автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование оптимальных стратегий ремонта и технического обслуживания лесных машин на основе вероятностных моделей

на правах рукописи

МАЗУРКЕВИЧ Михаил Алексеевич

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СТРАТЕГИЙ РЕМОНТА И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЛЕСНЫХ МАШИН НА ОСНОВЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ МОДЕЛЕЙ

05.21.01 - Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

с--*

С,

С*

Санкт-Петербург - 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургской лесотехнической академии на кафедрах «Технологии лесозаготовительных производств» и "Проектирование специальных лесных машин"

Научный консультант - доктор технических наук, профессор,

В.Н. АНДРЕЕВ

Официальные оппоненты -

Доктор технических наук, профессор В.В. Балихин

Доктор технических наук, профессор B.C. Лукинский

Доктор технических наук, профессор JI.E. Агеев

Ведущая организация - Государственный Карельский НИИ

лесной промышленности

Защита диссертации состоится 1 декабря 1998г. в_часов на

заседании диссертационного Совета Д 063.50.01 в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова(194018, г.Санкт-Петербург, Институтский пер.5, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан М " ОГЛМ^^. 1998 г,

Ученый секретарь диссертационного Совета,

д.т.н., профессор АНИСИМОВ Г.М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. За последние два десятилетия в лесной промышленности существенно изменился машинно-тракторный парк. Это стало возможным благодаря созданию новой отрасли - лесное машиностроение. Появились валочные, трелевочные, сучкорезные, лесопосадочные и др. машины, лесовозные автопоезда на базе автомобилей МАЗ, Краз, КАМАЗ, предназначенные для повышения производительности труда, улучшения условий работы рабочих в лесной отрасли. Основное внимание при конструировании и создании новых машин уделяется вопросам повышения надежности конструкции. Вместе с тем, важной характеристикой качества и надежности машин являются затраты на их эксплуатацию и ремонты, т.е. на поддержание и восстановление их работоспособного состояния и ресурса в процессе применения. В процессе эксплуатации предполагается поддерживать работоспособное состояние техники путем проведения профилактических и ремонтных работ, следовательно, конструкции машин должны быть приспособлены к этим работам. Периодичность их проведения и затраты должны быть установлены из условия обеспечения оптимального значения показателя эффективности использования, т.е. ремонтопригодностью и эксплуатационной технологичностью Основными причинами значительных простоев, затрат труда и средств на техническое обслуживание и ремонт техники являются: техническое несовершенство конструкций лесных машин, в отношении их приспособленности к обслуживанию и ремонту при эксплуатации; и несовершенство организации системы технического обслуживания и ремонта лесозаготовительной техники.

Следует отметить, что если такие свойства надежности как безотказность и долговечность исследованы достаточно подробно и на этой основе опубликовано большое количество работ, то научные основы ремонтопригодности изучены недостаточно и библиография, посвященных этому вопросу работ, сравнительно невелика.

В настоящее время внимание специалистов лесного машиностроения привлечено к развитию теоретических и практических основ исследования качества и надежности изделий, с точки зрения приспособленности их к профилактическим и ремонтным мероприятиям, так как необратимость ранее принятых решений, неопределенность обстановки, которая сложится при эксплуатации техники, постоянно возрастающая сложность самой техники - в значительной степени

стохастического динамического программирования; оптимизации; имитационного математического моделирования. Научной новизной работы являются:

• законы распределения отказов элементов конструкции лесных машин для реальных процессов эксплуатации; вероятностные сетевые графики для управления технологическими процессами восстановления и ТО и выбора оптимальных их вариантов;

• математические модели и показатели, полученные в результате применения методов теории марковских процессов, в частности В-моделей, для обоснования оптимальных стратегий контроля и ремонта лесных машин;

• выявленные закономерности влияния стохастичности характеристик, учитывающих уровень эксплуатационной технологичности и ремонтопригодности, на показатели эффективности использования лесных машин, включающие аналитические и экспериментальные зависимости;

• математические модели, критерии, разработанные алгоритмы и программы, полученные на основе оптимизации показателей ремонтопригодности для новых лесозаготовительных машин и оптимизации средств(лимита) на восстановление их свойств в процессе эксплуатации.

