Название: Основы работоспособности технических систем. Автомобильный транспорт - учебное пособие (Атапин, В.Г)

Жанр: Технические

Просмотров: 3334


6.2. методы определения периодичности то

Определения. Периодичность ТО – это нормативная наработка (в километрах пробега или часах работы) между двумя последовательно проводимыми однородными работами ТО.

При проведении обслуживания применяются два основных метода доведения изделия до требуемого технического состояния:

при первом методе, обозначаемом условно I–1 (по наработке), устанавливается определенная периодичность, в соответствии с которой изделие восстанавливается до заданного технической документацией уровня при достижении установленной наработки;

при втором методе I–2 (по параметру технического состояния) при заданной периодичности производится сначала контроль технического состояния и затем принимается решение о проведении предупредительных технических воздействий, т.е. доведении технического состояния изделия до установленного уровня.

Таким образом, в общем виде операция ТО состоит из двух частей – контрольной и исполнительской. Это необходимо учитывать при определении трудоемкости tп операции ТО:

         ,

где  – трудоемкость соответственно контрольной и исполнительской частей профилактической операции; k – коэффициент повторяемости.

При первом методе k = 1, а контрольная и исполнительская части практически сливаются. При втором методе каждый раз с установленной периодичностью выполняется контроль, а исполнительская часть проводится в зависимости от результатов контроля. Необходимо отметить, что в каждом конкретном случае при втором методе k = 0 или k =1.

Целесообразность использования того или иного способа проведения ТО (с контролем или без него) определяется соотношением затрат на устранение и предупреждение отказов, на контрольную и исполнительскую части операции, вариацией случайных величин и другими факторами. Стоимость проведения профилактической операции

         ,

где  – стоимость соответственно контрольной и исполнительской частей операции.

Методы определения периодичности ТО подразделяются на простейшие (метод аналогии по прототипу), аналитические (основаны на результатах наблюдений и основных закономерностях ТЭА) и имитационные (основаны на моделировании случайных процессов).

 

Подпись:  
Рис. 6.1. К определению периодич-ности ТО по допустимому уровню                   безотказности

Метод определения периодичности ТО по допустимому уровню безотказности. Метод основан на выборе такой периодичности, при которой вероятность отказа Q элемента не превышает заранее заданной величины, называемой риском (рис. 6.1). Вероятность безотказной работы

,    т.е.    ,

где xi – наработка на отказ; [P] – допустимая вероятность безотказной работы; ; l0 – периодичность ТО;  – гамма-процентный ресурс. Для агрегатов и механизмов, обеспечивающих безопасность движения, [P] = 0,9...0,98, для прочих узлов и агрегатов [P] = 0,85...0,90.

Определенная таким образом периодичность значительно меньше средней наработки на отказ (рис. 6.1) и связана с ней следующим образом:

,

где – коэффициент рациональной периодичности, учитывающей величину и характер вариации наработки на отказ, а также принятую допустимую вероятность безотказной работы (табл. 6.1).

 

Т а б л и ц а  6.1

Коэффициенты рациональной периодичности b

Допустимая вероятность безотказной работы [P]

Коэффициенты вариации ресурса

0,2

0,4

0,6

0,8

0,85

0,80

0,55

0,40

0,25

0,95

0,67

0,37

0,20

0,10

 

Таким образом, чем меньше вариация случайной величины, тем большая периодичность ТО при прочих равных условиях может быть назначена. Более жесткие требования к безотказности снижают периодичность ТО. При определении периодичности контроля и восстановления предварительной затяжки крепежных соединений .

 

Метод определения периодичности ТО по допустимому значению и закономерности изменения параметра технического состояния. Изменение определенного параметра технического состояния у группы автомобилей происходит по-разному (кривые 1–3, 5–7 на рис. 6.2). В среднем для этой группы тенденция изменения параметра характеризуется кривой 4. По ней, а также по допустимому значению параметра yд можно определить среднюю наработку , когда в среднем вся совокупность изделий достигает допустимого значения параметра технического состояния. Этой средней наработке соответствует интенсивность изменения параметра . При этом те изделия, у которых интенсивность изменения параметра технического состояния оказалась выше средней (1, 2, 3), т.е. ai > , достигают предельного состояния значительно раньше при наработках х1, х2, х3, меньших . Следовательно, для этих изделий при назначенной периодичности  с вероятностью Q4 = 0,5 будет зафиксирован отказ.

