Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, постановка цели и задачи исследования
Метод управления надежностью в ходе текущего ремонта
Метод управления надежностью в ходе технического обслуживания
Метод управления надежностью в ходе планового ремонта
Метод управления надежностью на основе теории массового обслуживания .
1.5. Постановка цели и задачи исследования
2. Обоснование трехуровневой системы обеспечения запасными частями зерноуборочных комбайнов
2.3.2. Обоснование модели потребности в запасных частях Модель работоспособности технической системы, состоящей из последовательно соединенных элементов
2.1. Модель эксплуатационной надежности зерноуборочного комбайна
2.2. Надежность восстанавливаемого технического изделия .
2.3. Модель эксплуатационной надежности зерноуборочных комбайнов в процессе доставки запасных частей
2.3.1. Схема доставки запасных частей
2.4.1. Обоснование модели технического обслуживания диагностирования
2.4.2. Обоснование модульного принципа обеспечения эксплуатационной надежности .
2.5. Выводы
3. Метод управления эксплуатационной надежностью зерноуборочных комбайнов .
3.1. Алгоритм управления надежностью, основанный на сокращении времени доставки запасных частей
3.3.2. Методы математической статистики в техническом сервисе .
3.4. Выводы
4. Методика управления эксплуатационной надежностью зерноуборочных комбайнов
3.1.1. Кодирование результатов испытаний
3.1.2. Прогнозирование потребности в запасных частях
3.1.3. Алгоритм управления объемом запасных частей
Методы управления различными позициями запасных частей..
Модульный принцип управления надежностью в процессе эксплуатации зерноуборочными комбайнами
3.3.1. Методы прикладной статистики 9 11
4.1. Методика повышения надежности за счет сокращения времени на доставку запасных частей
4.1.1. Технические характеристики программы
4.1.2. Структура и описание базы данных программы
4.2. Методика расчета времени безотказной работы и кратности замен отказавших узлов
машин
4.2.1. Методика расчета эксплуатационной надежности
4.2.2. Методика формирования «модульных» замен узлов
Повышения эксплуатационной надежности
5.1. Общая часть
5.2. Экономический расчет
5.3. Выводы
Заключение
Список литературы
- Метод управления надежностью в ходе планового ремонта
- Модель эксплуатационной надежности зерноуборочного комбайна
- Методы математической статистики в техническом сервисе
- Модульный принцип управления надежностью в процессе эксплуатации зерноуборочными комбайнами
Введение к работе
Актуальность темы: одной из главных задач на всех стадиях и этапах создания зерноуборочных комбайнов является обеспечение полного соответствия их надежности нормативным требованиям технических заданий и технических условий. Однако опыт разработки и создания отечественных комбайнов свидетельствует, что основные параметры, определяющие надежность комбайнов, не всегда соответствуют нормативным требованиям на период окончания разработки, а иногда даже не достигают требуемых значений в период эксплуатации.
Для современных зерноуборочных комбайнов простои по причине низкой надежности влекут за собой убытки, связанные не только с расходами на устранение отказов, простоями комбайнов, но также с потерями урожая из-за увеличения сроков уборки, биологическими потерями и несвоевременным выполнением необходимых агротехнических операций
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ДГТУ.
Цель исследования: сокращение потерь зерновой продукции в результате повышения эксплуатационной надежности зерноуборочных комбайнов.
Задачи исследования:
разработать модель эксплуатационной надежности зерноуборочного комбайна;
разработать метод управления эксплуатационной надежностью зерноуборочных комбайнов;
- разработать методику управления эксплуатационной надежностью
зерноуборочных комбайнов.
Объект исследования: методы управления надежностью в процессе эксплуатации зерноуборочных комбайнов.
Предмет исследования: эксплуатационная надежность зерноуборочных комбайнов.
Методы исследований: стратегии управления эксплуатационной
надежностью, основанные на использовании теоретических законов
распределения и теории массового обслуживания; адаптация трехуровневой
системы снабжения запасными частями «Speed»; мониторинг работы
зерноуборочных комбайнов в условиях реальной эксплуатации; информационные
технологии АВС (XYZ) при формировании базы данных отказов зерноуборочных
комбайнов; модульный принцип построения сроков технического обслуживания,
основанный на статистической обработки результатов испытаний
зерноуборочных комбайнов.
Рабочая гипотеза: повышение эксплуатационной надежности
зерноуборочных комбайнов за счет обоснования модульного принципа сроков технического обслуживания.
