автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Научные основы совершенствования технологического оборудования для технического сервиса автотранспортных средств

На правах рукописи

БЛЯНКИНШТЕЙН ИГОРЬ МИХАЙЛОВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СЕРВИСА АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

18 АПР 2013

Иркутск - 2013

005057619

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» (ФГАОУ ВПО СФУ) на кафедре «Транспорт»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Федотов Александр Иванович, ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет», заведующий кафедрой «Автомобильный транспорт»

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Бондаренко Елена Викторовна, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», профессор кафедры «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей»

доктор технических наук, профессор Сарбаев Владимир Иванович, ФГБОУ ВПО «Московский государственный индустриальный университет», заведующий кафедрой "Эксплуатация транспортных средств"

доктор технических наук, профессор Васильев Валерий Иванович, ФГБОУ ВПО «Курганский государственный университет», заведующий кафедрой «Автомобильный транспорт и автосервис»

Ведущая организация Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт автомобильного транспорта» (ОАО «НИИАТ»), г. Москва

Защита состоится 24 апреля 2013 года в 1_0 часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.04 в ГОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет» по адресу: 644074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета по адресу: 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Автореферат разослан «10у> ¡¿¿Д-РТП 2013г.

Автореферат размещен на сайте ВАК России

Ученый секретарь

диссертационного совета, —у А.И.Шадрин

доктор технических наук

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Технологическое оборудование для технического обслуживания и ремонта (ТОиР), испытания, контроля и диагностики автотранспортных средств (АТС) является важной составляющей производственно-технической базы автотранспортных и автосервисных предприятий, станций диагностики и испытательных центров. Технический уровень применяемого технологического оборудования влияет на все основные показатели и аспекты деятельности предприятий: производительность, качество и себестоимость ТОиР, испытаний и контроля АТС, условия труда персонала, ресурсосбережение, защиту окружающей среды и безопасность АТС, а следовательно, и эффективность работы предприятия в целом.

К настоящему времени в сфере идеологии создания и использования технологического оборудования накопились проблемы методологического характера. В первую очередь это касается оборудования, методов и средств измерений, используемых для контроля параметров АТС в процессе ТОиР, при проведении технических осмотров и сертификационных испытаний. Являясь наиболее наукоемким классом технологического оборудования, концептуально построенным в соответствии с требованиями действующих стандартов и правил испытаний, контрольное оборудование и методы испытаний в ряде случаев предполагают участие человека в реализации процедур контроля, что обуславливает влияние человеческого фактора на результаты испытаний и измерений. Вследствие субъективных оценок к эксплуатации допускаются транспортные средства, потенциально небезопасные для окружающей среды и человека. Поэтому создание новых методов и технологического оборудования, обеспечивающих независимость контроля параметров АТС от человеческого фактора, тесно связано с совершенствованием действующей нормативной базы: нормативов и требований, установленных техническими регламентами, а также методов испытаний и измерений, изложенных в стандартах и правилах.

В смежных отраслях науки, промышленности и производства появляются и находят применение новые эффективные виды измерителей (например, лазерные инструменты), методы и средства виртуального контроля и диагностики на основе систем технического зрения, но в силу специфики измерений параметров контролируемых свойств автомобилей и отсутствия методологии создания и применения таких методов и средств в сфере эксплуатации АТС они пока не находят широкого использования на транспорте, что можно квалифицировать как методологическую проблему.

Общей методологической проблемой, касающейся всех классов технологического оборудования, является несовершенство методов оценки конкурентоспособности, технического уровня и качества образцов и, в частности, отсутствие процедур аналитического определения весомости основных свойств, что важно не только для выбора и эффективного использования образцов, но и для оценки эффективности конструкторско-технологических решений по видам этого оборудования.

Весомую роль в повышении конкурентоспособности и качества технологического оборудования должна играть его сертификация по потребительским 'свойствам. Однако сложившаяся на сегодня система добровольной сертификации продукции по потребительским свойствам не востребована рынком, в том числе и по причинам методологического характера. Следовательно, совершенствование методологии и механизмов сертификации технологического оборудования также является важной научно-практической проблемой.

Решению комплекса указанных проблем препятствует недостаток знаний о зако-

номерностях процессов формирования показателей контролируемых свойств АТС, обусловленных влиянием субъективных особенностей участвующего в процессе испытаний человека, а также о потенциальных свойствах и технических параметрах технологического оборудования, методологии его создания, оценки и применения.

Из изложенного следует, что повышение эффективности эксплуатации автомобильного транспорта и процессов ТОиР, испытания, контроля и диагностики АТС на основе изыскания, научного обоснования и разработки новых высокоэффективных методов совершенствования, оценки конкурентоспособности, сертификации и эксплуатации технологического оборудования является актуальной научной проблемой, сдерживающей прогресс в отрасли.

Представленная работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Повышение безопасности дорожного движения в России» на период 20062012 гт., утвержденной постановлением Правительства РФ от 20 февраля 2006 г. № 100.

Степень разработанности проблемы. Проблема обеспечения независимости контроля параметров АТС от человеческого фактора решается (за рубежом) применением автоматизированных приводов, что значительно удорожает процедуру испытаний. Развитие систем технического зрения, лазерных инструментов ведется в основном применительно к мобильным роботам и лишь незначительно касается технологического оборудования для технического сервиса АТС. В практике оценки уровня качества и конкурентоспособности технологического оборудования не используются методы аналитического определения коэффициентов весомости свойств. Отечественной квалимет-рической школой разработаны методы аналитического определения коэффициентов весомости свойств, но они в силу сложного математического аппарата и трудности восприятия инженерно-техническим персоналом не находят практического применения в автотранспортной отрасли. Методы сертификации оборудования по потребительским свойствам заимствованы из сферы обязательной сертификации продукции и не стимулируют производителей к повышению уровня потребительских качеств продукции.

Рабочей гипотезой, исходной при решении сформулированной проблемы, являлось предположение о том, что значительное повышение эффективности эксплуатации автомобильного транспорта, процессов ТОиР, испытания, контроля и диагностики АТС возможно посредством совершенствования технологического оборудования на основе выявления, анализа и учета закономерностей в системе «оператор — транспортное средство - технологическое оборудование — средства измерения — среда».

Цель исследований: повышение эффективности эксплуатации автомобильного транспорта и процессов ТОиР, испытания, контроля и диагностики АТС на основе изыскания, научного обоснования, разработки новых высокоэффективных методов совершенствования, оценки конкурентоспособности, сертификации и эксплуатации технологического оборудования.

Задачи исследования:

• разработать концепцию и теоретические основы контроля параметров АТС, учитывающие закономерности процессов определения показателей эксплуатационных свойств АТС, обусловленных негативным влиянием индивидуальных особенностей участвующего в испытаниях человека, параметров технологического оборудования и его расположения;

• научно обосновать и апробировать технологию испытаний и контроля параметров эксплуатационных свойств АТС, минимизирующую влияние человеческого фактора на результаты измерений;

• разработать концептуальные и теоретико-методические основы бесконтактного контроля геометрических параметров АТС лазерными измерительными

системами, учитывающие закономерности формирования погрешностей измерения, обусловленные влиянием параметров измерителей, их взаимного расположения между собой и относительно контролируемого объекта, обеспечивающие минимизацию погрешностей измерений;

• разработать научно-методические основы создания виртуальных средств контроля параметров и диагностики транспортных средств на базе систем технического зрения;

• разработать методологию и модель оценки технического уровня и качества технологического оборудования, базирующуюся на квалиметрии и элементах имитационного моделирования;

• разработать и апробировать методику аналитического определения коэффициентов весомости свойств технологического оборудования, базирующуюся на решении уравнений, связывающих нормированные показатели свойств этого оборудования с прибылью от его эксплуатации;

• выявить недостатки систем сертификации и предложить эффективную методологию и механизмы добровольной сертификации технологического оборудования по потребительским свойствам, базирующуюся на концепции сравнения технического уровня и качества образцов в массиве однотипного оборудования;

• проверить обоснованность разработанных теоретических положений и полученных результатов исследований в производственных условиях, выполнить технико-экономическую оценку эффективности.

Объект исследований: процесс функционирования системы «оператор -транспортное средство - технологическое оборудование - средства измерения -среда» в условиях эксплуатации автомобильного транспорта

Предмет исследований: закономерности, взаимосвязи, количественные характеристики, статистические оценки параметров, характеризующие процессы функционирования системы «оператор - транспортное средство - технологическое оборудование - средства измерения - среда» в условиях эксплуатации АТС.

Методы исследований. Общей методологической основой исследований являлось использование системного подхода, обеспечивающего рассмотрение процессов формирования показателей контролируемых свойств АТС с учетом взаимосвязей системных параметров. В аналитических исследованиях использованы численные методы математического анализа и решения дифференциальных и разностных уравнений, метод последовательной линеаризации, методы математического и имитационного моделирования. Создание виртуальных систем контроля осуществлялось на основе методов видеорегистрации и цифровой обработки изображений. Оценка технического уровня и качества образцов технологического оборудования проводилась методами квалиметрии. Экспериментальные исследования процессов контроля параметров АТС осуществлялись стендовыми испытаниями и в условиях эксплуатации. При обработке экспериментального материала применялись методы математической статистики.

Положения, выносимые на защиту:

1. Качество контроля параметров и диагностики АТС в эксплуатации значительно повышается, если выявлять и использовать при испытаниях и создании технологического оборудования закономерности, обусловленные влиянием индивидуальных особенностей участвующего в испытаниях человека, параметров технологического оборудования и его расположения;

2. Системный анализ закономерностей формирования показателей контролируемых свойств АТС на основе математических моделей, связывающих входные управ-

5

ляющие воздействия и выходные параметры, позволяет формулировать требования к технологическому оборудованию и определять направления его совершенствования;

3. Анализ структуры измерительных систем с использованием итерационного алгоритма и методики определения пространственных координат контрольных точек АТС, а также погрешностей их измерения для дискретной лазерной системы позволяет обосновывать требования к параметрам размещения элементов 30-лазерной системы, обеспечивающие минимальные погрешности измерений геометрических параметров АТС в процессе ТОиР, повышение качества ТОиР и безопасности АТС в эксплуатации;

4. Эффективность оценки технического состояния дизелей по дымносги отработавших газов и технического состояния рулевого управления АТС в процессе эксплуатации значительно повышается, а их себестоимость значительно снижается, если применять новые методы контроля параметров и диагностики АТС на основе систем технического зрения, предусматривающие обработку в реальном масштабе времени визуализированной информации с веб-камер, регистрирующих выходные эксплуатационные параметры АТС и входные тестовые воздействия на органы управления.

5. Эффективность выбора технологического оборудования и его совершенствования значительно повышается на основе использования квалиметрии, элементов имитационного моделирования и методики аналитического определения коэффициентов весомости свойств оборудования, позволяющих получать математически обоснованные объективные значения данных коэффициентов в условиях эксплуатации.

6. Совершенствование методологии и механизмов добровольной сертификации технологического оборудования по потребительским свойствам на основе концепции сравнения его комплексных показателей качества в рассматриваемом массиве и отображения ранжированного ряда образцов в публичном документе — сертификате потенциальных свойств изделия - предоставляет потребителям объективную информацию, формирует спрос и стимулирует производство востребованных образцов.

Научная новизна исследования заключается в разработке теоретико-методологических положений, математических моделей, научно-методических основ совершенствования технологического оборудования для технического сервиса АТС и включает:

• теоретические основы контроля параметров АТС, учитывающие выявленные закономерности процессов определения показателей свойств АТС, обусловленных влиянием индивидуальных особенностей участвующего в процессе испытаний человека, параметров технологического оборудования и его расположения;

• комплекс математических моделей, связывающих дымность отработавших газов (ОГ) дизелей и входное управляющее воздействие на педаль управления подачей топлива в режиме свободного ускорения;

• выявленные закономерности формирования дымности ОГ от входного управляющего воздействия на педаль управления подачей топлива в режиме свободного ускорения дизеля;

• методологию и методы контроля геометрических параметров АТС, основанные на построении математических моделей и анализе зависимости погрешностей контроля от параметров взаимного расположения элементов измерительной системы и контролируемого АТС;

• методологию анализа структуры лазерсодержащего технологического оборудования и научного обоснования требований к его параметрам, обеспечивающих минимальные погрешности бесконтактных измерений геометрических парамет-

ров АТС ЗО-дискретной лазерной системой;

• методологию создания виртуальных средств контроля эксплуатационных показателей АТС на основе систем технического зрения;

• методологию и научно-методические основы оценки технического уровня и качества технологического оборудования для технического сервиса АТС, базирующиеся на квалиметрии и элементах имитационного моделирования;

• научно обоснованную методику аналитического определения коэффициентов весомости свойств технологического оборудования, базирующуюся на решении системы линейных уравнений, связывающих нормированные показатели свойств этого оборудования с прибылью от его эксплуатации;

• методологию сертификации технологического оборудования по потребительским свойствам.

Научная значимость работы заключается:

в установлении закономерностей процессов формирования показателей свойств АТС, обусловленных влиянием индивидуальных данных участвующего в процессе испытаний человека, параметров технологического оборудования и его расположения, и в разработке теоретических основ создания оборудования, свободного от влияния указанных негативных факторов;

разработке методологии создания виртуальных средств контроля параметров и диагностики АТС на основе систем технического зрения;

разработке методологии и научно-методических основ оценки технического уровня и качества технологического оборудования для технического сервиса АТС, базирующихся на квалиметрии и элементах имитационного моделирования;

научном обосновании методики аналитического определения коэффициентов весомости свойств технологического оборудования, основанной на решении системы линейных уравнений, связывающих нормированные показатели свойств этого оборудования с прибылью от его эксплуатации;

совершенствовании методологии сертификации технологического оборудования по потребительским свойствам.

Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы:

производителями технологического оборудования для анализа его технического уровня, эффективности и качества, а также для выбора направлений разработки и серийного освоения новых перспективных образцов, что позволит повысить качество и конкурентоспособность продукции;

предприятиями, осуществляющими ТОиР АТС, при выборе оптимального технологического оборудования, обеспечивающего минимальную себестоимость работ ТОиР в заданных условиях эксплуатации;

станциями и пунктами контроля технического состояния и проведения технического осмотра АТС для снижения разбросов в результатах измерений показателей свойств, исключения необходимости повторения измерений и снижения затрат на проведение контроля;

испытательными лабораториями и центрами технической экспертизы автомобилей при испытаниях и сертификации АТС для повышения достоверности оценок показателей свойств, при испытаниях и технической экспертизе, что исключит возможность допуска к эксплуатации АТС, не соответствующих требованиям безопасности;

производителями АТС при осуществлении выходного выборочного контроля и периодических испытаний для повышения достоверности оценок и снижения затрат на освоение производства новых моделей;

высшими и средними учебными заведениями для использования в учебном

процессе, что позволит повысить качество подготовки специалистов в области производства и эксплуатации АТС.

Разработанные теоретический базис и научно-прикладные основы методологии совершенствования технологического оборудования для технического сервиса позволяют повысить эффективность ТОиР и безопасность эксплуатации АТС, уменьшить массу выбросов вредных веществ автомобилями в окружающую среду.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в ЗАО Промышленная группа «ГАРО» (г. Великий Новгород), в сертификационном центре ООО «УНИК-АВТО» (г. Красноярск), в автосервисных предприятиях группы компаний «Медведь -Холдинг» (г. Красноярск), в учебный процесс на факультете транспорта ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет».

Апробация работы. В период с 1989 по 2012 гг. результаты исследований рассмотрены и одобрены на научно-технических конференциях: на III Всесоюзной НТК «Диагностика автомобилей» (Улан-Удэ, 1989 г.), Всероссийских НТК с международным участием «Транспортные системы Сибири» (Красноярск, 1990-2005 гг.), IV, V и VI Всероссийских НТК «Полтранспортные системы» (Красноярск, 2006, 2007 гг., Новосибирск, 2009 г.), 42-й международной НТК «Автомобиль и окружающая среда» (Дмитров, 2003 г.), международных конференциях «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах» (Санкт-Петербург, 1997, 2004, 2006 гг.), 69-й конференции ААИ «Какой автомобиль нужен России?» (Омск, 2010 г.), 74-й конференции ААИ «Экология и энергетическая эффективность автотранспортных средств» (Дмитров, 2011 г.), Всероссийской НТК «Лвиамапшностроение и транспорт Сибири» (Иркутск, 2012 г.).

Достоверность результатов, выводов и рекомендаций подтверждается проведенными натурными исследованиями и применением для экспериментальных работ современного сертифицированного и поверенного измерительного оборудования; обоснованием необходимого количества измерений и обработкой результатов лабораторных и натурных исследований методами статистического анализа.

Достоверность теоретических аспектов работы обеспечивается корректным использованием системного подхода, численных методов математического анализа и решения дифференциальных и разностных уравнений, метода последовательной линеаризации, методов математического и имитационного моделирования, методов видеорегистрации и цифровой обработки изображений, методов квалиметрии, колориметрии, аналитической геометрии, методов математической статистики. Теоретические основы построены на проверяемых данных и фактах, согласуются с опубликованными экспериментальными данными по теме диссертации.

Личный вклад автора заключается в формировании идеи и цели диссертационной работы; постановке задач и их решении; разработке теоретико-методологических и научно-методических положений для всех элементов научной новизны исследования; в новых методах, моделях и подходах на всех этапах выполнения диссертации - от научного поиска до реализации их на практике.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 51 печатная работа, из них И статей в изданиях из Перечня ВАК РФ, 12 патентов РФ, 1 учебное пособие с грифом УМО вузов РФ в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов, 27 научных статей в сборниках международных и всероссийских конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 310 наименований, и приложений. Работа изложена на 466 страницах, в том числе 320 страниц основного машинописного текста, 119 рисунков, 67 таблиц, и приложения с материалами результатов исследований.

2.0СН0ВН0Е СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности, общая характеристика работы и приводятся основные защищаемые научные положения.

Первая глава посвящена анализу результатов исследований в области разработки методов и технических средств измерения и контроля параметров транспортных средств, а также методологии оценки технического уровня и качества технологического оборудования (ОТ), применяемого для ТОиР, испытаний, контроля и диагностики АТС .

Методологические вопросы совершенствования разработки и эксплуатации ОТ для ТОиР, испытания, контроля и диагностики АТС отражены в многочисленных трудах российских и зарубежных ученых. Исследованиями, разработкой и освоением производства новых образцов оборудования занимаются все отечественные и зарубежные производители технологического оборудования.

В результате исследований известных ученых, научных организаций, вузов и производителей оборудования накоплен значительный объем научной информации в рамках рассматриваемого научного направления. Однако имеется ряд проблем, требующих решения. Так, при оценке дизелей на дымность отработавших газов (ОГ) в режиме свободного ускорения недостаточно четко прописаны в стандартах параметры входного управляющего воздействия, реализуемого оператором, что приводит к разбросам в результатах измерений и дополнительным издержкам при эксплуатации АТС. При контроле геометрических параметров АТС в эксплуатации неизученным остается вопрос оценки погрешностей измерения, обусловленных взаимным расположением элементов измерительной системы между собой и относительно АТС. Виртуальные средства контроля и диагностики на основе систем технического зрения не используются в практике проектирования и производства ОТ вследствие неизученности данного направления и отсутствия методологии. Сложившаяся практика оценивания технического уровня и качества ОТ в отрасли базируется либо на экспертных оценках весомости свойств оборудования, что в принципе субъективно, либо на постулате равновесомости свойств ОТ, что также не обосновано. Потенциальные возможности сертификации ОТ по потребительским свойствам как инструмента повышения качества не используются вследствие несовершенства ее методологии.

По результатам выполненного обзора были сформулированы задачи исследования.

Во второй главе приведены теоретические основы контроля параметров АТС на основе математических моделей с учетом факторов системы «оператор - транспортное средство - технологическое оборудование - средства измерения - среда». Формализованная автором с позиций системного подхода схема процесса измерения параметров АТС, включающая участников процесса, их внешние и внутренние взаимосвязи, представлена на рис. 1.

Правилоустанавливающим документом для испытания или диагностирования АТС является стандарт или методика, регламентирующие процедуру испытаний по рассматриваемому свойству. Руководствуясь требованиями этого нормативного документа (НД), оператор в соответствии со своим пониманием методики готовит и реализует процедуру испытаний. В процессе испытания оператором на объект подаются управляющие воздействия [/,, С/2, ..., Ц, предусмотренные НД (например, нажатие на педаль акселератора и т. п.). При этом на выходе объекта испытаний измеряются функциональные параметры Хъ Х2, ..., Х,-, которые характеризуют качество процесса функционирования объекта (например, дымность ОГ, расход топлива и т. п.). Иногда для создания управляющих воздействий могут применяться специальные технические средства - задатчики управляющих воздействий. В таком случае выходные функциональные параметры задатчиков ХЦ1 одновременно будут являться входными управ-

ляющими воздействиями для испытуемого АТС.

Рис. 1. Структурная схема системы «оператор - транспортное средство - технологическое

оборудование - средства измерения - среда»: -► аналоговый входной управляющий

сигнал или выходной параметр;---->. информационная связь

Внешними факторами, воздействующими на всех участников системы, являются параметры окружающей среды (на схеме векторы Фь Ф2, Ф31-3/, Ф4, ..., Ф,). В общем случае к ним можно отнести следующие параметры: Т - температуру окружающей среды, °С; Б - атмосферное давление, мм рт. ст.; V— влажность воздуха, %; О - освещенность, лк; Э - электромагнитные излучения; / - время, с; /- коэффициент качения колеса; <р - коэффициент сцепления; Ч* - коэффициент общего дорожного сопротивления; (Дл) - продольные уклоны участка (макропрофиль дороги), %; - микропрофиль дороги, мм, и пр.

Внешняя среда влияет на всех участников процесса измерения: на психофизиологическое состояние оператора, на характер формирования и результаты протекания рабочих процессов в узлах и агрегатах испытуемого АТС, на процессы, протекающие в измерительном приборе. Минимизация этого влияния обеспечивается различными организационными мероприятиями.

Внутренние параметры, оказывающие влияние на функционирование рассматриваемой системы, у каждого участника свои. Например, внутренние параметры оператора У\ = /(Уа„,г, У,,/„-2, УрА ...), влияющие на процесс измерения, - это его антропометрические Уа„,п физиологические Ур1т, психические Ур.и, данные, интеллектуальные способности УЫе1 и пр. Внутренние параметры испытуемого АТС 12 = /(^я>^ияя.1в.—) - это параметры его технического состояния У5„ параметры использованных в нем эксплуатационных материалов Ушт. Внутренние параметры применяемых средств измерений У31 = /(УХ„У„К^У,„...) - это параметры технического состояния У!Г, метрологические характеристики У„иЬ тепловой режим Уи и др. Внутренние параметры технологического оборудования У41 = /(У5,,У,Я...) - это параметры его технического состояния У51, тепловой режим У,$ и пр.

В общем случае процесс измерения функциональных параметров объекта испытаний осуществляется следующим образом. Предварительно должно обеспечиваться регламентированное НД взаимное расположение АТС, средств измерений и оператора (управляемый фактор Р, (ХьУ,,-,), реализуемый дискретно). Однако как показывает опыт, в случае контроля, например, геометрических параметров АТС указанному фактору зачастую не уделяется должного внимания и в эксплуатационной документации к измерительным системам отсутствуют четкие рекомендации по параметрам взаимного расположения.

Далее оператором проводятся предусмотренные НД подготовительные операции по задействованию предусмотренного методикой испытаний ОТ: обеспечение мер безопасности при измерении, прогрев испытуемого АТС, прогрев и при необходимости калибровка средства измерения и т. п. Пошаговое проведение процедуры измерения регламентируется НД, однако в современных измерительных приборах зачастую уже запрограммированы функции контроля выполнения процесса измерения с трансляцией пошаговых команд оператору (на рис. 1 S(t)).

В соответствии с рекомендациями НД и пошаговыми инструкциями, предусмотренными программным обеспечением применяемого прибора, оператор воздействует на орган(-ы) управления испытуемого АТС (например, входное управляющее воздействие U\ — угол поворота рычага управления подачей топлива дизеля), а выходные характеристики (например, Х\ - дымность ОГ, Х2 - частота вращения коленчатого вала, Xj - прочие факторы) регистрируются измерительным прибором, анализируются на предмет корректности, усредняются и в виде результата измерения сообщаются оператору (на схеме обозначено информационной связью RM).

Технологическое оборудование (ОТ), используемое при испытаниях и диагностике, ТОиР АТС, характеризуется широким разнообразием функциональных возможностей и показателей назначения. Вопрос комплексной оценки технического уровня и качества ОТ методологически не решен в должной мере, что при широком предложении оборудования затрудняет его выбор при приобретении, а также определение направления совершенствования конструкции при модернизации. Анализ процесса формирования системы показателей качества ОТ на этапах жизненного цикла (рис. 2) показывает, что один из важных инструментов повышения качества продукции —

3

я* Н я О

я О

кд

гю

кк

В

Ь

ПрИ. ТУ. сс

S5E zfiS

Испытания. ОПи ¡а 11*. 11. нам сгрщфнкшшя

= F-i

« i й в I1K, __ И Б Ü Ü Й

ё а (П ^ u н >>

Км, Си,

I Сержфикация оборудования "■^i Mo потреби гельским свойствам

Рис. 2. Формирование информации о показателях качества технологического оборудования на этапах жизненного цикла: ТЗ - техническое задание; КД - конструкторская документация; ТЭО -технико-экономическое обоснование; КК - карта технического уровня и качества продукции; Сс -себестоимость; ПрИ - протоколы испытаний; ТУ - технические условия; СС - сертификат соответствия требованиям безопасности; ПМ - программа-методика испытаний; ИК -инспекционный контроль; Ц - цена; П - паспорт; ЭД - эксплуатационная документация; ГО -гарантийные обязательства; ОП - обучение персонала; УЭ - условия эксплуатации; ПКф -показатели качества фактические; Кд - комплексный показатель качества образца оборудования; — существующая схема; —отсутствующее звено

сертификация по потребительским свойствам - в отношении ОТ не работает, в результате чего потребители на рынке ОТ не имеют объективной информации о качестве образцов оборудования, что затрудняет его выбор. Названный факт также сдерживает развитие конкуренции производителей как рычага научно-технического прогресса и слабо стимулирует их к совершенствованию продукции. Из анализа формализованных схем процессов, приведенных на рис.1 и 2, можно сделать следующие выводы.

Во-первых, при стабильных или искусственно зафиксированных значениях факторов внешней среды и неизменных внутренних параметрах ведущая роль в проведении измерений остается за человеком.

Во-вторых, в силу слоэ/сивишхся традиций и уровня развития измерительной техники и технологии, при испытании и диагностировании АТС характер формирования во времени управляющих воздействий U(t) не регистрируется измерительными приборами либо не учитывается при обработке результатов измерений. В действующих нормативных документах по испытанию АТС процесс реализации управляющего воздействия TJ\, возлагаемый на оператора, не всегда сформулирован четко и конкретно, что обусловливает возможность его вариаций и, как следствие, наличие значительных разбросов результатов измерений. Например, при измерении дымно-сти ОГ дизелей по ГОСТ Р 41.24-2003 (Правила ЕЭК ООН № 24 процесс воздействия на орган управления трактуется следующим образом: «...при работе дизеля в режиме холостого хода быстрым, но не резким нажатием на педаль газа обеспечивают максимальную подачу топливного насоса, которую поддерживают до достижения дизелем максимальной частоты вращения и включения регулятора...». В этой формулировке отсутствуют количественные характеристики входного управляющего воздействия. Аналогичные расплывчатые формулировки можно обнаружить и в других нормативных документах, касающихся испытания АТС.

В-третьих, при контроле геометрических параметров АТС недостаточно внимания уделяется фактору Р, (x^y^zj - параметрам взаимного расположения контролируемого АТС и измерительного прибора.