Значимость для теории и практики. Совокупность разработанных математических методов оценки значений показателей ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности, которые базируются на применении теории марковских процессов, значительно углубляют теорию надежности и теорию технической эксплуатации лесных машин за счет:

• получения законов распределения отказов различных типов элементов конструкции лесозаготовительных машин для реальных процессов изнашивания;

• применения методов теории марковских процессов, в частности В-моделей, для обоснования оптимальной стратегии контроля и ремонта;

• обоснования оптимальных стратегий ремонта при различном характере, описывающим поведение прогнозируемого параметра;

• использования вероятностных сетевых графиков для планирования технологических процессов технического обслуживания вариантов. Апробация работы. Результаты исследований были представлены

на международных, всесоюзных и республиканских конференциях "Forest,

environment and new technology in Northen Europe" (Петрозаводск, 1993), "Научно-технический прогресс на предприятиях лесного комплекса Карелии" (Петрозаводск 1988), "Совершенствование организации ремонта и технического обслуживания лесозаготовительной и лесохозяйственной техники (Сыктывкар, 1987), "Проблемы развития лесного комплекса Карелии в 12 пятилетке" (Петрозаводск, 1987), "Повышение эффективности лесного комплекса Карелии"(Петрозаводск, 1985), на технических советах ГСКБ АО ОТЗ (1986....1991гг), ЧФ НАТИ (1988...1990гг), а также включены в научные отчеты кафедры технологии металлов и ремонта и кафедры тяговых машин Петрозаводск, ПетрГУ (NN 01826001810, 01845002456, 00176247518).

Реализация работы. Основные результаты работы внедрены в АО "Онежский тракторный завод", КАРНИИЛП и в учебный процесс кафедры тяговых машин Петрозаводского государственного университета.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 26 печатных работах, в том числе монографии и включены в методические разработки кафедры Тяговых машин ПетрГУ и кафедры Технологии лесозаготовительных производств С-Пб лесотехнической академии. Результаты исследований отражены в 9 научно-технических отчетах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти разделов, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы 322с., из них машинописного текста 248, рисунков, таблиц, приложений. Список литературы включает 125 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационных исследований, сформулирована их цель, научная новизна и научные положения, выносимые на защшу, дана краткая аннотация работы. 1. Анализ состояния проблемы.

В процессе эксплуатации машин их конструкции подвергаются воздействию двух противоположных по характеру влияния процессов: - изнашиванию и восстановлению, которые, в конечном счете, определяют: техническое состояние и работоспособность, длительность неработоспособного состояния, затраты средств и труда на проведение ТО и ремонта. В результате изнашивания происходит постепенное или скачкообразное изменение технического состояния машины в целом. Проводимые в процессе эксплуатации различные виды технического воздействия и ремонта уменьшают интенсивность

технического состояния, предупреждают возникновение отказов и восстанавливают работоспособное состояние машины. Необходимость проведения профилактических и ремонтных работ обуславливает применение технологии их выполнения.

Различия в характере профилактических и ремонтных работ, их объеме и содержании составе и квалификации их исполнителей, используемые при этом технические средства, требуют применения различных технологий их исполнения, которые объединяются в понятие эксплуатационной технологичности. Между понятиями ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности существует тесная взаимосвязь. Ремонтопригодность, как и другие свойства надежности, закладывается при разработке конструкций машин, обеспечивается при изготовлении и поддерживается в заданном уровне в процессе эксплуатации. Из этого положения следует, что решение вопросов ремонтопригодности может быть достигнуто лишь тогда, когда охватываются все три этапа - проектирования, производства и эксплуатации машин.