Научная новизна: повышение эксплуатационной надежности
зерноуборочных комбайнов на основе синтеза модульного принципа сроков
проведения технического обслуживания, трехуровневой системы обеспечения потребителей запасными частями на базе информационных технологий.
Практическая значимость и реализация: проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили создать методику управления эксплуатационной надежностью зерноуборочных комбайнов, основанную на использовании статистического материала по результатам отказов деталей, сборочных единиц и агрегатов комбайнов с использованием модульного принципа технического обслуживания.
По результатам исследований разработана программа «Информационная система технического сервиса машин АПК», проходящая адаптацию в дилерской организации ООО «Бизон» и ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш»» (Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ, 2010615265 РФ).
Основные положения, выносимые на защиту:
теоретическое обоснование модели эксплуатационной надежности зерноуборочного комбайна, основанной на модульном принципе технического обслуживания;
теоретическое обоснование метода управления эксплуатационной надежностью зерноуборочных комбайнов, построенного на модульном принципе технического обслуживания и трехуровневой системе доставки запасных частей;
- методика управления эксплуатационной надежностью зерноуборочных
комбайнов, основанной на модульном принципе технического обслуживания и
трехуровневой системе доставки запасных частей.
Апробация работы: основные положения работы докладывались и обсуждались на научных конференциях в Донском государственном техническом университете (г. Ростов-на-Дону, 2012 – 2015 г.), на конференциях молодых ученых, на Международных научных конференциях «Инновационные технологии в науке и образовании «ИНТО» (г. Ростов-на-Дону, г. Зерноград, 2014 – 2015 г.), «Интерагромаш» (г. Ростов-на-Дону, 2014 – 2015 г.).
Публикация результатов: основные положения диссертации
опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на изобретение № 2566052.
Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 218 страницах, содержит 31 рисунок и 9 таблиц. Список использованных источников включает 98 наименований, в том числе 4 – иностранные.
Метод управления надежностью в ходе планового ремонта
Советский период отмечен интенсивным использованием основополагающих разработок отечественных ученых в области эксплуатации и ремонта машин В.И. Черноиванова, В.М. Кряжкова, И.С. Левитского и др. Трудами Ю.А. Царева, Е.А. Пучина, В.С. Новикова, С.М. Гайдара, О.Н. Дидманидзе и др. решены научные проблемы управления надежностью современных машин и создана принципиально новая, эффективная контрольно-исполнительная система технического обслуживания и ремонта.
С точки зрения методологии оценки, обеспечения качества и надежности машин существенное значение имеют работы А.С. Дорохова, А.Г. Левшина, А.Н. Скороходова и др. Разработки М.Н. Ерохина позволили повысить износостойкость различных рабочих органов сельскохозяйственной техники, за счет усовершенствования ряда технологических процессов и внедрения оригинальных рабочих органов. Научная школа, руководимая им, сформировала необходимый уровень надежности сельскохозяйственной техники. Рассмотрим технические методы повышения надежности машин в процессе их эксплуатации [59].
Работоспособность техники в сельском хозяйстве поддерживается системой технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) машин. Своевременные и целесообразные по объему профилактические работы позволяют не только повышать технические характеристики эксплуатируемых машин, но и улучшать показатели их надежности, снижать эксплуатационные расходы. Однако выполнение профилактических работ для поддержания и восстановления работоспособности машин связано со значительными затратами времени и средств. Во многих случаях отказы, появляющиеся в сложных машинах, носят скрытый характер, и для их выявления требуется дополнительное время, что ведет к дополнительным затратам.
В большинстве случаев существует возможность выбрать такой метод [8] проведения профилактических работ, который позволит свести к минимуму суммарные потери, учитывающие затраты, связанные с ухудшением эффективности функционирования техники. При этом добивается максимизация возможных показателей качества функционирования техники, из которых основными являются коэффициенты готовности, оперативной готовности, а также средние суммарные издержки, отнесенные к единице времени работы [20, 22].
Методами теории вероятностей можно найти оптимальный вариант организации профилактического обслуживания. Однако для этого необходимо знать функцию закона распределения времени наработки объекта до отказа. Обычно в качестве критерия оптимальности выбирают минимум удельных затрат на обслуживание (min: Cуз) или максимум коэффициента готовности (max: Kг) или оперативной готовности (Kог) [4, 33, 44].
Определение оптимальной стратегии профилактики рассматривают как задачу нахождения наилучшего управления случайным процессом. В сложившейся практике профилактических работ выделяют следующие основные методы управления, связанные с текущим ремонтом, периодическим техническим обслуживанием, профилактическим ремонтом по прогнозируемому параметру или оптимизации системы обменного фонда деталей, сборочных единиц или агрегатов и др. [2, 5, 67, 71].
