автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Имитационное моделирование процессов возникновения отказов электрооборудования с целью повышения эффективности системы технического обслуживания и ремонта

К 1 . ао - Ь ! - Р

У ' 1 ^ / тил, Л

ё

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Тверской государственный технический университет

На правах рукописи

РУСИН Александр Юрьевич

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОТКАЗОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА

Специальность 05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (в отрасли технических наук)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор Соболев В.Г.

Тверь 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................. 5

ГЛАВА 1. Анализ системы технического обслуживания и ремонта электрооборудования и постановка задач исследования.................................. 9

1.1. Анализ системы технического обслуживания и ремонта электрооборудования...................................................................................................... 9

1.2. Анализ основных элементов адаптивной системы технического обслуживания и ремонта.................................................................................... 16

1.3. Анализ существующих моделей расчета периодичности технического диагностирования..................................................................................... 26

1.4. Выводы и задачи исследования........................................................ 33

ГЛАВА 2. Методика расчета оценок параметров функции распределения отказов электрооборудования.................................................................. 36

2.1. Основные положения........................................................................ 36

2.2. Моделирование на ЭВМ многократно цензурированных справа выборок наработок на отказ............................................................................... 39

2.3. Исследование точности оценок максимального правдоподобия.... 45

2.4. Экспериментальные исследования регрессионных зависимостей между относительными отклонениями оценок максимального правдоподобия и параметрами, характеризующими структуру выборки.......................... 51

2.5. Результаты построения уравнений регрессии и оценка эффективности методики расчета оценок параметров фушодаи распределения отказов электрооборудования................................................................................... 75

2.6. Выводы............................................................................................... 87

ГЛАВА 3. Оптимизация периодичности диагностирования однотипного электрооборудования................................................................................. 90

3.1. Основные принципы прогнозирования технического состояния электрооборудования.......................................................................................... 90

3.2. Метод прогнозирования контролируемого параметра при расчете оптимальной периодичности диагностирования.............................................. 96

3.3. Модель для расчета оптимальной периодичности диагностирования однотипного электрооборудования............................................................ 99

3.4. Алгоритм расчета оптимальной периодичности диагностирования........................................................................................................................ 104

3.5. Расчет оптимальной периодичности диагностирования щеток тягового электродвигателя трамвайного вагона................................................... 109

3.6. Выводы............................................................................................... 110

ГЛАВА 4. Разработка алгоритмов и программного обеспечения автоматизированной адаптивной системы технического обслуживания и ремонта.................................................................................................................... 112

4.1. Алгоритм формирования многократно цензурированной справа выборки наработок на отказ электрооборудования.......................................... 112

4.2. Алгоритмы расчета оценок параметров функции распределения отказов электрооборудования............................................................................ 116

4.3. Программные средства автоматизированной адаптивной системы технического обслуживания и ремонта............................................................. 131

4.4. Информационное и организационно-техническое обеспечение автоматизированной адаптивной системы технического обслуживания и ремонта электрооборудования........................................................................... 135

4.5. Выводы............................................................................................... 143

ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования надежности и расчет

оптимальной периодичности технического обслуживания и текущего ремонта электрооборудования трамвайных вагонов типа КТМ.......................... 145

5.1. Сбор статистической информации о надежности электрооборудования трамвайных вагонов............................................................................. 145

5.2. Анализ отказов и определение показателей надежности электрооборудования трамвайных вагонов.................................................................... 148

5.3. Расчет оптимальных периоличностей технического обслужива-

ния и ремонта трамвайных вагонов....................................................................................................................................156

5.4. Выводы............................................................................................................................................................................................161

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................................................................................................163

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................................................................................166

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................................................................175

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Конкурентная борьба ставит перед предприятиями экономическую задачу снижения издержек на производство продукции. В лучшем экономическом положении оказывается тот, кто обеспечивает более высокое качество и объем выпускаемой продукции при наименьших издержках производства. Этого можно достигнуть только при высокой надежности электрооборудования (ЭО). Низкая надежность вызывает рост издержек из-за ущерба от отказов. При этом частые простои ЭО приводят к уменьшению объема выпускаемой продукции, а сбои технологического цикла снижают качество. Кроме того, при высокой степени комплексной механизации и автоматизации технический уровень предприятия в значительной степени определяется надежностью ЭО. Обеспечение требуемой надежности опирается на правильную организацию его эксплуатации. Она достигается применением системы технического обслуживания и ремонта электрооборудования (ТОР ЭО).