К настоящему времени в отечественных научных и высших учебных организациях накоплен достаточно богатый опыт в исследовании надежности лесных машин. Особое место в этих исследованиях принадлежит ученым СПб Лесотехнической академии: С.Ф.Орлову, К.Н.Баринову, В.Н.Андрееву, В.Б.Прохорову, А.М.Гольдбергу, В.А.Александрову, Г.М.Анисимову, В.В.Балихину, Ю.А.Добрынину, В.Н.Меньшикову и др.. За последнее десятилетие здесь сформировалась научная школа, основным направлением которой является системный подходу к изучению вопросов безотказности и долговечности; к автоматизированному проектированию изделий лесного машиностроения. Однако, к настоящему времени ремонтопригодность лесозаготовительного оборудования исследована недостаточно, число исследовательских работ весьма ограничено. Сложность проблемы заключается в том, что ремонтопригодность - комплексное свойство и для ее оценки применяют дополнительный состав показателей, которые можно сгруппировать в три группы:

• показатели, характеризующие общее совершенство конструкции, здесь имеется ввиду не только совершенство конструкции, как объекта эксплуатации, обслуживания и ремонта, а как объекта производства;

• показатели, характеризующие приспособленность конструкции к техническому обслуживанию и ремонту. К таким показателям

относятся, в первую очередь, показатели доступности, легкосъемносги и контролепригодности; • показатели, характеризующие совершенство конструкции с точки зрения ее приспособленности к применению прогрессивных организационно-технических форм и методов технического обслуживания и ремонта.

Поэтому, одни научные исследования были направлены на исследование показателей выше перечисленных групп, другие -рассматривали проблему ремонтопригодности с точки зрения технико-экономических вопросов.

Отмечая важность установления показателей ремонтопригодности, многие исследователи указывают на то, что их значения определяются приближенно и, как правило, на основе статистики, полученной при эксплуатации техники. Такой подход к определению показателей ремонтопригодности не дает возможности управлять ими еще на стадии проектирования, а только фиксировать их значение.

Другой подход - рассматриваемая задача формируется как экстремальная и для установления ее показателей используются методы и аппарат оптимальных решений. Необходимость рассмотрения такого подхода обусловлено тем, что характеристики ремонтопригодности являются функцией большого числа переменных случайных факторов. Такими факторами для лесных машин являются: природно-климатические условия, почвенный покров, состав лесонасаждений и его бонитет, средний объем хлыста, применяемая технология лесозаготовительных работ и др. Проведенный анализ литературных источников показал, что данный подход к оценке ремонтопригодности лесных машин разработан недостаточно и требует дальнейшего развития. Так как свойство ремонтопригодности тесно увязано с понятием эксплуатационной технологичности, то проведенный анализ по необходимости обоснования оптимальных значений показателей ремонтопригодности в полной мере относится и к эксплуатационной технологичности.

На основании проведенного анализа рассматриваемой проблемы установлены основные направления научного поиска, цель и задачи исследования.

2. Теоретическое обоснование параметров эксплуатационной технологичности лесных машин.

Контроль и техническое обслуживание (ТО) являются одним из важнейших мероприятий, обеспечивающих поддержание надежности в процессе эксплуатации. Каждый контроль, обеспечивая, с одной стороны,

безотказность машины (или ее элемента) на протяжении последующего периода и повышая эффективность процесса эксплуатации, с другой стороны, требует определенных материальных и временных затрат, что в свою очередь, снижает эффективность. Возникает проблема оптимизации типа и периодичности контрольных операций, материальных и временных затрат. Поскольку состояние машины при каждом контроле заранее неизвестно, то в объеме весь процесс будет случайным. В большинстве случаев все многообразие состояний может быть сведено к некоторому дискретному множеству с определенными вероятностями переходов. Очевидно, данный случайный процесс обладает марковским свойством. При этом обычным считается допущения о постоянстве вероятностей переходов, т.е. однородности процесса. Так как сам контроль, и переходы из состояния в состояние, обязательно сопровождаются материальными и временными затратами, то возникает задача минимизации этих затрат и повышения общей эффективности процесса эксплуатации за счет выбора определенной последовательности действий, т.е. оптимальной стратегии.