Текущий ремонт производится только после самостоятельного проявления отказа. Отличительная особенность данной стратегии заключается в отсутствии управляющих воздействий предупредительного характера [51].
В случайный момент времени после поиска причины отказа начинают текущий (неплановый) ремонт, который длится в среднем Тв. При этом заменяют или регулируют элемент, а также устраняют последствия отказа, сопровождающегося относительно небольшими потерями (отказ ламп, контрольных приборов, прокладок, сегментов ножей жаток, свечей или распылителей форсунок двигателей внутреннего сгорания и т. п.). После ремонта процесс функционирования техники повторяется [6].
Группа объектов, эксплуатируемая согласно данному правилу, подвергается только неплановым восстановительным работам, связанным с устранением причин отказов, поэтому задача ограничивается получением численных значений показателей надежности, где определяющим является время устранения отказа (Тв).
Модель эксплуатационной надежности зерноуборочного комбайна
Модульный принцип — особенность построения технических систем, заключающаяся в подчинении их размеров проектному модулю и (или) в обеспечении возможности комплектования разнообразных сложных технических систем с большим различием характеристик из небольшого, экономически обоснованного, количества типов и типоразмеров одинаковых первичных (типовых или стандартных) общих модуль-элементов [84]. В данном случае мы рассматриваем «модульное» построение каждого вида технического обслуживания состоящего из определенного перечня рекомендуемых к замене (или обслуживанию) узлов (деталей, сборочных единиц и агрегатов). Модульный принцип построения технических систем, заключается в подчинении некоторых размеров проектному модулю, т.е. применительно к срокам проведения технического обслуживания - в подчинении сроков проведения некоторому модулю, например, для зерноуборочных комбайнов кратному 60 или 120 часам.
Графическое решение примера 2.2 с учетом модульного принципа (рис. 2.12) П = 0,333; у2 = 0,333; Тср = 15,0 ч; г = 10 ч; К Г = 0,60; Тср =30ч. Графическое решение примера 2.3 с учетом модульного принципа (рис. 2.12) дает следующие результаты П = 0,167; у2 = 0,333; Тср = 20,3 ч; г = 6,3 ч; К Г = 0,71; Тср =30ч. где тс; - нижняя граница времени безотказной работы системы. Результаты графического решения показывают, что внедрение «модульного» принципа позволяет увеличивать нижнюю границу величины безотказной работы системы не менее чем надежность самого ненадежного элемента этой системы.
Таким образом, вторым направлением повышения надежности в процессе эксплуатации комбайнов является установление кратности замен узлов и агрегатов (элементов), способствующих увеличению коэффициента использования эксплуатационного времени и коэффициента готовности, которые задаются в ТУ (ТЗ) на комбайны.
Модульный принцип построения сроков технических обслуживания основывается на статистической обработке результатов испытаний зерноуборочных комбайнов. Для этого использовалась база данных официального регионального дилера по ЮФО от ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш» с результатами испытаний с 1990 по 2009 годы (Приложение 8, 9).
Анализ проводился путем выделения для каждой модели зерноуборочного комбайна повторности отказов по каждой детали, сборочной единицы и агрегату с учетом времени наработки до отказа и определения кратности упреждающих замен деталей, сборочных единиц и агрегатов при проведении очередных технических обслуживаний. Методология этого принципа не нова, реализован этот принцип в сервисных книжках на зарубежные легковые автомобили [17]. Подход к реализации данного принципа в зарубежных фирмах основан на огромном статистическом материале и является для каждой фирмы строго конфиденциальным, т.е. механизм расчета остается не выясненным.
Нами на протяжении многих лет осуществлялась статистическая обработка результатов испытаний зерноуборочных комбайнов по ЮФО, которая позволила по каждому из выходов из строя деталей, сборочных единиц и агрегатов, определять текущие средние значения времени безотказной работы Тер Tcp=UT0/n, (2.16) і где Тоі - наработка на отказ / -го отказавшего элемента (детали, сборочной единицы, агрегата); п - количество отказавших элементов. Фрагменты расчета средних значений вероятности безотказной работы деталей, сборочных единиц и агрегатов, представлены в таблицах 2.1 - 2.31.
Общий анализ свидетельствует, что кратность замен деталей и сборочных единиц может быть привязан к ТО-1 и ТО-2. 2.5. Выводы
Обоснована модель процесса обеспечения эксплуатационной надежности восстанавливаемого технического изделия с последовательным соединением элементов, к типу которой относятся зерноуборочные комбайны.