Существующая система технического обслуживания и ремонта оборудования энергохозяйств промышленных предприятий (ТОР ЭО) представляет из себя нормативно-информационную базу, необходимую для разработки и составления годового графика технического обслуживания и ремонта, расчета потребности в запасных частях и трудоемкости ремонтов. Она построена по принципу установления единых нормативов и правил ТОР для всех предприятий. Единые нормативы и правила ТОР применяются на предприятиях, которые различаются: климатическими условиями, сроком службы и степенью износа ЭО, видом и исполнением ЭО, квалификацией обслуживающего персонала - и могут не являться оптимальными для данного конкретного предприятия. При этом эксплуатационная надежность и затраты на эксплуатацию ЭО не будут оптимальными. Из-за этого существующая система ТОР не обеспечивает полную реализацию ресурса, заложенного при изготовлении ЭО, и не позволяет добиться минимальных эксплуатационных затрат.

Таким образом, совершенствование системы ТОР промышленных предприятий является актуальной задачей.

Одно из перспективных направлений в решении этой задачи - создание адаптивной системы ТОР (АСТОР). При этом параметры ТОР рассчитываются на основе статистических данных по отказам ЭО, собранных на отдельно взятом предприятии. Система АСТОР связывает периодичность ТОР, затраты на эксплуатацию ЭО с его надежностью, условиями эксплуатации, степенью износа, квалификацией персонала и другими факторами, характеризующими данное предприятие. Применение системы АСТОР даст возможность конкретному промышленному предприятию уменьшить эксплуатационные затраты на оборудование при одновременном повышении его надежности.

Целью работы является разработка методов повышения эффективности системы технического обслуживания и ремонта электрооборудования на основе имитационного моделирования процессов возникновения отказов.

Идея работы заключается в том, что оптимальная система эксплуатации электрооборудования должна основываться на адаптивной автоматизированной системе ТОР, которая обеспечивает изменение графика планово-предупредительного ремонта в соответствии с эксплуатационной надежностью электрооборудования предприятия.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Обоснована необходимость создания АСТОР. Предложена ее структура и даны характеристики основных функций.

2. Методика оценки параметров функции распределения наработок на отказ по малым, многократно цензурированным справа выборкам, отличающаяся тем, что позволяет рассчитать поправки к оценкам максимального правдоподобия (МП) законов распределения отказов ЭО по параметрам, характеризующим структуру выборки наработок и ввести поправку к полученной оценке.

3. Модель для расчета периодичности диагностирования однотипного электрооборудования, отличающаяся тем, что периодичность диагностирования

не является постоянной величиной, а зависит от технического состояния ЭО.

4. Метод формирования многократно цензурированных справа выборок наработок на отказ оборудования, отличающийся тем, что учитывает воздействие ТОР на возникновение отказов электрооборудования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: использованием апробированных методов теории вероятности и математической статистики; достаточным объемом экспериментальных статистических исследований, выполненных путем статистического моделирования на ЭВМ; положительными результатами проверки предложенных математических и алгоритмических решений.

Научная новизна работы заключается в:

- исследовании точности оценок максимального правдоподобия законов распределения (экспоненциального, логарифмически нормального, Вейбулла), полученных по малым, многократно цензурированным справа выборкам;

- построении для законов распределения: экспоненциального, логарифмически нормального, Вейбулла - математических моделей в виде уравнений регрессии, определяющих зависимость отклонения оценок параметров функции распределения, полученных методом максимального правдоподобия по малым, многократно цензурированным справа выборкам, от параметров, характеризующих структуру выборки;

- разработке метода формирования многократно цензурированных справа выборок наработок на отказ электрооборудования, который учитывает воздействие системы ТОР на процесс возникновение отказов;

- разработке модели технического диагностирования для расчета периодичности диагностирования однотипного ЭО, связывающей периодичность диагностирования с показателями эксплуатационной надежности электрооборудования.

Практическое значение работы заключается в разработке алгоритмов и программного обеспечения автоматизированной системы АСТОР ЭО.

Проведенные теоретические исследования и практические результаты работы представляют собой основу для создания автоматизированной системы АСТОР на промышленных предприятиях, что приведет к повышению надежности ЭО и уменьшению затрат на его эксплуатацию.