 

Рис. 6.2. К определению периодичности ТО по допустимому значению и закономерности изменения параметра                        технического состояния изделия

 

Подобная система обслуживания является нерациональной, поэтому назначают такую периодичность l0 < , при которой вероятность отказа не будет превышать заданной величины риска, например

Q = Q2. Этот случай соответствует интенсивности изменения параметра технического состояния большей, чем средняя интенсивность, называемой максимально допустимой, т.е. , где  – коэффициент максимальной интенсивности изменения параметра технического состояния. При этом должно соблюдаться условие:

         .

На коэффициент  влияют степень риска, вариация v и вид закона распределения случайной величины. Для нормального закона распределения

         ,

где  – нормированное отклонение, соответствующее доверительному уровню вероятности.

Чем меньше v или [P], тем больше  и меньше оптимальная периодичность ТО. Этот метод применяется для объектов с явно фиксируемым изменением параметра технического состояния. К ним относятся большинство изнашиваемых узлов, механизмов и соединений, техническое состояние которых поддерживается с помощью регулировки (тормозной и клапанный механизмы и др.). Для регулировочных работ характерны значения , т.е. периодичность ТО будет в 1,6...2,1 раза ниже средней.

 

Технико-экономический метод. Метод сводится к определению суммарных удельных затрат на ТО и ремонт и их минимизации. Минимальным затратам соответствует оптимальная периодичность технического обслуживания l0. При этом удельные затраты на ТО

         ,

где  – периодичность ТО и стоимость выполнения операции ТО соответственно.

При увеличении периодичности удельные затраты на ТО значительно сокращаются. Увеличение периодичности ТО, как правило, приводит к сокращению ресурса детали или агрегата и росту удельных затрат на ремонт:

         ,

где с – затраты на ремонт, L – ресурс до ремонта.

Выражение

        

является целевой функцией, экстремальное значение которой соответствует оптимальному решению – минимуму удельных затрат. Определение минимума целевой функции проводится графически (рис. 6.3) или аналитически, если известны зависимости .

Подпись:  

Рис. 6.3. Определение перио-дичности ТО технико-эконо¬-      ми¬че¬ским методом

Если при назначении уровня риска учитывать потери, связанные с дорожными происшествиями, то технико-экономический метод применим для определения периодичности операций, влияющих на безопасность движения.

 

Экономико-вероятностный метод. Метод обобщает предыдущие методы и учитывает экономические и вероятностные факторы, также позволяет сравнивать различные стратегии поддержания и восстановления работоспособности автомобиля. Как уже отмечалось, одна из стратегий сводится к устранению неисправностей изделия по мере их возникновения (рис. 6.4, а), т.е. по потребности. Удельные затраты при этом

         ,

где  – средняя, минимальная и максимальная наработки на отказ; с – разовые затраты на ремонт. Преимуществом этой стратегии является простота, недостатками – неопределенность состояния изделия, которое может отказать в любое время; затрудняются планирование и организация ТО и ремонта.

Альтернативная стратегия (рис. 6.4, б) предусматривает предупреждение отказов и повреждений, восстановление исходного или близкого к нему состояния изделия до того, как будет достигнуто предельное состояние. Эта стратегия реализуется при предупредительном ТО, предупредительных заменах деталей, узлов, механизмов и т.д. Рассмотрим метод реализации этой стратегии (I-1). Так как теоретически отказ может произойти при любой сколь угодно малой периодичности, то стратегия реализуется не в чистом, а в смешанном виде. Допускается определенная, как правило, малая вероятность отказа, а периодичность предупредительного обслуживания или ремонта . Отказы, которые возникли раньше   (т.е. ), устраняются по мере

а        б       в

Рис. 6.4. Методы определения периодичности технического обслуживания

и ремонта:

а – ремонт по потребности;   б – ТО по наработке (I-1);   в – ТО по техническому

состоянию (I-2)

 

их возникновения, т.е. практически по второй стратегии (по потребности). Стоимость устранения этих отказов как по первой, так и по второй стратегии равна с. Обычно задается допустимая вероятность отказа или требуемая вероятность безотказной работы. Средняя наработка, с которой будут устраняться эти отказы,

         .

Остальные работы при первом способе проведения предупредительной стратегии будут проводиться с периодичностью , стоимостью d и вероятностью данного события P = [P].