Определено, что основными параметрами определяющими надежность в процессе эксплуатации зерноуборочных комбайнов являются: коэффициент готовности (Кг), время работы (t), средняя наработка на отказ (То), средняя наработка до отказа (Тср), среднее время восстановления после отказа (tв ), среднее время ремонта (tр) и среднее время на доставку (tд), которые задаются в ТУ(ТЗ) и нормативно-технической документации4.
Выявлено, что существенным недостатком в настоящее время является отсутствие в ТУ(ТЗ) на зерноуборочные комбайны точностных показателей на основные технологические параметры, что не позволяет осуществлять достоверный контроля надежности в процессе эксплуатации комбайнов.
Обосновано использование трехуровневой системы складского хозяйства, которая позволяет совершенствовать процесс распределения и доставки запасных частей через региональные склады и склады дилеров, что способствует повышению эксплуатационной надежности зерноуборочных комбайнов, так как при этом сокращаются в пределах 24 часов сроки доставки запасных частей вышедшим из строя зерноуборочным комбайнам.
Предложена модель построения сроков технических обслуживаний, которая основывается на статистической обработке результатов испытаний зерноуборочных комбайнов, основанная на «модульном» принципе проведения замен выходящих из строя деталей, сборочных единиц и агрегатов, с учетом ресурса их работы.
Методы математической статистики в техническом сервисе
При малом числе опытов частота события принимает случайное значение, но при неограниченном увеличении числа опытов, когда фиксация отказов в год, например, по машинам ОАО «Комбайновый завод «Ростсельмаш» может достигать до 3 млн., частота появления отказов по отдельным деталям, сборочным единицам и агрегатам, проявляет тенденцию стабилизироваться относительно некоторого значения (вступает в силу закон больших чисел) характерного для данного отказавшего узла.
Исследования показали, что для ЮФО на региональном уровне для дилеров соотношение 80/20 в методе АВС-классификации из года в год меняется, т.е. носит динамический характер, но постепенно стабилизируется к средней величине 68/22/10.
Согласно теореме Чебышева о законе больших чисел при достаточно большом числе независимых опытов среднее арифметическое наблюденных значений случайной величины сходится по вероятности к ее математическому ожиданию. Однако в процессе обработки статистической информации возникает необходимость обоснования минимального количества реализаций, получая которое можно применять методику расчета запаса запасных частей.
Для того чтобы случайная величина подчинялась нормальному закону распределения достаточно уже от 20 до 30 реализаций. Однако на практике, учитывая общее количество обслуживаемых комбайнов, отказы большинства одноименных деталей (узлов) превышают число 30 даже с учетом более подробного ранжирования по годам и зонам эксплуатации.
В статистических методах выделяют методы прикладной статистики, которые могут применяться во всех областях научных исследований и любых отраслях народного хозяйства, и методы ограниченные той или иной сферой деятельности. Методы прикладной статистики в научной и прикладной деятельности используют при разработке и исследовании статистических моделей реальных явлений и процессов, и при применении статистических методов и моделей для статистического анализа конкретных данных. Методы прикладной статистики активно применяются в технических исследованиях, когда имеют дело с результатами наблюдений, измерений, испытаний, опытов, с их анализом. Основой методов прикладной статистки являются теория вероятностей и математическая статистика. Эти методы позволяют обрабатывать данные произвольной природы, и в данном случае, когда перед техническим сервисом стоит задача определения сроков выхода из строя отдельных деталей, сборочных единиц агрегатов зерноуборочных комбайнов [84].
Для любого статистического исследования важен вид описания статистических данных. В данном случае это детерминированные числовые данные, которые содержатся в базе данных по результатам отказов зерноуборочных комбайнов (Приложения 8 и 9).
Целью исследования в статистических задачах является получение более или менее достоверной информации об неизвестном распределении на основе данных, собранных в результате наблюдений (экспериментов).
Отправной точкой любого статистического анализа являются данные, полученные экспериментатором в результате опыта. Допустим, что опыт состоял из п повторных измерений некоторой неизвестной величины и в результате получены значения х1у....,хп. Эти значения естественно считать реализацией набора из п независимых одинаково распределенных случайных величин с неизвестной функцией распределения F = F(t). Вектор данных x = (xh...., xn) eRn называется независимой выборкой объема п из неизвестного распределения F. Перед нами стоит конкретная проблема: как, основываясь на выборке, оценить интересующие его числовые характеристики неизвестного распределения, не прибегая к приближению этого распределения как такового. Будем предполагать, что независимая выборка x = (x1,…., xn) взята из неизвестного распределения, у которого существует математическое ожидание и дисперсия (обозначим эти неизвестные значения через a и d соответственно). Величины, вычисляемые по выборке, называются выборочным средним и выборочной дисперсией.