В-четвертых, вопрос комплексной оценки технического уровня и качества ОТ не решен методически, что при широком предложении ОТ затрудняет его выбор при приобретении, а также определение направления совершенствования конструкции при модернизации.

В-пятых, добровольная сертификация оборудования по потребительским свойствам как инструмент повышения качества продукции не работает вследствие несовершенства ее методологии.

Следовательно, предстоит установить связь, построить математические модели и получить научно-обоснованные оценки влияния управляющих воздействий на результаты измерения функциональных параметров АТС Х\ и Хъ определить методологию и получить комплексные оценки Кщ технического уровня и качества образцов ОТ, определить и апробировать методологию сертификации его по потребительским свойствам. В формализованном виде первый функционал можно представить как

хм = кит, U2..J = const, (1)

гдеХ^?) - выходной функциональный параметр АТС (дымность ОГ дизелей на режиме свободного ускорения, расход топлива, плавность хода и пр.); U\(t) - функция перемещения педали управления подачей топлива; t - время. Все другие внешние и управляемые параметры принимают постоянные значения (неизменны).

Второй функционал можно представить как

= /(Л(х^,)), U\...j = const, (2)

где Х2 - погрешность измерения геометрических параметров АТС; P, - па-

раметры взаимного расположения контролируемого АТС и элементов ЗБ-лазерной измерительной системы.

Третий функционал можно представить как

Kkj = }{QuQi,Q,,.:,Qn), (3)

где Kkj - комплексный показатель качествау'-го образца оборудования,у = 1, ..., т (т - количество образцов технологического оборудования в рассматриваемом массиве); Qi - свойства технологического оборудования, i = 1, ..., п (п — количество рассматриваемых свойств технологического оборудования).

В качестве критерия эффективности функционирования образцов из массива технологического оборудования в рамках системы, приведенной на рис. 1, используем условие максимума прибыли (4) при ограничениях (5) и (6): соответствии вектора параметров безопасности оборудования и технологического процесса технического сервиса установленным нормативам безопасности и безусловном обеспечении уровня качества технического сервиса АТС установленным нормативам

f П, = /(2ь Q2, QÍ, Qr) ->max, (4)

J Б,<БШ, (5)

АТС — ^ЧггсАТС» (6)

где П, - прибыль от использования у'-го образца оборудования на посту технического сервиса,у = 1, ..., т (т - количество образцов технологического оборудования в рассматриваемом массиве); Б, - вектор показателей параметров безопасности оборудования и технологического процесса технического сервиса АТС; Б,-н - вектор нормативных значений нормируемых параметров безопасности оборудования и технологического процесса технического сервиса АТС; КтсАтс~ вектор показателей качества технического сервиса АТС; Кктс атс~ вектор нормативных значений показателей качества технического сервиса АТС.

В соответствии с рабочей гипотезой процессы формирования показателей контролируемых свойств АТС, обусловленные влиянием индивидуальных данных участвующего в процессе испытаний человека, параметров ОТ и его расположения, имеют закономерности, которые должны учитываться при испытаниях и контроле АТС.

Для анализа закономерностей формирования оценок показателей контролируемых свойств АТС, обусловленных влиянием индивидуальных данных человека, разработаны статические и динамические модели, отражающие характер формирования выходных параметров АТС в функции от входных управляющих воздействий (на примере изменения дымности ОГ во времени в режиме свободного ускорения, в зависимости от реализуемого оператором темпа нажатия на педаль управления подачей топлива).

Статические модели построены на основании корреляционно-регрессионного анализа зависимостей максимальной (пиковой) дымности ОГ на режиме свободного ускорения в функции от процедурных параметров режима (времени перемещения педали управления подачей топлива от ф1ШП до ф,жц ). Исследовались линейные, экспоненциальные и аддитивные модели. В результате анализа было установлено, что с точки зрения статистических параметров предпочтительны аддитивные модели вида

D = DyM4,B+a-e-b', (7)

где Dy.M.H.B - измеренное значение дымности (%, м-1) в установившемся режиме на максимальной частоте вращения коленчатого вала; I - время (длительность) режима свободного ускорения, с; а и Ъ - коэффициенты уравнения; ачёы -составляющая дымности, учитывающая режим свободного ускорения.

Структура модели (7) лучше соответствует природе рассматриваемого переходного процесса: при значительной продолжительности переходного процесса второе слагаемое стремится к нулю, а оценка дымности - к своему значению в установившемся режиме на максимальной частоте вращения Dy sí ,i u

Модель a

}<t, a)

Рис. 3. Графическое представление объекта идентификации

Динамические модели построены на основе дифференциальных и разностных уравнений с использованием метода последовательной линеаризации (МПЛ). Суть его состоит в следующем: имеется объект (система) (рис. 3), динамические характеристики

которого необходимо идентифицировать. На вход объекта подается возмущающий сигнал ii(t), с выхода объекта снимается его реакция >•*(/). Входной и выходной сигналы регистрируются измерительной аппаратурой и сохраняются на носителе. Необходимо построить модель, адекватно связывающую вход и выход. Обозначим u(t) - возмущающий фактор, изменяющийся во времени (в нашем случае перемещение педали управления подачей топлива); у (t) - реальный выход (результат эксперимента - дымность ОГ); у (t, а) - выход модели; / е [0; 7]; а - вектор параметров модели.

В качестве модели на первом этапе может быть использовано любое уравнение: обыкновенное дифференциальное уравнение, обыкновенное разностное уравнение и так далее, с точностью до параметра а.

Необходимо на основе системы измерений входа и выхода объекта («(/,), у (Л), г'=1,п) найти параметры а-модели.

Идентификация динамических характеристик с использованием МПЛ на примере дифференциального уравнения первого порядка dy(t)

-j^ = ary(O + a2-u(/),y(0) = ao (8)

подразумевает нахождение решения этого уравнения, т. е. параметров а = (ао, аь а2) и производится методом Рунге-Кутта. Параметры а вычисляем из критерия наименьших квадратов.

(9)

Обозначаем через а' параметры, вычисленные на 1-й итерации, а через а'+1 -на (/+1)-й итерации и строим итерационную процедуру рекуррентного пересчета

а/+1 по а'.

Вычисляются приращения параметров Да'+1 = (Да0'+1, Аа/+|, Да2'*') из квадратичного критерия (с использованием линеаризованного выхода модели).

/+к

—/+|

/=1 Да'"1"1

Здесь =ffl'eo(f), ffei =ш'аі(0, = _ Функции чув.

^o - с!а, 1 dа2

ствительности выходной модели (8) к параметрам а0, аь а2.

Функции чувствительности определяются из уравнений чувствительности:

d t

dr

a,-m'ao(0,<a'ao(0) = l;

artû'ai(0 + /(0, o>'ai(0) = 0;

(П)

dto'

Для нахождения уравнений чувствительности используем также методы численного интегрирования.

Необходимое условие минимума функционала / (9) приводит к решению системы линейных неоднородных алгебраических уравнений:

'(/,.)«>;, ,с,)да'2+1=¿со^0 (/,х/(г,а»; ■=i i=i ¡=i

¡=t ы i=i i=i

É ®i2 С, Ч0 Ci )Aa¿+1 + ¿ o>¡,2 «,)< C,)Aa¡+1 + ¿ (co^ (r,:))2 Да'/1 = ¿ <o¡,2 (ОК/«;)-/((,,«))• i=i i=i i=i i-i

Решая полученную систему, находим поправки Дао'+1, Да/М, Да2/+| к коэффициентам на шаге (/+1).

тт - '+1

Параметры на следующей итерации а выражаются через параметры предыдущей итерации а! и приращения Да'+1 по формуле

а'+1 = а' +у' • Да'+1. (13)

Здесь положительный коэффициент у1 вычисляется из условия монотонной сходимости по функционалу 1(a):

7(а/+1)</(а'). (14)

Коэффициенту выбирается из последовательности: 1;1/2; 1/4; 1/8;...

Пошаговое уточнение параметров производится до выполнения условий

||да'+1 II <£! или |/'+1 -/'I <е2. (15)

С использованием вышеизложенного метода проводилась идентификация динамических характеристик дымности ОГ дизелей на режиме свободного ускорения. Входной и выходные сигналы регистрировались аппаратурой, описанной в гл. 3, а позже транспортировались в операционную систему Excel для обработки.

На первом этапе модель представлялась обыкновенным дифференциальным уравнением первого порядка (8). Анализ результатов показал, что такая модель не позволяет адекватно отразить динамику изменения дымности ОГ на режиме свободного ускорения. Поэтому было принято решение применять дифференциальное уравнение второго и выше порядка.

Поскольку аппаратура производила регистрацию параметров дискретно через равные интервалы времени, в вычислительном отношении проще (ибо не надо интегрировать дифференциальные уравнения) использовать дискретную модель -разностное уравнение второго порядка. Номер такта обозначим I. Это целочисленная переменная t е (1, п ).

Модель объекта на основе разностного уравнения второго порядка имеет вид y[t] = щ •>•[/-1] + <х2 • y{t - 2] + а3 • u[t -1] + а4 • ф - 2], >>[0] = tf-1] = 0; t = 1, 2,..., (16) где а = (аь а2, аз, а4) - вектор неизвестных параметров.

Эта модель соответствует непрерывной модели в виде линейного дифференциального уравнения второго порядка.

Для нахождения функций чувствительности составляем соответствующие разностные уравнения чувствительности:

'га^[/] = а, • ш'а|[/-1] + а2 • [/-2] + y[t-1], соа][0] = ша1 [-1] = 0;

юа2 ['] = аГ w'ct2 [' - Ч + а2 ' юа2 [' - 2] + y[t - 2], Ша2[0] = СОа2[-1] = 0; (17)

< ['] = «!• со'аз [/ - 1] + а2 • ю'а} [t - 2] + u[t -1], (0аз [0] = (0аз [-1] = 0 ;

['] = "!• ш'а4 [I -1] + а2 • ш'а4 [/ - 2] + u[t - 2], соа4 [0] = соа4 [-1] = О. Приращения параметров Да'+| находим из квадратичного критерия

<

//+1' -а*1;'? шш • (18)

1=1 у=1 ' Да

Необходимое условие минимума функционала /+1 (18) приведет к системе линейных неоднородных алгебраических уравнений:

I < М • < [']'■ +... ■+ Е ■< М • < ['] •= I < М • (/М - / С. а)) - (19)

'=1 Г-1 г=1

гдеу= 1,2,3,4.

Из решения системы (19) находим приращения Да. Далее алгоритм пересчета параметров а+ такой же, как и ранее (14), уточнение параметров производится до выполнения условий (15).

Разработка методологии анализа и обоснования требований к структуре и параметрам лазерсодержащего ОТ осуществлялась в рамках развиваемой концепции бесконтактного контроля геометрических параметров АТС, основанной на использовании лазерных дальномеров. В свете формализованной на рис. 1 общей схемы измерений и поставленных задач исследования решение в итоге подразумевало получение научно-обоснованных оценок влияния управляемого фактора Р, (х^у^,) - параметров взаимного расположения АТС и лазерных дальномеров - на среднеквадратические отклонения (СКО) измерений.

Для решения поставленных задач был разработан алгоритм расчета погрешности измерения геометрических параметров АТС в условиях эксплуатации, элементы которого применяются при решении навигационных задач, а именно, вариант определения теоретической погрешности на основе активно-дальномерного метода расчета координат точек. При этом определение положения точки на поверхности АТС и ее СКО сведено к решению системы уравнений второго порядка численным методом, а в качестве измеряемых параметров при определении пространственных координат принимали дальности от измерителей до контрольных точек автомобиля. Результат измерения можно представить в общем виде:

Я,,м, = Л, + Д, (20)

где Д - среднеквадратическая погрешность измерения; Я, - истинное значение дальности.

Связь расстояния с координатами в пространстве определяется уравнениями

Я,- = л/(*1 - х? + (у> - у)2 + - 2У ' (21)

где / = 1...3 - текущий номер лазерного измерителя; х!,у1,г1- пространственные координаты /-го лазерного измерителя; х,у,х — искомые координаты контрольной точки на поверхности автомобиля.

В соответствии с формулой (21) составлена система уравнений с тремя неизвестными, которая решена итерационным методом Гаусса - Ньютона. Координаты начального приближения х0,у0,г0, используемые для первоначального решения системы, определены из априорных данных о месте контрольной точки.

Для линеаризации уравнений использовалась формула Тейлора в первом приближении:

ЯЕ> р I) ар

+ (22)

дх ду ог

где - вычисленное по формуле (21) значение дальности в точке с координатами

зн ж за

начального приближения (х0,>>0,г0); —'-<—Ц—- частные производные по пе-

дх ду &

ременным х,у,г в точке (х0,>>0,г0); Дх,Д)>,Дг- поправки к координатам начального приближения, подлежащие определению.

Частные производные по переменным х, у, г равны:

г

К =

<

К. =

(Щ

дх

(Щ

ду

ея.

хо ~хі

хо

у о

\2 '

Уо- -Уі

^(хо-ХіУ+іу о" -Уі)2- Фо"

¿0"

(23)

Система уравнений (22) может быть записана в матричном виде:

Ь = Кп,

\

— матрица коэффициентов системы;

(24)

где к =

Ах

- вектор неизвестных поправок к координатам начального приближения;

6 =

ИЗМІ

?

юм2

.^нзмз ~ Коз;

- вектор-столбец свободных членов системы, состоящий из невя-

зок между измеренными и вычисленными по координатам начального приближения дальностями.

В результате решения системы уравнений (22) методом последовательных приближений, начиная со значений координат начального приближения ( х0, >>0, г0 ), определен вектор неизвестных. Затем координаты начального приближения уточнены путем ввода поправок Ах, Ду, Дг :

х07 - Хо+ Ьх, У оі =Уо]-\+Ьу,

(25)

20] — У-І

+ Аг,

где} - шаг итерационного процесса.