Преимущества этой стратегии заключаются в следующем:

1) может быть гарантирован определенный уровень надежности изделия;

2) разовые затраты на поддержание исправного состояния, как правило, ниже, чем при отказе (d < c), который может сопровождаться дополнительными потерями, связанными с оказанием помощи на линии из-за нарушения транспортного процесса (вызов технической помощи, буксировка отказавшего автомобиля, санкции при нарушении сроков или расписания перевозок и т.д.);

3) предупредительный характер этой стратегии создает условия для плановой организации ТО и ремонта.

Эти преимущества компенсируют определенный недостаток данной стратегии, заключающийся в недоиспользовании ресурса изделия, так как периодичность предупредительных работ оказывается меньше, чем средняя наработка до отказа ().

При этой стратегии удельные затраты определяются как отношение средневзвешенной стоимости одной операции к средневзвешенной наработке с учетом отказа части изделий:

         .

Дифференцируя это выражение по l и приравнивая производную нулю, определяют оптимальную периодичность l0, соответствующую минимуму . Далее сравнивают удельные затраты  и . Если , то предпочтительным является способ реализации предупредительной стратегии.

В экономико-вероятностном методе используют понятие коэффициента рациональной периодичности:

         ,

где kп = d/c; – коэффициент вариации наработки на отказ при первой стратегии (I-1).

Экономико-вероятностный метод позволяет рассчитать оптимальную периодичность ТО исходя из заданного сокращения потока отказов в межосмотровом периоде, т.е. между двумя последовательными ТО. При наличии ограничений по безотказности

         ,

где  – коэффициент сокращения параметра потока отказов; – соответственно параметр потока отказов при использовании предупредительной стратегии и при устранении отказов по потребности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Например, для объекта, имеющего показатели kп = 0,4;  тыс. км;  получаем коэффициент рациональной периодичности

         .

Тогда оптимальная периодичность l0 равна

          тыс. км.           Ответ   

Если в рассматриваемом примере задано сокращение параметра потока отказов при использовании предупредительной стратегии в 5 раз , то , а оптимальная периодичность

          = 8,4 тыс. км.         Ответ   

Необходимо подчеркнуть, что принятие дополнительных требований по безотказности сокращает оптимальную периодичность по сравнению с использованием только экономических критериев.

 

Экономико-вероятностный метод определяет и рациональные пути совершенствования организации ТО. Действительно, при периодичности l0 фактически требуют предупредительного воздействия те изделия (первая группа), потенциальный отказ которых может возникнуть с некоторой вероятностью Р1 (рис. 6.4, в) при наработке  (без учета вариации самой оптимальной периодичности). Изделия с потенциальной наработкой на отказ  (вторая группа) могут обслуживаться не при данном обслуживании, а при последующих обслуживаниях и т.д. Вероятность этого события Р2 = Р – Р1, поэтому при втором способе реализации предупредительной стратегии (I-2) необходимо разделение изделий первой и второй групп, которое осуществляется с помощью контроля (диагностирования), требующего дополнительных затрат.

Таким образом, с оптимальной периодичностью  l0  контролируются все неотказавшие до этого момента изделия (вероятность Р). Стоимость этого контроля составляет dк, а работы по доведению технического состояния до нормы, имеющие стоимость dи, с вероятностью Р1 проводятся только для первой группы изделий. Очевидно, такое развитие предупредительной стратегии с использованием диагностирования будет целесообразно, если дополнительная стоимость контроля (специальное оборудование, квалифицированный труд) будет компенсирована сокращением стоимости профилактической операции и ущерба от отказов.

Следовательно, профилактическая операция в контрольной своей части будет выполняться для всех изделий регулярно с оптимальной периодичностью, а в исполнительской части – по потребности с учетом результатов контроля. Вторым условием применения предварительного контроля является обеспечение достоверного разделения (прогнозирования) с помощью диагностирования изделий, требующих обслуживания при очередном воздействии или последующих профилактических воздействиях.

Для простейшего случая учета только двух последовательных ТО удельные затраты при профилактической стратегии с предварительным контролем

         ,

где dп = dк + kdи – стоимость операции ТО, проводимой с предварительным контролем; k =P1/(P1 + P2) – коэффициент повторяемости, определяющий долю изделий, которые потребуют наряду с контролем и устранения возникших отклонений параметров технического состояния от нормативных значений. Очевидно, что предварительный контроль целесообразен при . При этом оптимальные периодичности при первом и втором методах могут не совпадать.

Одним из методов проведения контрольных работ является диагностирование, которое служит для определения технического состояния автомобиля, его агрегатов и узлов без разборки и является технологическим элементом ТО и ремонта.