В настоящее время существует много прикладных компьютерных программ, которые можно использовать для обработки числовых данных, это такие популярные специализированные статистические пакеты (Stadia, StatGraphics), а для статистической обработки небольших массивов данных вполне подходит любой универсальный математический пакет (Mathematica, Maple, Matlab).
Модульный принцип управления надежностью в процессе эксплуатации зерноуборочными комбайнами
. Дифференциальные и интегральные функции распределения: а, б – экспериментальная дифференциальная (полигон) и интегральная функции распределения распределения; в, г – теоретическая дифференциальная и интегральная функции распределения.
Определение среднего значения x и среднее квадратическое отклонения Sx показателя надежности; Среднее значение х является важной характеристикой показателя надежности. Зная средние значения, планируют работу машины, составляют заявку на запасные части, определяют объем ремонтных работ и т. д.
При наличии статистического ряда (N 25) среднее значение показателя надежности t определяют по уравнению: M?. = 1LxiP(xi) 1-і (4.3) где п — количество интервалов в статистическом ряду; xic — значение середины у-го интервала; Р(ХІ) — опытная вероятность j-го интервала. Характеристикой рассеивания при испытании машин на надежность является дисперсия Доп, которая равна среднему значению квадратов отклонений: Dx-XfXi-MJ Р(Хг) или для генеральной совокупности: Наиболее распространенной и удобной для расчетов характеристикой рассеивания служит среднее квадратическое отклонение: S = jD. (4.5)
С помощью формы «Анализ отказов» (рис. 4.12) пользователь может формировать и просматривать список отказов. Например, как показано на рисунке, можно заказать список всех отказов только ЮФО. Если дополнительно установить значение в поле «Модель» и снять флажок «Все модели комбайнов», то список будет содержать только отказы выбранной модели комбайна, произошедшие в ЮФО. Таким образом, количество вариантов формирования списка может быть очень большим.
Для расширения возможностей просмотра списка дополнительно можно задействовать системные команды «Фильтр по выделенному», «Сортировка по возрастанию», «Сортировка по убыванию», «Изменить фильтр», «Применить фильтр». Например, если установить курсор в списке на значение “П” в поле «Причина» и нажать на кнопку «Фильтр по выделенному», то в списке будут отражены только отказы ЮФО, имеющие производственную причину брака.
Также можно строить гистограммы распределения времени безотказной работы по разнообразным условиям, определяемым пользователем системы. В режиме анализа времени безотказной работы пользователю доступна информация о результатах расчета времени безотказной работы каждого агрегата, сборочной единицы, детали.
Анализ отказов может быть произведен с помощью графических гистограмм распределения. Для этого устанавливается требуемое значение параметра в поле «Анализ количества отказов для выбранных условий от параметра» и нажмите кнопку «Гистограмма распределения» (рис. 4.13). Полученную гистограмму можно вывести на печать или отформатировать стандартными средствами.
Ниже приведен пример построения гистограммы распределения времени безотказной работы по региону для деталей комбайна Дон-1500Б.
Время безотказной работы может определяться для каждого агрегата, сборочной единицы, детали каждой модели комбайна как отношение суммы времени от отказов к общему числу испытанных машин данной модели каждой группы. На форме «Учет отказов комбайна» любой пользователь может просмотреть данный параметр для каждого агрегата, сборочной единицы, детали каждой модели комбайна. С помощью команд сортировки и фильтрации списков можно вывести список самых надежных или самых ненадежных узлов и деталей выбранной модели. Кнопки-указатели применяются для переключения между моделями комбайнов.
Нажатие кнопки «Выход из приложения» завершает работу с системой. Пользователь должен помнить, что ключевые поля кодов должны иметь уникальные значения, повторения шифров агрегатов, сборочных единиц и деталей также недопустимы.
Рассчитанные таким образом средние значения безотказной работы (средних значений ресурса работы) агрегатов, сборочных единиц и деталей округляются до времени проведения очередного технического условия и вносятся в таблицу приложения (Приложение 10) к сервисной книжке, в качестве рекомендаций по упреждающим заменам. В дальнейшем сельхозпроизводитель в своей работе руководствуется предлагаемыми рекомендациями.