходимость их совершенствования, оптимизации нормативной базы и методов организации проведения работ по подержанию и восстановлению работоспособности парка КАС.
Для более подробного анализа и оперативной обработки информации составлена таблица 3.3 основных показателей работы карьерных самосвалов марки БелАЗ на двух предприятиях с учетом условии эксплуатации, возраста парка, выработки, себестоимости, надежности и численности персонала. Проведенный анализ периодичности ТО для карьерных автосамосвалов марки БелАЗ 7514, 7513 и 75121 на предприятиях показывает, учитывая при этом одинаковые условия эксплуатации обоих предприятии что, количество внеплановых ремонтов зависит от периодичности проведения ТО-2 и ТО-3 в данном случае, и может способствовать, к корректировке проведения ТО-2 и ТО-3 с целью; сокращения эксплуатационных ремонтов и уменьшения внеплановых простоев автосамосвалов в ремонте, увеличению производительности автомобилей и снижению себестоимости перевозок, а также сокращения трудоемкости и режима работ зон ТО и ТР, которые связаны с режимом работы автомобилей на линии.
Общая характеристика массива исходных данных по результатам экспериментальных исследований
Необходимость экспресс-анализа при длительном объективно необходимом для оценки параметров надежности сроке наблюдений является основной причиной экспертного анализа.
В общем случае результаты незавершенных наблюдений представляют собой выборку из N изделий, в которой г изделий отказало, а остальные (N — г) изделий работоспособны.
Для осуществления экспертных оценок средних ресурсов элементов эксперт должен располагать следующей информацией. средняя наработка установленных на автомобили подконтрольных элементов за период наблюдений (И); количество объектов наблюдений (N); количество элементов, отказавших за период наблюдений (г) Средняя наработка элементов автомобиля за период наблюдений определена, как частное от деления суммы наработок і -тых элементов ( Ї =1 ,. х) при эксплуатации с момента постановки их на автомобиль на общее количество объектов наблюдений (N), где: К- наработка і-того элемента автомобиля за период наблюдений (I =1,... х ). Наработка I -того элемента (г) определяется в зависимости от условий начала эксплуатационных наблюдений: - если момент постановки і -того элемента на автомобиль совпадает с моментом начала наблюдений, то наработка элемента определяется с момента начала подконтрольной эксплуатации автомобиля на период наблюдений; - если объект к моменту начала наблюдений имеет некоторую наработку, величину которой определить невозможно,, то наработка за период наблюдений определяется с момента его отказа (постановки нового элемента) и равна пробегу автомобиля с момента постановки нового элемента и до конца периода наблюдений; - если объект за контрольный период не имел отказов, то его наработка равна пробегу автомобиля за период наблюдений.
Количество элементов, отказавших за период наблюдений (і) зависит от условий начала эксплуатационных наблюдений: - если момент постановки і-того элемента на автомобиль совпадает с моментом начала наблюдений, то его снятие при нарушении предельных характеристик фиксируется как отказ, последующие отказы элементов, установленных на место отказавшего, не фиксируются; - если объект к началу наблюдений имеет некоторую наработку, величину которой определить невозможно, то первый отказ наблюдаемого элемента не фиксируется, а монтаж на автомобиль нового элемента является моментом начала наблюдений за і -тым элементом.
Методика обоснования режимов ТО предусматривает изучение поведения функции удельных затрат на ТО и ремонт в зависимости от периодичности проведения профилактических операций с учетом формирования рационального их состава по критериям обеспечения безотказности и экономичности.
На первом этапе анализировалось поведение функции удельных затрат по всей номенклатуре профилактических операций, приведенных в работе за исключением смазочно-очистительных. В результате расчетов были определены, восемь профилактических операций лимитирующих по критерию безотказности периодичности первой ступени технического обслуживания названной условно ТО-1, которая составила около 250 м/ч. Ряд 3 - С - суммарные затраты на ТО и ТР. С увеличением периодичности ТО-2 до 500 м/ч m = 2 наблюдается увеличение удельных затрат на ТО-2 и уменьшение расходов на внеплановые ремонты. Одновременно анализируя поведение функций и характеризующих изменение суммарных расходов на ТО-2 и ТР, удельные затраты на ТО-2 с увеличением кратности снижаются, а расходы на ТР увеличиваются. Суммарные расходы на ТО-2 и ТР минимальны при кратности ТО-2 m = 4, т.е. ТО-2 при 1000 м/ч для предприятия Карельский Окатыш (Табл. 4.2.,Рис.4.8).
При увеличении кратности т=5 8, и т=6 8, соответственно для предприятиях Карельский Окатыш и Оленегорский ГМК, расходы на ТО-2 будут уменьшаться, а на ТР увеличиваться. И можно увидеть, что оптимальная периодичность ТО-2 при 1000м/ч. для предприятия Карельский Окатыш, и ТО-2 при 1500 м/ч. для предприятия Оленегорский ГМК, происходит за счет "переливания" операций текущего ремонта в состав операций ТО-2.
Фактически зная расходы на ТО и ремонт, и имея начальные исходные данные эксплуатации автомобилей, мы можем выбрать оптимальную кратность проведения ТО-2, с помощью алгоритма и расчета режимов технического обслуживания для любого вида автотранспорта, с целью обеспечения безопасности движения с минимальными расходами на ТО и ремонт.
Анализируя объекты профилактического воздействия, лимитирующие периодичности первой ступени, было установлено, что к ним относятся агрегаты и узлы рулевого управления, тормозные механизмы и система освещения и сигнализации. Кроме того, контроль над работоспособностью тормозной системы и рулевого привода по внешним факторам, а так же за состоянием световой сигнализации входят в обязанности водителя. Поэтому указанные операции могут быть отнесены к ежедневному обслуживанию, что не исключает более углубленный контроль при, проведении ТО но, снимает ограничение, связанное с применением при расчете критерия безотказности. 43. Расчет эффективности применения разработанной модели ТО и ремонта и сравнение
Ниже приведены расчеты трудоемкости и простоя для автосамосвалов марки БелАЗ при различных периодичностях проведения технического обслуживания, который в свою очередь показывает на существующие недостатки проводимых на предприятиях ТО, несоответствие их с рекомендуемыми нормативами завода-изготовителя и обосновывает преимущество двухступенчатой системы ТО в отличие от трехступенчатой так, как при проведении ТО-2 в двухступенчатой системе мы выполняем работы по ТО-2 и ТО-3. При этом относительно от трехступенчатой системы, ТО-3 выполняется чаше, без расходов на организационые моменты проведения ТО-3,а ТО-2 более полноценно, максимально используя нормативное время простоя и трудоемкости, а также квалификацию ремонтных рабочих при проведении ТО.