С использованием разработанных в диссертационной работе математических моделей и методов, а также программных средств автоматизированной системы АСТОР проведены статистические исследования надежности ЭО трамваев типа КТМ в Муниципальном предприятии "Трамвайно-троллейбусное управление". Определены количественные показатели надежности и рассчитаны оптимальные периодичности проведения TOI, Т02 и ТР ЭО трамвайных вагонов. Расчетный годовой экономический эффект от перехода к новым рекомендуемым оптимальным периодичностям ТОР ЭО составляет 240 тыс. руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 3 Международной научной конференции "Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах", г. Тверь, 1998; Международной научной конференции "Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах", г. Тверь, 1996; конференции молодых ученых и специалистов Тверского региона, г.Тверь, 1995; второй научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ТвеПИ, г. Тверь, 1991; XX юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников университета, г. Тверь, 1997.

Публикации. По результатам исследований и разработок опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 99 наименований, пяти приложений. Она изложена на 214 страницах, содержит 35 рисунков, 18 таблиц.

Глава 1. Анализ системы технического обслуживания и ремонта электрооборудования и постановка задач исследования.

1.1. Анализ системы технического обслуживания и ремонта электрооборудования.

Основные определения, сущность и назначение системы технического обслуживания и ремонта изложены в стандартах [17, 18, 19, 20 ], разработаны и рассмотрены в работах [1, 2, 13, 15, 16, 30,48, 62, 63, 76, 84].

Согласно этим источникам сущность системы технического обслуживания и ремонта заключается в том, что по истечении определенного отработанного времени производятся различного вида ремонтные работы, направленные на восстановление оборудования (техническое обслуживание, текущий или капитальный ремонт).

Система ТОР ЭО представляет из себя нормативно-информационную базу, необходимую для разработки и составления графика технического обслуживания и ремонта. Она содержит: объем работ при проведении технического обслуживания, текущего или капитального ремонта; структуру и периодичность технического обслуживания и ремонта; нормы трудоемкости и времени ремонта; нормы расхода основных материалов, комплектующих изделий, запасных частей; нормы резерва и запаса.

На практике в каждой отрасли действуют свои системы технического обслуживания и ремонта [64-68], которые учитывают специфику отрасли. Однако, все эти работы в основном базируются на "Единой системе планово предупредительного ремонта и рациональной эксплуатации технологического оборудования машиностроительных предприятий" [22], имеющей целый ряд недостатков. Один из главных - это жесткое регламентирование периодичности технического обслуживания и ремонтов. В основе создания существующих систем ТОР лежала сильная централизация в экономике: централизованное планирование и управление всеми предприятиями и промышленными объедине-

ниями. Такой системе управления свойственны единые усредненные нормативы, регламентирующие деятельность предприятий. Это отразилось и на системе ТОР ЭО, в которой нормативно-информационная база формируется исходя из среднеотраслевых показателей. В частности, расчет периодичности работ по ТОР ЭО осуществляется на основе статистических данных об отказах ЭО собранных по всей отрасли. В результате, единые нормативы и правила ТОР применяются на предприятиях, различающихся: климатическими условиями в которых работает ЭО, сроком службы и степенью износа ЭО, видом и исполнением ЭО, квалификацией обслуживающего персонала - и могут не являться оптимальными для данного конкретного предприятия.

Отсутствие связи между условиями эксплуатации ЭО на предприятии и нормативной базой системы ТОР приводит к тому, что действующая система ТОР тормозит развитие и внедрение новых технологий в ремонте. Совершенствование ремонтных работ, внедрение методов технического диагностирования для периодического контроля состояния оборудования повышают эксплуатационную надежность оборудования. Но периодичность плановых работ, которая определяется действующими нормативами, не изменяется. В результате затраты, связанные с внедрением новых разработок не окупаются.

Централизованный подход к формированию нормативно-информационной базы обуславливает очень медленное ее обновление, поскольку процесс сбора информации о ее надежности ЭО в целой отрасли занимает много времени, а сейчас он, в силу сложившихся экономических условий, приостановлен вовсе. При таком подходе очень трудно обеспечить высокую достоверность собранной информации о надежности ЭО. Это связано с тем, что соответствующие ремонтные службы предприятия и отдельные работники не заинтересованы в сборе информации и часто встречаются такие факты, как: нерегулярное заполнение карт надежности или другой документации, заполнение карт по памяти, неправильное указание причин отказа, ложные отметки о проведении работ по Т