Таким образом, если рассматривать всю совокупность случайных траекторий эксплуатации машин, то весь процесс эксплуатации может быть, в общем случае, интерпретирован в виде случайного процесса с дискретным состоянием и непрерывным временем. При этом воздействие человека на этот случайный процесс должно обеспечивать функционирование машины с максимальным эффектом. Следовательно, мы имеем дело с оптимально - управляемым случайным процессом и задачей выбора параметров эксплуатационной технологичности является -обоснование оптимального управления, обеспечивающего достижение максимального эффекта при создании и эксплуатации машины.

Анализ надежности и ремонтопригодности лесных машин показывает, что значительное количество отказов происходит из-за изнашивания элементов конструкции, т.е. носят постепенный характер. Процесс изнашивания рассматривается в виде полуслучайного процесса, в котором: случайной величиной является скорость изнашивания - Уи, а детерминированным параметром - время 1 . Функция распределения случайного аргумента подчиняется ос- распределению. В зависимости от характера кривой площади сх-распределения за момент отказа принимается время, соответствующее резкому росту плотности распределения. При этом, наработка до начала массовых отказов пригашается равной

*н=Р-8„(<*), О)

где ёп((Х-) - функция, определяемая из таблиц или приближенно принимаемая gн (а) » 0.5 / а и тогда

1н*0,5р/а, (2)

для экспоненциальной или логарифмической веерных моделей

«1н-[(1п(и0/ипр))/((и0/ипр)-1)] (3)

1„лог « Ц .[(е^"'-1 -1)]/[(ио /ипр)-1)] (4)

Значения ^ являются одними из важнейших характеристик надежности, однако, не менее важной величиной является информация о ВБР, тем более что на ее основе можно получить более точные сведения о моменте восстановления.

Рассмотренный математический аппарат характера изнашивания деталей позволяет определить поведение прогнозируемого параметра, влияющего на значения переходных вероятностей, управляющих марковским процессом, и получить зависимости, которые дают возможность непосредственного определения показателей надежности и исследования влияния на них различных производственных и эксплуатационных факторов.

Показатели эффективности системы ТО связаны, как с соответствующими показателями надежности, так и с общими технико-экономическими показателями и могут быть подразделены на две подгруппы: оперативных и производственно-экономических показателей. К первой подгруппе относятся такие показатели, как: вероятность восстановления работоспособного состояния - Рв(0, среднее и гамма процентное время восстановления работоспособного состояния, соответственно - Тв и Тву , а также интенсивность восстановления -

Ко второй подгруппе относится лишь один показатель - средняя трудоемкость восстановления -8В . Следует заметить, что в подавляющем большинстве исследований по обоснованию эффективной системы ТО и даже ремонтопригодности используются другие, а именно, комплексные показатели, такие, как коэффициент готовности Кг, коэффициент

технического использования Кти, а также коэффициенты удельных экономических потерь или прибыли в течение рассматриваемого периода

эксплуатации. Лесные машины применяются многократно, для них допустимы отказы и существуют интервалы времени, когда они восстанавливаются. Их основным свойством является свойство готовности, т. е. способности находиться в работоспособном состоянии в течение минимально возможного периода времени. Количественно, свойство готовности оценивается функцией или коэффициентом готовности. Согласно теории восстановления функция готовности имеет вид

I

Г(1)=р(1) + [р(1-т)со0(т)ск (5)

о

Чаще всего, при анализе стратегий ТО удобно иметь дело не с функцией готовности Г(Ч), а ее пределом НтГ(0 = Кг , называемым коэффициентом готовности.

М

Кг=1шгГ(1)= ' (6)

м, +м„,

Коэффициент готовности используется в качестве показателя эффективности при оптимизации системы ТО и ремонта, однако, оптимизация может быть выполнена лишь с учетом динамики процесса обслуживания, то есть при одновременном выборе и обосновании времени между профилактиками. Кроме того, Кг используется для сравнения однотипных вариантов уже созданных машин. При этом, очевидно, что с ростом знаменателя, отражающего временные затраты на обслуживание и ремонт, Кг монотонно уменьшается, что не дает ответа на оптимальные

значения показателей ремонтопригодности. Для этого введен показатель эффективности - удельные затраты, приходящиеся на единицу работы объекта(системы).