Далее координаты, которые получены в результате решения системы (22), использовали в качестве новых значений координат начального приближения. Итерационный процесс прекращался при достижении определенного значения точности:

С, < л1Ах2 + Ау2+Аг2. (26)

Для определения погрешности измерения контролируемого параметра АТС с использованием расчетных исследований процесса измерения был предложен следующий порядок вычислений, а именно: по формуле (20) вычисляли /?ИЗМ1-, где за Д принимали определенную по нормальному закону распределения паспортную среднеквадратиче-скую погрешность измерителя. Затем полученные значения дальностей /?ИЗМ(.(;' = 1...3)

подставляли в рассмотренное выше математическое описание процесса определения координат контролируемого параметра АТС. Полученные значения пространственных координат контрольной точки на поверхности автомобиля обозначили х\ у', 2 .

Таким образом, отклонения по каждой координате в системе пространственных координат имеют следующий вид:

(х> [х м

У - у' =

и 1а>|

где АЛ.,Д>,,Д2-отклонения по пространственным координатам х,у,г соответственно.

СКО исследуемой точки АТС представлено в следующем виде:

^[(дг-*')2+0-У)а+(г-г')1] = ^ + дЧд^=А. (28)

Погрешность измерения расстояния между контрольными точками АТС определена исходя из среднеквадратических погрешностей точек:

где Д,, Д 2 - среднеквадратические погрешности первой и второй контрольных точек.

СКО точки Д или расстояние между контрольными точками Д0 будет являться основным параметром оценки точности измерения геометрических параметров контролируемого АТС, которое далее будем использовать при обосновании структуры и значений параметров взаимного расположения АТС и элементов лазерсодержащего ОТ.

Разработка методологии создания виртуальных средств контроля и диагностики параметров АТС на основе систем технического зрения осуществлялась в рамках развиваемой концепции использования методов видеорегистрации и цифровой обработки изображений о параметрах состояния АТС.

С целью обеспечения возможности бесконтактного оперативного сбора и анализа (в т. ч. в реальном масштабе времени) информации о параметрах АТС предлагается в качестве первичных преобразователей средств контроля использовать веб-камеры. Современные веб-камеры позволяют снимать объекты с высоким разрешением, обладают высоким быстродействием (частотой съемки 25-60 кадров в секунду), преобразуют изображение в цифровой код и при этом вследствие массовости производства обладают низкой стоимостью, что может обеспечить их высокую эффективность для решения задач контроля и диагностики АТС. Программное обеспечение (ПО) в области анализа и преобразования визуализированной информации также достаточно развито и продолжает активно развиваться. Следовательно, требуется методическое решение задач контроля параметров АТС и разработка соответствующих алгоритмов и программ для персонального компьютера (ПК).

Метод виртуального контроля суммарного люфта рулевого управления. Повсеместно используемый в РФ при проведении техосмотров АТС люфтомер ИСЛ-М (НПО «МЕТА») содержит достаточно громоздкую и ненадежную механическую часть, особенно это касается первичных преобразователей.

В соответствии с обшей схемой рис. 1 предлагается входное тестовое воздействие 1/(1) на рулевое управление, реализуемое оператором при измерении суммарного люфта в рулевом управлении, регистрировать веб-камерой 1, разместив ее на рулевом колесе соосно его оси, а выходной сигнал Д/) - момент начала движения

управляемого колеса - регистрировать веб-камерой 2, разместив ее на управляемом колесе соосно или перпендикулярно его оси. При повороте рулевого колеса веб-камера 1 будет отображать поворот видимого в фокусе камеры изображения, что позволит по межкадровой разнице отслеживать изменение угла поворота во времени, при перемещении рулевого колеса направо или налево. Веб-камера 2, синхронизированная с веб-камерой 1, в момент начала движения управляемого колеса отобразит изменение видимого изображения, что позволит определить этот момент времени и зафиксировать разницу свободного угла поворота (т. е. суммарный люфт в рулевом управлении) при повороте рулевого колеса вначале направо, а затем налево.

Алгоритм вычисления суммарного люфта в рулевом управлении АТС базируется на элементах аналитической геометрии и реализуется следующим образом. На изображении с веб-камеры 1, установленной на рулевом колесе, выбираются две характерные (маркированные) точки А и В. При медленном поворачивании рулевого колеса влево и, следовательно, поворачивании изображения на некоторый угол на видеоряде с веб-камеры 1 выбирается кадр JVb синхронизированный с кадром веб-камеры 2, соответствующий началу поворота управляемого колеса, что определяется по изменению изображения с веб-камеры 2. На этом кадре N\ определяются координаты выбранных точек A {xuVi} и В{х2j>2} относительно границ кадра (матрицы). Координаты определяют с использованием монохромного, соответствующего цвету меток фильтрования этого изображения. Выбор точек А, В и определение их координат также может осуществляться и другими способами с использованием пакетов программ, реализующих элементы теории распознавания образов. Далее через выбранные точки А и В мысленно проводится линия и составляется уравнение прямой в координатной форме:

2z>L = (30)

где {||} - координаты точки А; {.г2, у2) - координаты точки Д.

Определяем угловой коэффициент к\ прямой, проходящей через две точки:

1. (31)

х2-хх

Далее при медленном поворачивании рулевого колеса в другую сторону (вправо) и, следовательно, изображения на некоторый угол на видеоряде с веб-камеры 1 выбирается кадр JV2, синхронизированный с кадром веб-камеры 2 и соответствующий началу поворота управляемого колеса вправо (что определяется по изменению изображения с веб-камеры 2). На этом кадре N2 определяются новые координаты ранее выбранных точек А'{х3<у3} и В' {хцул}. Угловой коэффициент прямой, проходящей через две точки,

h=y±zlx. (32)

Х4 — Ху

Вычисление суммарного люфта сводится к вычислению угла (р между двумя прямыми АВ и А'В':

cp = arctgA^L. (33)

Метод виртуального контроля дымности ОГ дизелей. Современные приборы для измерения дымности ОГ дизелей основаны на оценке поглощения ОГ света в видимом спектре, что закреплено законодательно в виде международных и национальных стандартов (Правила ЕЭК ООН № 24, ISO 3173, ГОСТ Р 52160-2003). Стандартизированный показатель дымности ОГ (коэффициент поглощения К, м-1, коэффициент ослабления N, %) дает обобщенную оценку качества протекания рабочего процесса в двигателе и его технического состояния, не разделяя при этом ОГ на различные компоненты (чер-

ные частички сажи и белесые составляющие несгоревшего топлива и масла). Следовательно, общий показатель дымности обладает ограниченной информативностью при оценке технического состояния дизелей. Разделение общего показателя дымности ОГ на компоненты позволило бы повысить информативность процесса диагностирования.

Исследования, проведенные на нейтральных светофильтрах (как физических моделях дымности ОГ), показали, что между их непрозрачностью и цветовой характеристикой существует тесная связь. На основании установленной зависимости между непрозрачностью ОГ и их цветовой характеристикой разработан метод виртуального измерения дымности ОГ дизельных двигателей. Суть виртуального измерения дымности ОГ заключается в следующем:

1. Поток ОГ дизеля снимается цифровой видеокамерой на фоне черно-белого экрана, в районе среза выпускной трубы и при достаточной освещенности. При этом камера и фон неподвижны.

2. Полученное видео разбивается на максимально возможное количество кадров (изображений) с применением ПК.

3. На каждом полученном кадре из отснятого видеоряда выбирается определенная сцена - в непосредственной близости от среза выпускной трубы.

4. Далее путем сравнения с эталонными изображениями определяется степень изменения параметров цветности (в шкале RGB от 0 до 255) сцены каждого кадра с отработавшими газами относительно сцены эталонов без отработавших газов. Полученные значения цветности переводятся в яркость по одной из известных в цифровой телеметрии формул, например (34).

L = (0,212671 • Red + 0,715160 • Green + 0,072169 • Blue)/255, (34) где L — яркость; Red — численное значение красного цвета; Green - численное значение зеленого цвета; Blue — численное значение синего цвета.

Найденная яркость переводится в непрозрачность по зависимости, связывающей непрозрачность с цветовой характеристикой. Таким образом, с изображений ОГ определяется показатель непрозрачности N, найденный на толщине столба дыма, равной диаметру среза трубы.

5. Полученное для каждой сцены значение N приводится к стандартизированной толщине столба дыма 0,43 м с использованием известной логарифмической зависимости коэффициента поглощения светового потока К и коэффициента ослабления света N.

6. Данная процедура применяется для всех полученных кадров видеоряда.

В результате дифференцированного определения черных и белесых показателей для каждого кадра видеоряда получаем два развернутых во времени графика: «черное на белом» (сажа) и «белое на черном» (белесые компоненты ОГ), а также можем определить цветность ОГ в шкале RGB, что повышает информативность процесса определения технического состояния дизелей по параметрам ОГ.

Метод виртуального контроля перемещения органов управления. Задача контроля темпа перемещения педали управления подачей топлива (либо других органов управления автомобилем) решена по аналогии с ранее рассмотренной задачей определения суммарного люфта рулевого управления. Орган управления, например видимая грань педали подачи топлива, маркируется контрастной меткой (точкой), и далее перемещение точки отслеживается неподвижно размещенной веб-камерой. Определяются начальные координаты Л {jt^Vi } маркированной точки органа управления (относительно границ кадра или матрицы) и конечные А'{х2у2\ за фазу (цикл) движения. Разница начальных координат и конечных (на первом и последнем кадрах, соответствующих началу и окончанию перемещения) даст диапазон перемещения, а время перемещения определится по длине видеоряда между указанными кадрами с учетом частоты съемки. По диапазону перемещения и времени определяем темп перемещения органа управления (скорость и ускорение).

Для решения задачи разработки методологии оценки технического уровня и качества технологического оборудования, применяемого при ТОиР, испытаниях и контроле параметров АТС, использованы элементы классической квалиметрии.

При рассматриваемом подходе формируется массив однородного по назначению оборудования, для каждого образца которого требуется найти комплексный показатель технического уровня и качества, а сам массив ранжировать.

Согласно квалиметрии совокупность свойств, формирующих качество оборудования, разлагается до уровня простых и измеряемых свойств. Комплексный показатель качества Кк] оборудования определяется как среднее взвешенное арифметическое

05)

/=1

где Qij- простые свойства оборудования, причем (/ = 1 ,...п, п- количество рассматриваемых свойств оборудования; у = \,...т,т- количество образцов оборудования в рассматриваемом массиве); б,— коэффициенты весомости свойств оборудования.

Поскольку значения отдельных показателей свойств имеют разные единицы измерения, проводится нормирование значений этих показателей по следующей формуле:

О . - о6р

Ки : Ч\ , (36)

7 чТ-яГ

где Ку- нормированный (относительный) показатель /-го свойства у'-го варианта объекта; <7,бр - браковочное значение /-го показателя (принимается меньшим меньшего значения из рассматриваемого массива); эталонное значение ¿-го показателя (принимается большим большего значения из рассматриваемого массива). Итоговая оценка качества у'-го варианта объекта может быть вычислена по формуле

ы

где Кк1 - комплексный показатель качества у'-го объекта.

Неизвестные значения коэффициентов весомости получим из решения системы линейных алгебраических уравнений

' +К2\С2+...+К„\С„+ С = КИ,

+ К22в2 +...+ Клвп + С = Ка, (38)

К\тС\ + К2тС2 +... + КптО„ + С — Кьп. В правой части уравнений системы (38) значения Кщ заменяем значениями общего показателя эффективности Э) образцов ОТ, взятыми из реальной практики эксплуатации либо полученными на основе имитационного моделирования работы образцов ОТ в идентичных условиях эксплуатации с заданной производственной программой. Имея объективный показатель эффективности, полученный для каждого образца (из массива) ОТ в идентичных условиях и режимах использования, аналитически рассчитываем коэффициенты весомости свойств ОТ и комплексный показатель качества А!^ каждого образца.

Решение задачи совершенствования методологии и механизмов сертификации ОТ по потребительским свойствам направлено на повышение конкурентоспособности и качества отечественного ОТ.

Традиционная методология и механизмы сертификации, используемые в настоящее время, заимствованы из сферы обязательной сертификации продукции и предусматривают отбор и идентификацию образца сертифицируемой продукции, его испытания и определение

показателей свойств, а затем - оценку соответствия показателей образца требованиям, установленным НД. Предусматривается (в зависимости от схемы сертификации) анализ состояния производства, а также инспекционный контроль. По результатам выдается сертификат о соответствии продукции требованиям НД. В случае добровольной сертификации продукции сегодня применяются аналогичные процедуры, однако оговаривается, что добровольная сертификация не должна дублировать обязательную и может проводиться на соответствие требованиям других НД, не предназначенных для обязательной сферы и выбранных (или разработанных) заявителем. Таким образом, добровольная сертификация сегодня основана на определении показателей свойств (?, продукции (; = 1,...¿г, п - количество оцениваемых показателей продукции) и сравнении их с нормативными значениями Ом. При соблюдении условия

<2, < еЛ| или 2, > вн, (39)

в зависимости от требований НД, продукция считается соответствующей требованиям НД, что и подтверждается сертификатом соответствия. Как следует из анализа выше-рассмотренных процедур, добровольная сертификация, основанная на принципе (39), не предоставляет заявителю и потенциальным потребителям продукции сравнительной информации по показателям качества продукции всех других производителей, поставляющих продукцию в рассматриваемом сегменте рынка.

Предлагается видоизменить парадигму добровольной сертификации, дополнив традиционный подход (39) вариантом

Ка > Кк2 > Ккъ >... > Кц >...> Кь„, (40)

где Кщ — комплексный показатель качества у'-го объекта; у = 1 т - количество образцов оборудования в рассматриваемом массиве.

То есть предлагается, используя методологию определения комплексного показателя Кщ ОТ, изложенную выше, ранжировать массив конкурентных образцов оборудования и удостоверять ранжированный ряд образцов сертификатом. В сертификате должно быть указано наименование продукции, перечень основных свойств, принятых во внимание при комплексировании, показатели свойств каждого изделия, рассчитанные коэффициенты весомости свойств и комплексный показатель качества Кщ. В приложении к сертификату должна быть информация об условиях эксплуатации, загрузки оборудования, для которых определялась эффективность продукции и все исходные данные и основные уравнения для ее расчета. Предлагается название такого сертификата — «Сертификат потенциальных свойств изделия». Выдавать такие сертификаты должны независимые и компетентные органы по сертификации, получившие аккредитацию на данный вид работ. Названный сертификат будет удостоверять, что образец продукции А лучше (на основании комплексного показателя качества Кщ) образца В, а образец В лучше С и т. д. для конкретных условий эксплуатации.