 

Метод статистических испытаний. Этот метод основан на имитации (моделировании) реальных случайных процессов ТО, что дает возможность ускорить испытания, исключить влияние побочных факторов, резко сократить стоимость экспериментов, провести при необходимости исследования с целью выбора наиболее пригодного варианта. Моделирование может проводиться на ЭВМ или вручную. Исходным материалом для моделирования служат как фактические данные, полученные при наблюдении, так и законы распределения случайных величин.

При определении оптимальной периодичности ТО схема моделирования сводится к следующему (рис. 6.5). Предварительно назначают на основании имеющегося опыта или наблюдений коэффициенты вариации , а также одно или несколько значений периодичностей ТО, например,  и т.д. По результатам наблюдений или расчетным данным создаются два массива данных: наработки на отказ [X] и периодичности ТО [l]. Из массива данных, содержащих сведения по наработкам на отказ, извлекается случайным образом конкретное значение наработки до отказа xi. Затем из второго массива, где находятся данные по фактическим периодичностям ТО, извлекается конкретное значение lj, определяемое с учетом средней периодичности  и ее вариации . Пара чисел xi и lj называется реализацией. Если xi < lj, то фиксируется отказ. При  фиксируется отсутствие отказа, т.е. выполнение операции ТО.

Опыты повторяют многократно и получают оценку вероятности отказа и профилактического выполнения операции. Если при опытах вероятность отказа оказалась больше заданной, то принимают уменьшенную периодичность и повторяют серию опытов.

 

 

Рис. 6.5. Схема определения периодичности ТО с помощью имитационного моделирования

 

Карта профилактической операции. Как следует из рис. 6.6, с увеличением периодичности ТО сокращается вероятность выполнения контрольно-диагностической части операции (1), а вероятность отказа в межконтрольные периоды возрастает (4). Вероятность выполнения исполнительской части операции (3) сначала растет с увеличением периодичности ТО до оптимального значения (3,5...4 тыс. км), а затем начинает сокращаться. Аналогичным образом изменяется и коэффициент повторяемости (2).

 

Рис. 6.6. Влияние периодичности ТО на состояние тормозной системы автобуса большого класса

 

Таким образом, при оптимальной периодичности ТО содержание операции будет наиболее полным из-за рационального соотношения между контрольной и исполнительской частями.

В рассматриваемом примере могут быть введены еще две варьируемые величины – стоимость или трудоемкость выполнения профилактической и ремонтной операции, что позволяет при каждой реализации определить суммарные удельные затраты на ТО и ремонт и сравнить различные периодичности ТО также и по экономическому критерию.

Сопоставление всех возможных стратегий, способов их реализации и соответствующих затрат приводится с использованием карты профилактической операции (рис. 6.7), на которой показаны:

граница удельных затрат 1, соответствующая стратегии устранения отказа по потребности (II);

удельные затраты 2 при проведении ТО по параметру технического состояния, т.е. с предварительным контролем (стратегия I-2);

удельные затраты 3 при проведении ТО по наработке (стратегия I-1);

изменение допустимого отклонения параметра технического состояния 4 при проведении ТО по стратегии I-2.

 

Карта для конкретной операции позволяет сравнивать различные стратегии и методы; определять для различных методов оптимальные периодичности и соответствующие им удельные затраты; назначать допустимые значения параметра технического состояния yд при проведении ТО по параметру технического состояния.

 

 

Рис.6.7. Карта профилактической операции

Если по результатам контроля, проводимого, например, при периодичности l02 (стратегия I-2), фактическое значение параметра технического состояния    yф1 > yд0, то, кроме диагностирования при данном обслуживании, необходимо проведение исполнительской части операции, т.е. доведение параметра технического состояния до номинального значения. При yф2 < yд0 исполнительскую часть операции при данном обслуживании не проводят, т.е. в данном случае yд = f(l) выполняет роль упреждающего параметра, предопределяющего характер и полноту (с исполнительской частью или без нее) выполнения профилактической операции.

Из сказанного следует, что, во-первых, применение диагностирования является развитием предупредительной стратегии ТО; во-вторых, целесообразность и способы проведения предупредительной стратегии (с предварительным контролем или без него) определяются технико-экономическими расчетами; в-третьих, в зависимости от фактически принимаемой для данной операции периодичности рациональной может быть любая из рассмотренных стратегий (сравните периодичности l1, l02, l03, l4).