В третьей главе для обоснования и проверки теоретических положений, сформулированных во второй главе, разработаны методики экспериментальных и расчетных исследований, планирования экспериментальных исследований и оценки адекватности математических моделей, в т. ч. методики:

экспериментальных исследований влияния темпа нажатия на педаль управления подачей топлива на дымность ОГ дизелей;

проведения расчетных исследований определения погрешности измерения расстояния между контрольными точками кузова автомобиля;

экспериментальных исследований свойств виртуального прибора контроля суммарного люфта рулевого управления АТС;

идентификации зависимости между параметрами непрозрачности и цветовыми характеристиками изображений ОГ;

исследования влияния локальной освещенности на эффективность контроля дымности ОГ дизелей виртуальным прибором;

времени изменения параметра, характеризующего темп нажатия на педаль подачи топлива при 7-м измерении, с; /р - регламентированное значение времени изменения параметра, характеризующего темп нажатия на педаль подачи топлива, Ц = 1 с.

Так в одном из конкретных случаев в ходе 4 измерений дымности ОГ на режиме свободного ускорения получены следующие значения дымности Д и соответствующие им значения времени нажатия на педаль Л, = 94,53 %, ^ = 0,29 с; £)2 = 49,62 %, /2 = 3,13 с; А = 97,87 %, Н = 0,12 с; П4 = 51,15 %, и = 2,84 с; Г>у.м.ч.в.= 10%.

В соответствии с (41), (42) для первых двух измерений получим Ъ = 1п[(£>2 -ПУ.М.Ч.В) / (А - £>у.м.ч.в )] '('2-Ч) = = 1п [(49,62 - 10)/(94,53 - 10)]/( 3,13 - 0,29) = 0,25;

Н'р-'і) = 10 + (945дз _ 10).е-О,25(1 -0,29) = 1д 94 0/о>

#.„ = Д,

-у.м.ч.в+(А--С)у.М.ч.в)/е

Для третьего и четвертого измерений

Ъ = 1п[ф3 - Оу.м.ч.и)/ (А, -Яу.м.ч.в)]/ ('з -'4 ) =

= 1п [(97,87 - 10)/(51,15- 10)]/( 0,12- 2,84) = 0,26;

Аж =А.м.ч.в+(А-^у.м.ч.в)/^('Р_'3)= ю + (97,87 - 10) е-°-26(1-°'12) = 78,74%.

Таким образом, с использованием предлагаемой методики при любых темпах нажатия на педаль управления подачей топлива скорректированные (приведенные ко времени нажатия педали 1 с) значения дымности очень близки друг к другу, т. е. решается задача снижения разбросов результатов измерения путем учета фактора, обусловливающего эти разбросы.

Пример построения динамической модели и реализация алгоритма пошаговой идентификации на основе разностного уравнения второго порядка представлены на рис. 5. Здесь у{() - дымность ОГ, и(г) - положение педали управления подачей топлива.

" 1-й шаг: Я'] = 1,084у[М] - 0,Ъ9у[1-2} + 4,68ф-1] -4,65ф-2]; / = 1,55.

л/, % ^ У*«

Время, *0,05 с

2-й шаг: у[{\ = 0,702Я?-1] - 0,0197^[г-2] + 9,29м[г-1] - 9,22г/[/-2]; /=0,67.

3-й шаг: у[(\ = 0,699^-1] - 0,0149^[Г-2] + 10,55гф-1] - 10,48ф-2]; /=0,57.

4-й шаг: >'[/] = 0,697^-1] - 0,0137у[ь2] + 10,58ф-1] - 10,50г/[/-2]; /=0,56.

N. %

40

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 6

К, ІИ 3,74 2,13 1,19 0,52 0

Время, *0.05 С

Рис. 5. Графическое представление пошаговой идентификации Как показывают результаты, МПЛ позволяет достаточно эффективно (за 3-8

Разработан метод виртуального измерения дымности ОГ дизелей, основанный на видеорегистрации и цифровой обработке в реальном масштабе времени изображений ОГ на фоне черно-белого экрана, отличающийся от известных тем, что позволяет разделять поток ОГ на компоненты, формирующие черноту ОГ (частички

сажи), и компоненты, формирующие белизну ОГ (белесые частички несгоревшего топлива, масла и паров воды), а также проводить их раздельную обработку и анализ в дальнейшем. Пример регистрации дымности ОГ предлагаемым методом и стандартизированным дымомером приведен на рис. 9. Разделение дымности ОГ на черные и белесые компоненты, а также прямое измерение цвета изображений ОГ дизелей в системе RGB предлагаемым методом значительно повышает информативность оценки технического состояния дизелей, что позволяет повысить достоверность, снизить затраты и себестоимость диагностирования. Метод измерения реализуется посредством разработанного ПО.

Построенная с использованием МПЛ динамическая модель дымности ОГ в виде разностного уравнения (43) с двумя входами второго порядка (первый вход u(t) - компонент «белое на черном», второй вход «](/) - компонент «черное на белом») и выходом y(t) (дымность ОГ) четвертого порядка позволяет с высокой точностью отобразить во времени картину формирования дымности ОГ как для отдельного измерения, так и для группы измерений на конкретном автомобиле и по сути является эффективной универсальной моделью для анализа дымности ОГ дизелей на неустановившихся режимах (рис. 10). Значения коэффициентов уравнения (43) для модели, представленной на рис. 10, следующие: 0,! = 1,0070797; а2= 0,0598842; а3 =-0,615632; а4 = 0,2775199; а5 = 0,2309282; а6 = -0,084602; а7 = 1,0770474; а8 = -0,864093.

Рис. 10. Модель дымности ОГ с двумя входами

Разработан метод виртуального контроля темпа перемещения педали управления подачей топлива при измерении дымности ОГ дизелей (либо других органов управления автомобилем), основанный на элементах технического зрения, позволяющий бесконтактным путем контролировать темп перемещения органа управления (время, скорость и ускорение).

Анализ и синтез предложенных выше вариантов реализации методов виртуального контроля и диагностики параметров АТС с использованием элементов технического зрения приводит к универсальному измерительному комплексу (рис. 11) на основе двух (или более) веб-камер и ПК.

Рис. 9. Покадровая развертка исследуемых компонентов и совокупной дымности ОГ: 1 - данные, полученные с сертифицированного дымомера; 2 - составляющая «черное на белом»; 3 - составляющая «белое на черном»

Веб-камера 1 -» Видеопоток 1 -► ПК Монитор

Веб-камера 2 -» Видеопоток 2 -► *

| Принтер__

Рис. 11. Схема универсального измерительного комплекса для испытания АТС

Первая веб-камера регистрирует управляющее воздействие (входной сигнал), а вторая - реакцию объекта испытания (выходной параметр). Имея в арсенале различные варианты ПО, ориентированного для решения задач контроля и диагностики АТС, одним измерительным комплексом можно проводить различные виды испытаний АТС, получая при этом для анализа развернутые во времени входные управляющие (тестовые) воздействия и выходные параметры транспортных средств.

В рамках решения задачи разработки методологии оценки технического уровня и качества ОТ, применяемого при ТОиР, испытаниях, контроле и диагностике автомобилей проведена расчетная оценка технического уровня и качества массива двухстоечных подъемников (27 моделей), эксплуатируемых на виртуальном посту замены масла в двигателе.

Основными простыми и измеряемыми свойствами подъемников, влияющими на эффективность использования и отражаемыми в технической документации производителей и дилеров, являются: грузоподъемность, т; время подъема-опускания, с; занимаемая площадь в плане, м2; потребляемая мощность, связанная с мощностью установленных электродвигателей, кВт; цена, руб. Режим работы для всех подъемников одинаковый: количество смен - 1; время работы -8 ч; количество рабочих дней в году - 249.

При обосновании загрузки поста рассматривали два характерных случая: неполная и полная загрузка. При недогрузке поста сменно-суточная программа будет зависеть от диапазона функциональных возможностей подъемника, например от его грузоподъемности, и, кроме того, связана со структурой автомобильного парка в регионе.

Второй характерный случай функционирования поста - его полная загрузка. При полной загрузке поста и грамотной организации работ сменно-суточная программа будет в большой степени определяться производительностью оборудования.

Для каждого из рассмотренных условий рассчитывали прибыль за весь нормативный срок эксплуатации для каждой модели подъемника (столбцы 6 и 7 табл. 1). Производили нормирование оценок показателей свойств каждого подъемника по уравнению (36) и заносили их в столбцы 2-5 табл. 1.

Для нахождения коэффициентов весомости свойств значения расчетной прибыли подставляли в правую часть уравнений системы (38). В левую часть уравнений построчно подставляли нормированные значения оценок показателей свойств. Решали систему (38), в ней количество уравнений равно количеству исследуемых моделей подъемников, т. е. 27.

В результаты решения системы уравнений по данным табл. 1 получили корни регрессионного уравнения, связывающего свойства оборудования XI, XI, ХЗ, Х4 с прибылью У от использования подъемников при выполнении технологического процесса замены масла в двигателе: при неполной загрузке поста уравнение (45) и при полной загрузке поста уравнение (46):

ного по комплексному коэффициенту качества массива подъемников для случая неполной и полной загрузки поста приведен в табл. 3.

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Комппексныйкоэффицпент качества подъемников

Рис. 12. Зависимость прибыли от Кк при неполной загрузке поста

3,8

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Комплексный коэффициент качества подъемников А*

Рис. 13. Зависимость прибыли от Кк при полной загрузке поста

Проанализировав ранжированный ряд подъемников для условий неполной и полной загрузки поста (табл. 3), можно сделать вывод, что для разных условий загрузки поста (разных условий эксплуатации) наиболее эффективны различные модели: для первого случая эффективными являются образцы с высокой грузоподъемностью, для второго — образцы с высокой скоростью подъема-опускания.

Таблица 3

Фрагмент ранжированного по комплексному коэффициенту качества массива подъемников в случае неполной и полной загрузки поста_

Неполная загрузка поста Полная загрузка поста

Модель Прибыль, Коэффициент Модель Прибыль, Коэффициент

подъемника млн руб. качества подъемника млн руб. качества

1. Bend-Pak МХ-15С 5,115967 0,70364 1. Smart Lift 3.0 3,68548 0,60743

2. Bend-Pak МХ-12С 4,387805 0,53505 2. П-97МК 3,54684 0,60131

3. ПР-3 4,169888 0,46429 3. Smart Lift 3.2 3,67353 0,59716

4. ПР-5 3,7546 0,44398 4. Bend-Pak XL-9ACX 3,55191 0,58729

5. Bend-Pak МХ-10СХ 3,885171 0,44257 5. Z-51 3,50056 0,57146

27. NUSSBAUM 1,942714 0,15494 27. ПР-3 3,15499 0,06293

Таким образом, полученные результаты оценки технического уровня и качества ОТ показывают, что известные в отрасли методические подходы к оценке технического уровня и качества ОТ, основанные на условии равновесомости свойств либо на их экспертных оценках, не всегда правомерны, в связи с чем представляется целесообразной комплексная оценка технического уровня, качества и конкурентоспособности ОТ на основе квалиметрии с элементами имитационного моделирования.

Оценка эффективности и конкурентоспособности ОТ для ТОиР АТС на основе квалиметрии предполагает расчет комплексного критерия качества оборудования по коэффициентам весомости свойств, определяемым аналитическим путем.

Рассчитанные аналитически коэффициенты весомости одних и тех же свойств для различных условий эксплуатации (загрузки поста) принимают разные значения. Это означает, что в различных условиях эксплуатации сильнее проявляются и становятся более значимыми те или иные свойства ОТ.

Изложенный методический подход к оценке конкурентоспособности ОТ, основанный на расчете прибыли по результатам моделирования работы образцов оборудования в конкретных условиях эксплуатации, а также базирующийся на квалиметрии, позволяет связать регрессионной зависимостью показатели экономической группы и группы технических параметров оборудования и ранжировать образцы оборудования в исследуемом массиве по комплексному коэффициенту качества.

Рассчитанный комплексный коэффициент качества имеет высокую корреляцию связи с прибылью от использования технологического оборудования (коэффициент детерминированности 0,78-0,89), что подтверждает обоснованность использования его в качестве критерия эффективности и конкурентоспособности ОТ для ТОиР АМТС.

Анализ технического уровня и эффективности различных видов ОТ по предложенной методике позволяет оценивать конкурентоспособность образцов, выявлять показатели и свойства, оказывающие наиболее весомое влияние на качество оборудования, и определять пути его повышения.

В рамках решения задачи совершенствования методологии сертификации ОТ по потребительским свойствам проведена сертификация двухстоечных подъемников и в соответствии с разработанным порядком оформлен сертификат потенциальных свойств для массива образцов.

Применяемый в среде разработчиков и производителей похожий по смыслу документ, содержащий информацию о единичных параметрах конкурентоспособности образцов, - карта технического уровня и качества продукции не является публичным документом: он неизвестен и недоступен потенциальным приобретателям ОТ. Кроме того, карта технического уровня и качества продукции, как правило, не содержит комплексных показателей продукции, она составляется конкретным проектировщиком или заинтересованным производителем, что не обеспечивает объективности приведенной в ней информации. Предлагаемый же сертификат потенциальных свойств изделия будет подготавливаться независимым органом по сертификации, не связанным ни производителями, ни с потребителями оборудования, т. е. «третьей стороной», как и принято в сфере подтверждения соответствия.

Наличие сравнительной информации по техническим характеристикам и комплексному показателю качества образцов продукции позволит потенциальным приобретателям грамотно выбрать оборудование для своих специфических условий эксплуатации и тем самым «голосовать рублем» за качественную и соответствующую их условиям продукцию, а также вследствие имеющегося авторитета всей сертификационной отрасли подстегнет производителей к совершенствованию потребительских свойств производимой ими продукции.

В пятой главе приведены оценки эффективности результатов исследований. Выполненная проверка в производственных условиях и проведенные расчеты экономической эффективности использования результатов исследования по рассмотренным направлениям совершенствования технологического оборудования показывают следующее:

1. Предложенная технология испытания дизелей на дымность ОГ, основанная на регистрации темпа нажатия педали управления подачей топлива и исключающая негативное влияние человеческого фактора на результаты измерений, позволяет сократить процедуру измерений дымности ОГ и снизить затраты на проведение испытаний на 10,02 руб. на один автомобиль, что в пересчете на парк грузовых автомобилей России составляет 50,1 млн руб/год.

2. Предложенные технологии бесконтактного контроля геометрических параметров АТС лазерными измерительными системами позволяют осуществлять измерения без использования дополнительных мер и специальных мишеней и при этом также обеспечивают снижение затрат. Выполненные технико-экономические расчеты показывают, что на одно обслуживание (измерение) экономия составляет 26,13 руб. для лазерной измерительной системы по варианту в; 11,25 руб. для лазерной измерительной системы по варианту г.

3. Разработанные методы виртуального контроля параметров АТС, реализованные в виде универсального измерительного комплекса, содержащего две веб-камеры, ноутбук и вспомогательную оснастку, позволяют контролировать как дымность ОГ дизелей, так и суммарный люфт рулевого управления, при этом стоимость предложенного универсального измерительного комплекса в два раза меньше, чем совокупная стоимость базового технологического оборудования (дымомер МЕТА-01 МП 0.1 и измеритель суммарного люфта рулевого управления ИСЛ-М).

4. Разработанная методология, модель и методика оценки технического уровня, качества и конкурентоспособности технологического оборудования на основе квалиметрии и элементов имитационного оборудования позволяет выбирать образцы из массива оборудования, наилучшим образом подходящие для заданных условий эксплуатации. Расчеты показывают, что разница в эффективности поста замены масла в двигателе в зависимости от выбранной модели двухстоечного подъемника может составлять до 0,53 млн руб. за 7 лет эксплуатации в условиях полной загрузки поста и до 3,1 млн руб. в условиях неполной загрузки поста.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе разработанных теоретико-методологических и научно-методических положений, авторских патентов, математических моделей, технико-технологических предложений инновационной направленности решена крупная научная проблема - впервые созданы научные основы совершенствования технологического оборудования для технического сервиса автотранспортных средств, внедрение которых внесет значительный вклад в развитие экономики страны за счет повышения эффективности эксплуатации автомобильного транспорта. Область исследования диссертационной работы и креативные разработки по всем элементам ее научной новизны соответствуют национальным приоритетам научно-технологического развития России.

Основные результаты и выводы

1. Предложены концепция и теоретические основы контроля параметров АТС с учетом выявленных закономерностей процессов определения показателей свойств АТС, обусловленных негативным влиянием индивидуальных особенностей участвующего в процессе испытаний человека, на примере контроля дымности ОГ дизелей.

Выявленная закономерность формирования показателей дымности ОГ дизелей на режиме свободного ускорения в зависимости от входного управляющего воздействия позволила установить, что темп нажатия на педаль управления пода-

34

чей топлива значительно (до 1,5 раз) влияет на величину дымности ОГ дизелей и его необходимо учитывать при измерении.

Построенные статические модели зависимости дымности ОГ дизелей на режиме свободного ускорения от темпа нажатия на педаль управления подачей топлива в виде аддитивного уравнения и динамические модели дымности ОГ дизелей в виде разностного уравнения позволили установить, что отечественные автомобили, находящиеся в эксплуатации, не укладываются в регламентированный ГОСТ Р 41.24 и ГОСТ Р 52160-2003 диапазон устойчивости 0,25 м-1, поэтому необходимо либо установить более жесткие требования ко времени нажатия на педаль (1+0,1 с), либо увеличить допуск на вариацию результатов до 0,5 м-1 измерения дымности ОГ.

2. Научно обоснована и апробирована технология испытаний и контроля параметров эксплуатационных свойств АТС, минимизирующая влияние человеческого фактора на результаты измерений. Разработанный метод измерения дымности ОГ дизелей на режиме свободного ускорения предусматривает регистрацию темпа нажатия педали управления подачей топлива и приведение результата измерения дымности ОГ к стандартизированному значению темпа, что позволяет исключить негативное влияние человеческого фактора на результаты измерений, исключить вероятность ошибки при оценке технического состояния АТС, снизить разбросы в результатах измерений с 10—20 % до 1,5 %, а также снизить затраты на измерения (пат. 2215276 РФ).

3. Предложены концептуальные и теоретико-методические основы бесконтактного контроля геометрических параметров АТС лазерными измерительными системами, учитывающие выявленные закономерности формирования погрешностей измерения, обусловленные влиянием параметров измерителей, их взаимного расположения между собой и относительно контролируемого АТС, позволяющие анализировать влияние структуры, параметров, технологии применения измерительных систем на среднеквадратические погрешности измерений и минимизировать их.

Выявленная закономерность формирования среднеквадратических погрешностей измерения ЗО-лазерными системами в зависимости от расположения элементов измерительной системы между собой и относительно контролируемого АТС имеет вид экспоненциальной функции с усеченным двумерным полиномом третьего порядка в показателе степени.

Разработанная методология анализа позволила научно обосновать требования к структуре, параметрам и технологии применения дискретной лазерной измерительной системы, обеспечивающие минимальную среднеквадратическую погрешность (до 1,5—2 мм) измерения геометрических параметров АТС в условиях эксплуатации: расстояния между измерителями дискретной лазерной системы Б и от каждого измерителя до контролируемой точки Ь должны быть равными, т. е. образовывать равностороннюю пирамиду, а грани пирамиды должны быть не меньше длины контролируемого отрезка.

Установлено, что минимальные погрешности измерения имеют ЗО-лазерные системы, обеспечивающие прямые (без промежуточных вычислений) измерения координат х, у, г контролируемых точек.

Разработанные схемы реализации лазерных измерительных систем для определения геометрических параметров АТС в условиях эксплуатации позволяют бесконтактным способом осуществлять измерения без использования дополнительных мер и специальных мишеней (пат. 2239505 РФ, пат. 2291751 РФ, пат. 2314492 РФ).

4. Разработаны методологические основы создания виртуальных средств

контроля и диагностики параметров транспортных средств на основе систем технического зрения:

метод виртуального контроля суммарного люфта рулевого управления на основе регистрации веб-камерами входного (тестового) воздействия на рулевое колесо и выходного воздействия (реакции) управляемого колеса с алгоритмом вычисления по координатам точек, выделенных на изображениях с синхронизированных кадров двух видеопотоков, обеспечивающий сопоставимые с аналогами по точности и трудоемкости результаты измерений при меньшей в 2 раза стоимости оборудования (пат. 2457457 РФ);

метод виртуального измерения дымности ОГ дизелей, предусматривающий видеосъемку и обработку в реальном масштабе времени изображений ОГ на фоне черно-белого экрана, отличающийся от известных тем, что позволяет разделять поток ОГ на компоненты, формирующие черноту ОГ (частички сажи), и компоненты, формирующие белизну ОГ (белесые частички несгоревшего топлива, масла и паров воды). Данный метод значительно повышает информативность оценки технического состояния дизелей и обеспечивает снижение затрат и себестоимости диагностирования (пат. 2366930 РФ);

метод виртуального контроля перемещения органа управления, основанный на видеорегистрации точки, выделенной контрастной меткой на органе управления, определении ее начальных А{Хи и конечных координат А'{Х2, У2) относительно границ кадра (или матрицы) и вычислении темпа перемещения органа управления (время, скорость, ускорение) по разнице начальных и конечных координат, обеспечивающий возможность бесконтактного контроля параметров перемещения органов управления и использования их для целей оценки технического состояния АТС.

5. Разработана методология и модель оценки технического уровня и качества технологического оборудования, основанная на квалиметрии и элементах имитационного моделирования, позволяющая связывать регрессионной зависимостью показатели экономической группы и показатели группы технических параметров оборудования, ранжировать образцы оборудования в исследуемом массиве по комплексному коэффициенту качества, который имеет высокую степень связи с прибылью от использования технологического оборудования (коэффициент корреляции Л = 0,88-Ю,94) и дает возможность анализировать и выбирать наиболее эффективное технологическое оборудование для ТОиР АТС в конкретных условиях эксплуатации.

6. Разработаны теоретические подходы и методика оценки технического уровня и качества технологического оборудования, основанная на решении системы линейных алгебраических уравнений, позволяющая аналитически определять коэффициенты весомости свойств технологического оборудования. Использование данной методики позволяет оценивать конкурентоспособность образцов, выявлять показатели и свойства, оказывающие наиболее весомое влияние на качество оборудования, и определять пути его повышения.

7. Предложена высокоэффективная методология и механизмы добровольной сертификации технологического оборудования по потребительским свойствам, предусматривающие предоставление потребителям и производителям оборудования «сертификата потенциальных свойств изделия», содержащего объективную сравнительную информацию по единичным и комплексным показателям качества, коэффициентам весомости свойств и эффективности оборудования в заданных условиях эксплуатации, что позволяет потребителям обоснованно выбирать оборудование, соответствующее требуемым эксплуатационным условиям, а производителям - определять свойства, воздействуя на которые можно повысить эффективность и конкурентоспо-

собность образцов технологического оборудования.

8. Обоснованность теоретических положений и полученных результатов работы, их научная, практическая и экономическая значимость подтверждается результатами использования на предприятиях отрасли, а именно:

новый метод контроля дымности ОГ дизелей обеспечивает экономию 10,02 руб. на один автомобиль или 50,1 млн руб/год на парк грузовых автомобилей страны;

контроль геометрических параметров АТС лазерными системами обеспечивает экономию от 11 до 26 руб. на АТС;

применение универсального аппаратно-программного комплекса виртуального контроля параметров АТС обеспечивает снижение затрат в два раза по сравнению с базовым оборудованием;

при использовании оптимального подъемника на посту замены масла в двигателе АТС экономия составляет от 530 тыс. руб. за 7 лет эксплуатации.

9. Перспективы дальнейших исследований лежат в сфере распространения разработанных теоретических основ и методов совершенствования технологического оборудования для технического сервиса АТС на другие его виды, не рассмотренные в рамках данной диссертации.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации: I. Издания пз Перечня ВАК РФ

1. Блянкинштейн, И. М. Методика оценки конкурентоспособности технологического оборудования для технического обслуживания и ремонта автомобилей / И. М. Блянкинштейн // Мир транспорта и технологических машин. -2012. -№ 2. - С. 14-18.

2. Блянкинштейн, И. М. Совершенствование механизмов добровольной сертификации технологического оборудования для технического сервиса автомобилей / И. М. Блянкинштейн // Транспорт: наука, техника, управление. - 2012. - № 9. - С. 43^16.

3. Блянкинштейн, И. М. Алгоритм и методика исследования погрешностей измерения геометрических параметров АТС ЗЭ-системами / И. М. Блянкинштейн, М. М. Ва-лиханов, А. С. Кашура//Автомобильная промышленность. - 2009. - № 11.-С. 31-35.

4. Блянкинштейн, И. М. Методологические аспекты совершенствования технологического оборудования для технического обслуживания, ремонта, испытания, контроля и диагностики АТС / И. М. Блянкинштейн // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. -2012. -5 (3). - C. 263-273.

5. Блянкинштейн, И. M. Методические аспекты реализации виртуального метода измерения дымности отработавших газов дизелей / И. М. Блянкинштейн, А. М. Асхабов // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - № 4 (22). - С. 41^14.

6. Блянкинштейн, И. М. Концепция измерения дымности отработавших газов дизелей / И. М. Блянкинштейн, А. М. Асхабов, Е. С. Воеводин//Журнал ААИ. -2010. -№ 2 (61).-С. 38-41.

7. Блянкинштейн, И. М. Лазерные системы контроля геометрических параметров АТС / И. М. Блянкинштейн, А. С. Кашура И Автомобильная промышленность. -2010. -№ 8.-С. 30-32.

8. Блянкинштейн, И. М. Концепция измерения дымности отработавших газов дизелей / И. М. Блянкинштейн, А. М Асхабов, Е. С. Воеводин //Журнал ААИ. -2010. -№ 3 (62). -С. 60-61.

9. Блянкинштейн, И. М. Система оперативного управления расходом топлива на предприятиях автомобильного транспорта / И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин, Д. А. Худяков // Транспорт на альтернативном топливе. - 2012. - № 3 (28). - С. 27-29.

10. Блянкинштейн, И. М. Методика определения весомости свойств технологического оборудования для технического обслуживания и ремонта автомобилей / И. М. Блянкинштейн // Журнал ААИ. - 2012. - № 3. - С. 29-35.

11. Блянкинштейн, И. М. Совершенствование методологии сертификации технологического оборудования для ТОиР автомобилей по потребительским свойствам / И. М. Блянкинштейн // Журнал ААИ. - 2012. - № 4. - С. 44-47.

37

II. Изобретения и патенты

12. А. с. № 1767394. Устройство для измерения дымности отработавших газов / И. М. Блянкинштейн, Г. Г. Козлов, А. И. Грушевский ; заявитель Краснояр. политехи, ин-т. -заявл. 03.05.1990; опубл.07.10.1992, Бюл. № 37.

13. Пат. 2089845 РФ, МПК6 в 01 В5/24, О 01 М 17/06. Стенд для определения углов установки управляемых колес транспортного средства / Г. Г. Козлов, С. В. Мальчиков, И. М. Блянкинштейн, А. И. Грушевский ; заявитель и патентообладатель Краснояр. гос. техн. ун-т. -№ 94019597/11; заявл. 23.05.1994; опубл. 10.09.1997.

14. Пат. 2215276 РФ, МПК7 в 01 М 15/00. Способ измерения дымности отработавших газов дизелей (варианты) / И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин ; заявитель и патентообладатель Краснояр. гос. техн. ун-т. - № 2002131431/06 ; заявл. 22.11.2002; опубл. 27.10.2003, Бюл. №30. -9 с. : ил.

15. Пат. 2239505 РФ, МПК7 В 21 Б 1/12. Способ контроля положения точек кузова транспортного средства при правке / И. М. Блянкинштейн, Д. А. Кудимов ; заявитель и патентообладатель Краснояр. гос. техн. ун-т. -№ 2003112932/02; заявл. 30.04.2003; опубл. 10.11.2004.

16. Пат. 2244911 РФ, МПК7 в 01 М 17/00, В 60 Т 17/22 . Способ испытания стояночной тормозной системы транспортного средства / И. М. Блянкинштейн, А. М. Ильин ; заявитель и патентообладатель Краснояр. гос. техн. ун-т. - № 2000120604/28; заявл. 07.08.2000; опубл. 20.01.2005, Бюл. № 2. - 5 с. : ил.

17. Пат. 2295714 РФ, МПК7 в 01 М 17/06. Способ измерения суммарного люфта рулевого управления автотранспортного средства / И. М. Блянкинштейн, А. Н. Комратов, О. А. Тронин ; заявитель и патентообладатель Краснояр. гос. техн. ун-т. -№ 2005120291/28 ; заявл. 29.06.2005; опубл. 20.03.2007, Бюл. № 8. - 6 с. : ил.

18. Пат. 2305262 РФ, МПК7 в 01 Ь 3/02. Устройство для измерения крутящего момента на вращающемся валу / И. М. Блянкинштейн, Ю. В. Шамров ; заявитель и патентообладатель Краснояр. гос. техн. ун-т. - № 2005133529/28 ; заявл. 31.10.2005; опубл. 27.08.2007, Бюл. № 24. -8с.: ил.

19. Пат. 2291751 РФ, МПК В 21 О 1/12. Способ контроля положения точек кузова транспортного средства при правке / И. М. Блянкинштейн, А. С. Кашура ; заявитель и патентообладатель Краснояр. гос. техн. ун-т. - № 2005119225/02 ; заявл. 21.06.05; опубл. 20.01.2007, Бюл. № 2. -7 с. : ил.

20. Пат. 2314492 РФ, МПК в 01 В 11/26. Способ измерения геометрических параметров установки колес и положения осей и мостов транспортного средства / И. М. Блянкинштейн, А. С. Кашура ; заявитель и патентообладатель Сиб. федер. ун-т. -№ 2006121306/28; заявл. 15.06.2006; опубл. 10.01.2008, Бюл. № 1. -Юс.: ил.

21. Пат. 2366930 РФ, МПК в 01 N 21/59. Способ измерения дымности отработавших газов дизелей / И.М. Блянкинштейн, А.М. Асхабов ; заявитель и патентообладатель Сиб. федер. ун-т. -№ 2008131229/28; заявл. 28.07.2008; опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25. -8с.: ил.

22. А. с. № 1396723. Способ определения количества топлива в баке транспортного средства / И. М. Блянкинштейн ; заявитель Ленинград, инж.-строит, ин-т. - заявл. 29.10.1985; опубл. 27.06.2012, Бюл. № 18, раздел «Авторские свидетельства СССР и патенты на изобретения, ранее не публиковавшиеся».

23. Пат. 2457457 РФ, МПК в 01 N 17/06. Способ измерения суммарного люфта рулевого управления автотранспортного средства / И. М. Блянкинштейн, В. И. Иванов, С. А. Храмцов, Д. А. Храмцов ; заявитель и патентообладатель Сиб. федер. ун-т. -№2011111975/11(017644); заявл. 29.03.2011; опубл. 27.07.2012, Бюл. № 21. - 10 с. : ил.

III. Учебные пособия

24. Блянкинштейн, И. М. Оценка конкурентоспособности технологического оборудования для технического обслуживания и ремонта автомобилей : учеб. пособие / И. М. Блянкинштейн. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2010. - 104 с.

IV. Научные публикации в других изданиях

25. Котиков, Ю. Г. Цифровые системы автоматического управления силовыми установками автомобилей с дизельным двигателем (ОБЗОР) / Ю. Г. Котиков, А. Э. Горев, И. М. Блянкинштейн // Двигателестроение. - 1985. - № 4. - С. 33-38.

26. «Инспектор» - помощник водителя / Ю. Г. Котиков, И. М. Блянкинштейн, Г. Л. Краузе [и др.] // Автомобильный транспорт. - 1987. - № 6. - С. 26-27.

27. Котиков, Ю.Г. Прибор экономичного вождения дизельных АТС / Ю. Г. Котиков, И. М. Блянкинштейн, Р. А. Азаматов// Автомобильная промышленность.-1987.-№ 11.-С. 18-19.

28. Приборное обеспечение диагностики и исследования дизелей на дымность / И. М. Блянкшшггейн, Г. Г. Козлов, А. И. Грушевский, Н. В. Шадрин // Диагностика автомобилей : материалы 3-й Всесоюз. конф., г. Улан-Удэ, 1989. - С. 138-139.

29. Испытание двигателя КамАЗ-740 на различных режимах работы / И. М. Блянкинштейн, Г. Г. Козлов, А. И. Грушевский, Н. В. Шадрин // Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей : материалы НТК. Л. : ЛСХИ, 1989.-С. 84-85.

30. Блянкинштейн, И. М. Прибор для измерения дымности отработавших газов дизелей / И. М. Блянкинштейн, Г. Г. Козлов, А. И. Грушевский // Современные проблемы автомобильного транспорта: тез. Республ. НПК. - Красноярск, 1991.

31. Блянкинштейн, И. М. Методические аспекты оценки эффективности и конкурентоспособности автосервисного оборудования / И. М. Блянкинштейн, Д. М. Храмцов // Транспортные средства Сибири : межвуз. сб. науч. тр. с междунар. участием. Вып. 10 / под ред. С. П. Ереско. - Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2004. - С. 220-231.

32. Блянкинштейн, И. М. Анализ эффективности технологического оборудования на основе квалиметрии / И. М. Блянкинштейн, В. В. Буслаев // Проблемы транспорта Красноярья на пороге XXI века: сб. науч. тр. - Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2002. - С. 44-48.

33. Блянкинштейн, И. М.Тенденции изменения нормативов токсичности отработавших газов автомобилей / И. М. Блянкинштейн, К. В. Данилов // Транспортные средства Сибири : межвуз. сб. науч. тр. с междунар. участием. Вып. 7 / под ред. С. П. Ереско. -Красноярск, 2001. - С. 251-255.

34. Воеводин, Е. С. Оценка влияния температурного фактора на точность измерения дымности отработавших газов дизелей / Е. С. Воеводин, И. М. Блянкинштейн // Проблемы транспорта Красноярья на пороге XXI века : сб. науч. тр. - Красноярск : Краснояр. гос. техн. ун-т, 2002.-С. 41-43.

35. Блянкинштейн, И. М. О природе нестабильности результатов измерения дымности отработавших газов дизелей / И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин, К. В. Данилов // Транспортные средства Сибири : межвуз. сб. науч. тр. с междунар. участием. Вып. 8 / под ред. С. П. Ереско. - Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2002. - С. 240-248.

36. Блянкинштейн, И. М. Разработка методики измерения дымности отработавших газов дизелей, свободной от недостатков ГОСТ 21393-75 / И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин // Транспортные системы Сибири : материалы Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. - С. 39-41.

37. Блянкинштейн, И. М. О необходимости совершенствования методики измерения дымности отработавших газов дизелей / И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин // Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов : материалы Всерос. НПК: В 3 ч. Ч. 2. - Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2003. - С. 234-236.

38. Блянкинштейн, И. М. К вопросу измерения и нормирования дымности отработавших газов / И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин // Ассоциация автомобильных инженеров : материалы конф. Вып. 10. - Дмитров : ФГУП НИЦИАМТ, 2003. - С. 31-36.

39. Блянкинштейн, И. М. Методика измерения дымности отработавших газов дизельных двигателей / И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин // Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах : сб. докл. шестой междунар. конф- СПб. : С-Петербург. гос. архит.-строит, ун-т, 2004. - С. 347-349.

40. Блянкинштейн, И. М. Идентификация динамических характеристик дымности отработавших газов дизелей на режиме свободного ускорения / И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин, А. И. Рубан // Вестн. Краснояр. гос. техн. ун-та. Вып. 34. Транспорт. -Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2004. - С. 149-155.

41. Блянкинштейн, И. М. Анализ динамических моделей дымности отработавших газов дизелей на режиме свободного ускорения / И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин // Транспортные системы Сибири : материалы II Всерос. науч.-техн. конф'., 25-26 ноября

2004 г. / под ред. В. Н. Катаргина.- Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2004. - С. 38-40.

42. Блянкинштейн, И. М. Новый стандарт по контролю дымности автотранспортных средств ГОСТ Р 52160-2003 и его недостатки / Е. С. Воеводин, И. М. Блянкинштейн // Транспортные системы Сибири : материалы III Всерос. науч.-техн. конф., 24-25 ноября

2005 г. / под ред. В. Н. Катаргина. - Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2005. - С. 38-40.

43. Блянкинштейн, И. М. Практика создания и функционирования испытательной лаборатории в сфере добровольной сертификации механических транспортных средств в системе ДС АТ/ И. М. Блянкинштейн, С. Н. Городецкий, Е.С. Воеводин // Транспортные системы Сибири : материалы III Всерос. науч.-техн. конф., 24-25 ноября 2005 г. / под ред. В. Н. Катаргина. - Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2005. - С. 22-24.

44. Блянкинштейн, И. М. Об использовании потенциала вузов в деятельности по подтверждению соответствия транспортных средств требованиям безопасности (По Красноярскому краю) / И. М. Блянкинштейн, А И. Грушевский, А. Р. Галушков // Организация и БДЦ в крупных городах: сб. докл. 6-й междунар. конф. - СПб.: СПбГАСУ, 2006. - С. 397-399.

45. Блянкинштейн, И. М. Способ контроля геометрических параметров ходовой части и кузова транспортных средств на основе лазерных измерителей / И. М. Блянкинштейн, А. С. Кашура // Политранспортные системы : материалы V Всерос. науч.-техн. конф., 21-24 ноября 2007 г. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2007. - С. 285-287.

46. Блянкинштейн, И. М. Методологические аспекты совершенствования технологического оборудования для технического обслуживания, ремонта, испытания, контроля и диагностики АТС / И. М. Блянкинштейн // Авиамашиностроение и транспорт Сибири : сб. ст. II Всерос. науч.-практ. конф., приуроченной ко Дню космонавтики, 11-13 апр. 2012 г. -Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2012. - С. 44-53.

47. Блянкинштейн, И. М. Методика исследования погрешностей измерения координат контрольных точек транспортных средств / И. М. Блянкинштейн, А. С. Кашура // Политранспортные системы Сибири : материалы VI Всерос. науч.-техн. конф., 21-23 апр. 2009 г. - Новосибирск : СГУПС, 2009. - С. 88-93.

48. Блянкинштейн, И. М. Анализ и синтез лазерных систем контроля геометрических параметров транспортных средств / И. М. Блянкинштейн, А. С. Кашура // Веста. СибАДИ. -2010. -№ 2 (16). - С. 8-13.

49. Блянкинштейн, И. М. Исследование взаимосвязи параметров светопропускания и черноты нейтральных светофильтров / И. М. Блянкинштейн, А. М. Асхабов, Е. С. Воеводин // Политранспортные системы : материалы VI Всерос. науч.-техн. конф., 21-23 апр. 2009 г. В 2 ч. Ч. 1. - Новосибирск: Изд-во СГУПС, 2009. - С. 83-87.

50. Блянкинштейн, И. М. Анализ степени соответствия видеорегистрационного метода измерения дымности отработавших газов дизелей сертификационным требованиям / И. М. Блянкинштейн, А. М. Асхабов, Е. С. Воеводин // Политранспортные системы : материалы VII Всерос. науч.-техн. конф., 25-27 нояб. 2010 г. - Новосибирск : Изд-во СГУПС, 2010. - С. 77-82.

51. Блянкинштейн, И. М. Динамическая модель дымности отработавших газов дизелей, зафиксированной видеорегистрационным методом / И. М. Блянкинштейн, А. М. Асхабов, Е. С. Воеводин // Авиамашиностроение и транспорт Сибири : сб. ст. II Всерос. науч.-практ. конф., приуроченной ко Дню космонавтики, 11-13 апр. 2012 г. - Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2012.-С. 34-38.

Научное издание Блянкинштейн Игорь Михайлович

Научные основы совершенствования технологического оборудования для технического сервиса автотранспортных средств

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 14.03.2013. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2. Тираж 120 экз. Заказ 852

Отпечатано полиграфическим центром Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82 а

Тел/факс (391) 206-26-58, 206-26-49 E-mail: print_sfti@mail.ru; http://lib.sfij-kras.ru

ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

05201350874 БЛЯНКИНШТЕЙН ИГОРЬ МИХАЙЛОВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СЕРВИСА АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Специальность 05.22.10. - Эксплуатация автомобильного транспорта

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: Заслуженный работник Высшей школы РФ доктор технических наук, профессор Федотов А.И.

Красноярск - 2012

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АТП - автотранспортное предприятие;

АТС - автотранспортные средства;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

ВП - виртуальный прибор;

ВИИП - виртуальный информационно-измерительный прибор;

ГП - геометрические параметры;

ГПАТС - геометрические параметры автотранспортных средств;

ДОГ - дымность отработавших газов;

ДОГД - дымность отработавших газов дизеля; ДОГДРСУ - дымность отработавших газов дизеля на режиме свободного ускорения;

ДС АТ - добровольная сертификация на автомобильном транспорте;

ДУ - дифференциальное уравнение;

ИИС - информационно-измерительная система;

ИС - измерительная система;

КВ - коленчатый вал;

КНФ - комплект нейтральных фильтров;

МНК - метод наименьших квадратов;

МПЛ - метод последовательной линеаризации;

НД - нормативный документ;

ОГ - отработавшие газы;

ОГД - отработавшие газы дизеля;

ОТ - технологическое оборудование;

ПК - персональный компьютер;

ПУПТ - педаль управления подачей топлива;

РУ - разностное уравнение;

СИ _ - средство измерения;

СКО - среднеквадратическое отклонение;

СКП - среднеквадратическая погрешность;

СЛРУ - суммарный люфт рулевого управления;

СПП - стандартизированный программный пакет;

СТЗ - системы технического зрения;

СТО - станция технического обслуживания;

ТНПУПТ - темп (длительность, время) нажатия педали управления

подачей топлива;

ТОиР - техническое обслуживание и ремонт;

УУУК - углы установки управляемых колес;

УЧ - уравнения чувствительности;

ФЧ - функции чувствительности.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ......................................2

ВВЕДЕНИЕ..................................................9

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 20

1.1. Анализ ОТ для технического сервиса АТС..........................20

1.1.1. Российские и зарубежные производители ОТ для ТОиР АТС 20

1.1.2. Современная номенклатура ОТ для ТОиР. Информационные аспекты.............................24

1.1.3. Классификация ОТ для технического сервиса АТС. ... 26

1.1.4. Результаты анализа рынка ОТ для ТОиР АТС.......29

1.2. Анализ методических подходов к оценке технического уровня и качества гаражного оборудования.................31

1.3. Анализ исследований и ОТ для контроля ДОГ АТС в сфере эксплуатации..................................................55

1.3.1. Государственная система контроля экологической безопасности АТС............................................55

1.3.2. Анализ исследований по контролю токсичности и ДОГД . . 57

1.3.3. Обзор стандартов, регламентирующих измерение ДОГ АТС, оснащенных дизелями............................................58

1.3.4. Требования нормативных документов к ОТ для контроля ДОГД 64

1.3.5. Обзор принципов реализации приборов контроля ДОГД . . 69

1.3.6. Системный анализ норм и процедур контроля ДОГД ... 72

1.4. Анализ исследований и оборудования для контроля ГПАТС. ... 76

1.4.1. Анализ исследований в сфере контроля ГПАТС......76

1.4.2. Обзор нормативно-технических документов, регламентирующих ГПАТС..........................80

1.4.3. Анализ оборудования и систем контроля ГП кузова и ходовой части АТС.......................87

1.5. Анализ исследований в области создания виртуальных инструментов

контроля параметров АТС.................... 101

1.5.1. Понятие о виртуальных инструментах..........101

1.5.2. Анализ опыта применения видеорегистрации в сфере производства и эксплуатации АТС..............105

1.6. Анализ методологических подходов и систем сертификации ОТ для технического сервиса АТС.................. 122

1.6.1. Техническое регулирование - инструмент повышения

качества применяемой продукции на автомобильном транспорте. . . .122

1.6.2. Анализ методов и систем сертификации ОТ для технического сервиса АТС......................... 123

1.7. Выводы и задачи исследования............... 126

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 130

2.1. Анализ системы «оператор - АТС - ОТ - СИ - среда»...... 130

2.2. Математические модели и методология контроля выходных параметров АТС в функции от входных управляющих воздействий. . . 140

2.2.1. Разработка и обоснование статических моделей ДОГДРСУ. 140

2.2.2. Разработка динамических моделей ДОГДРСУ..... 144

2.3. Методология анализа и обоснования требований к структуре и параметрам лазерсодержащего ОТ............... 152

2.3.1. Концепции и модели ИС на основе лазерсодержащего оборудования ...................... 153

2.3.2. Алгоритм вычисления контролируемых ГПАТС и погрешностей их определения............... 161

2.3.3. Математические модели вариантов лазерных ИС, используемых для сравнительного анализа......... 166

2.4. Теоретические и концептуальные основы виртуального контроля параметров АТС на базе элементов технического зрения......170

2.4.1. Методология виртуального контроля СЛРУ АТС .... 172

2.4.2. Методология виртуального контроля ДОГД..............182

2.4.3. Метод виртуального контроля перемещения органов управления 192

2.5. Методология оценки технического уровня и качества ОТ на основе квалиметрии................................................193

2.5.1. Базовые принципы квалиметрии......................193

2.5.2. Метод коэффициентов системы линейных уравнений. . . 196

2.5.3. Метод частных коэффициентов корреляции.......200

2.5.4. Необходимое условие для применения аналитических методов определения коэффициентов весомости свойств .... 201

2.6. Методология добровольной сертификации ОТ по потребительским свойствам................................................202

2.7. Выводы................................................206

Глава 3. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 210

3.1. Методика экспериментальных исследований зависимости ДОГДРСУ от темпа перемещения ГГУПТ.............211

3.1.1. Методика эксперимента..............................211

3.1.2. Аппаратура для проведения натурного эксперимента ... 212

3.1.3. Методика определения минимального количества измерений. . 224

3.1.4. Технология первичной обработки данных при дискретных измерениях ДОГД......................................226

3.1.5. Программные средства для обработки и статистического анализа данных и оценки адекватности математических моделей . 230

3.1.6. Первичная обработка данных при непрерывном измерении ДОГД..............................................231

3.2. Методика исследования закономерностей формирования погрешностей измерения ГПАТС................................231

3.2.1. Методика расчета погрешностей измерения ГПАТС . . . 231

3.2.2. Аппаратура для проведения натурного исследования . . . 233

3.2.3. Методика эксперимента..........................237

3.2.4. Первичная обработка данных измерений.........239

3.2.5. Методика самокалибровки лазерной ИС....... 240

3.2.6. Методика оценки адекватности математических моделей формирования погрешностей измерения ГПАТС....... 241

3.3. Методики экспериментальных исследований способов виртуального контроля параметров АТС............. 242

3.3.1. ПО реализации задач виртуального контроля параметров

АТС.......................... 242

3.3.2. Методика экспериментальных исследований свойств способа виртуального контроля СЛРУ АТС..............243

3.3.3. Методика идентификации зависимости между коэффициентом ослабления Nh цветовыми показателями ОГД 255

3.3.4. Методика исследования зависимости результатов измерения

ДОГД виртуальным прибором от локальной освещенности. ... 258

3.4. Методика оценки технического уровня и качества ОТ, основанная на использовании квалиметрии и элементов имитационного моделирования........................ 266

3.5. Методика сертификации ОТ по потребительским свойствам ... 271

3.5.1.Выбор системы и обоснование порядка сертификации ОТ .. 271

3.5.2. Методика сертификации ОТ по потребительским свойствам 272

3.6. Выводы.......................... 274

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 276 4.1. Результаты исследований и рекомендации по совершенствованию приборов контроля ДОГД....................277

4.1.1. Результаты идентификации параметров статических

моделей ДОГД......................277

4.1.2. Результаты идентификации структуры и параметров динамических моделей ДОГД............... 280

4.1.3. Алгоритмы вычисления оценок ДОГД, рекомендуемые для реализации в дымомерах..................291

4.1.4. Обоснование представительности выборки измерений ДОГД

при использовании статических моделей............295

4.1.5. Обоснование представительности выборки измерений ДОГД

при использовании динамических моделей............305

4.1.6. Анализ сходимости результатов, полученных при использовании статических и динамических моделей......306

4.1.7. Практические рекомендации по результатам исследования влияния темпа нажатия ПУПТ на ДОГД............307

4.2. Результаты исследований и рекомендации по совершенствованию

ОТ для контроля ГПАТС.................... 308

4.3. Результаты исследования свойств разработанных методов виртуального контроля параметров АТС............ 313

4.3.1. Результаты исследования свойств метода виртуального контроля СЛРУАТС................... 313

4.3.2. Результаты исследования свойств метода виртуального измерения ДОГД.................... 330

4.3.3. Прогнозные оценки свойств метода виртуального контроля темпа перемещения ПУПТ.................358

4.3.4. Синтез методов виртуального контроля параметров АТС. 360

4.3.5. Апробация методов виртуального контроля параметров

АТС в опытной эксплуатации................ 361

4.4. Результаты апробации методологии оценки технического уровня и качества ОТ для технического сервиса АТС............. 363

4.5.Результаты апробации методологии сертификации ОТ по потребительским свойствам.................. 375

4.6. Выводы........................ 380

ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ 386

5.1 Эффективность применения технологии контроля ДОГД на основе выявленных закономерностей..................................386

5.2 Эффективность применения бесконтактных технологий контроля

ГПАТС на основе лазерных измерителей...............3 94

5.3 Эффективность применения методов виртуального контроля параметров и диагностики АТС в сфере эксплуатации транспорта . . . 399

5.4 Эффективность выбора ОТ для заданных условий эксплуатации. . 402

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................414

ЛИТЕРАТУРА................................................419

ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................455

Введение

Актуальность проблемы. Технологическое оборудоваие (ОТ) для ТОиР, испытания, контроля и диагностики АТС является важной составляющей производственно-технической базы автотранспортных и автосервисных предприятий, станций диагностики и испытательных центров. Технический уровень применяемого ОТ влияет на все основные показатели и аспекты деятельности предприятий: производительность, качество и себестоимость ТОиР, испытаний и контроля АТС, условия труда персонала, ресурсосбережение, защиту окружающей среды и безопасность АТС, а следовательно, и на эффективность работы предприятия в целом [35, 74, 258260, 273, 275].

К настоящему времени в сфере идеологии создания и использования ОТ накопились проблемы методологического характера. В первую очередь это касается оборудования, методов и СИ, используемых для контроля параметров АТС в процессе ТОиР, при проведении технических осмотров и сертификационных испытаний. Являясь наиболее наукоемким классом ОТ, концептуально построенным в соответствии с требованиями действующих стандартов и правил испытаний, контрольное оборудование и методы испытаний в ряде случаев предполагают участие человека в реализации процедур контроля, что обуславливает влияние человеческого фактора на результаты испытаний и измерений. Вследствие субъективных оценок к эксплуатации допускаются транспортные средства, потенциально небезопасные для окружающей среды и человека. Поэтому создание новых методов и ОТ, обеспечивающих независимость контроля параметров АТС от человеческого фактора, тесно связано с совершенствованием действующей нормативной базы: нормативов и требований, установленных техническими регламентами, а также методов испытаний и измерений, изложенных в стандартах и правилах.

В смежных отраслях науки, промышленности и производства

9

появляются и находят применение новые эффективные виды измерителей (например, лазерные инструменты), методы и средства виртуального контроля и диагностики на основе СТЗ, но в силу специфики измерений параметров контролируемых свойств автомобилей и отсутствия методологии создания и применения таких методов и средств в сфере эксплуатации АТС они пока не находят широкого использования на транспорте, что можно квалифицировать как методологическую проблему.

Общей методологической проблемой, касающейся всех классов ОТ, является несовершенство методов оценки конкурентоспособности, технического уровня и качества образцов и, в частности, отсутствие процедур аналитического определения весомости основных свойств, что важно не только для выбора и эффективного использования образцов, но и для оценки эффективности конструкторско-технологических решений по видам этого оборудования.

Весомую роль в повышении конкурентоспособности и качества ОТ должна играть его сертификация по потребительским свойствам. Однако сложившаяся на сегодня система добровольной сертификации продукции по потребительским свойствам не востребована рынком, в том числе и по причинам методологического характера. Следовательно, совершенствование методологии и механизмов сертификации ОТ также является важной научно-практической проблемой.

Решению комплекса указанных проблем препятствует недостаток знаний о закономерностях процессов формирования показателей контролируемых свойств АТС, обусловленных влиянием субъективных особенностей участвующего в процессе испытаний человека, а также о потенциальных свойствах и технических параметрах ОТ, методологии его создания, оценки и применения.

Из изложенного следует, что повышение эффективности эксплуатации автомобильного транспорта и процессов ТОиР, испытания, контроля и диагностики АТС на основе изыскания, научного обоснования и разработки

10

новых высокоэффективных методов совершенствования, оценки конкурентоспособности, сертификации и эксплуатации ОТ является актуальной научной проблемой, сдерживающей прогресс в отрасли.

Представленная работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Повышение безопасности дорожного движения в России» на период 2006-2012 гг., утвержденной постановлением Правительства РФ от 20 февраля 2006 г. № 100.

Степень разработанности проблемы. Проблема обеспечения независимости контроля параметров АТС от человеческого фактора решается (за рубежом) применением автоматизированных приводов, что значительно удорожает процедуру испытаний. Развитие СТЗ, лазерных инструментов ведется в основном применительно к мобильным роботам и лишь незначительно касается ОТ для технического сервиса АТС. В практике оценки уровня качества и конкурентоспособности ОТ не используются методы аналитического определения коэффициентов весомости свойств. Отечественной квалиметрической школой разработаны методы аналитического определения коэффициентов весомости свойств, но они в силу сложного математического аппарата и трудности восприятия инженерно-техническим персоналом не находят практического применения в автотранспортной отрасли. Методы сертификации оборудования по потребительским свойствам заимствованы из сферы обязательной сертификации продукции и не стимулируют производителей к повышению уровня потребительских качеств продукции.

Рабочей гипотезой, исходной при решении сформулированной проблемы, являлось предположение о том, что значительное повышение эффективности эксплуатации автомобильного транспорта, процессов ТОиР, испытания, контроля и диагностики АТС возможно посредством совершенствования ОТ на основе выявления, анализа и учета закономерностей в системе «оператор - АТС - ОТ - СИ - среда».

Цель исследований: повышение эффективности эксплуатации

11

автомобильного транспорта и процессов ТОиР, испытания, контроля и диагностики АТС на основе изыскания, научного обоснования, разработки новых высокоэффективных методов совершенствования, оценки конкурентоспособности, сертификации и эксплуатации ОТ.

Задачи исследования:

• разработать концепцию и теоретические основы контроля параметров АТС, учитывающие закономерности процессов определения показателей эксплуатационных свойств АТС, обусловленных негативным влиянием индивидуальных особенностей участвующего в испытаниях человека, параметров ОТ и его расположения;

• научно обосновать и апробировать технологию испытаний и контроля параметров эксплуатационных свойств АТС, минимизирующую влияние человеческого фактора на результаты измерений;

• разработать концептуальные и теоретико-методические основы бесконтактного контроля ГПАТС лазерными измерительными системами, учитывающие закономерности формирования погрешностей измерения, обусловленные �