Е<

СЛ

С(Т) = ^__? (7)

где Т - суммарное время, которое система провела в работоспособном состоянии за период (0 - Т). С5Д8- средняя стоимость устранения отказов и среднее время простоя.

Если сравнить удельные потери С(Т) с удельной прибылью, получаемой в единицу времени - С„, то при С0)С(Т) система рентабельна при выбранной стратегии обслуживания. Этот вопрос должен

быть решен еще на стадии проектирования и, более того, время восстановления системы и связанные с ним затраты должны обеспечивать требуемую рентабельность. Другим экономическим показателем обслуживания системы является прибыль, получаемая при эксплуатации машины до произвольного календарного момента времени. При этом будем считать, что работа машины в течение единицы времени дает положительную прибыль С0 , а потери из-за простоя в единицу времени

равны С; .

Тогда средняя удельная прибыль определяется следующим образом

э

спр =--= СоКг -£с8К8 , (8)

в=1

где К8 - доля времени, проводимой системой в состоянии Б(8 = 1(1)8)

Показатель, средняя удельная прибыль, в форме (8) использовался ранее в ряде работ, однако в настоящее время в условиях нестабильности величин Сс и С; его применять неудобно из-за неопределенности изменения этих величин. Более удобным будет введение показателя (8) в несколько измененных вариантах

Спр = КГ(С0 , (9)

где Сз = (С —— 1) , С - потери за единицу времени. Или Кг

С"е=£к = Кг(1-2с8К8), (10)

8=1

где С* = С8 / Сс - удельные затраты на восстановление какого-либо блока системы, отнесенные к единице прибыли.

В числе основных показателей ремонтопригодности выступают вероятность восстановления в заданное время Рв(1в(Твлад) и

интенсивность восстановления Кроме самостоятельного

значения, как единичных показателей надежности, в отличие от часто употребляемых комплексных Кг и Кта> эти показатели фигурируют в качестве исходных данных в различных вариантах постановок

оптимальных задач анализа ремонтопригодности и мероприятий по ее повышению. В ГОСТе даются аналитические и статистические формулы, связывающие Рв(*в) и ^-в ) с другими характеристиками.

Из-за неопределенности в законах распределения времени восстановления Р„^в) и А.в(1в) определяются на основе выборочных экспериментов. Однако в некоторых случаях можно снять эту неопределенность и сделать попытку определения указанных выше показателей теоретическим путем. В работе приводится теоретическое

обоснование расчета показателей Рв^в) и А.В(ЧВ) через объем выполняемой работы и ее законов распределения. В качестве плотности распределения времени окончания работы принято а -распределение

тр) = -^^ехр[-1/2((р/0-а)2], (11)

где Р = \Утр / - относительный объем работы; а = т / а т -коэффициент однородности труда исполнителей. С - коэффициент усечения (при Ши1 / сги1 >2 с = 1).

При принятых допущениях, вероятность восстановления может быть определена двумя способами: с помощью таблиц нормированной интегральной функции распределения или таблиц а - распределения; прямым численным расчетом на ЭВМ.

В первом случае, а - распределите нормируется относительно

параметра Р следующим образом

= ф(у); Ф(У) = (1 / У2 л/2^) ехр[-1 / 2((1 / у) - сх)2 ], (12) где У = 1/р.

Во втором случае Рв (Чв) будет равна

Тв.зд

Рвав) = (р/л/2^) |(кА2ехр[1/2((р/1)-а)2] (13)

В свою очередь, численным путем интенсивность восстановления может быть определена с использованием общей формулы

Твлд

[1/2((|3/0-а)2] |с&/12ехр[1/2(ф/0-а)2] (14)

А.в(и=-^ = 1/Гехр ?ав) ^

Однако для численного расчета пределы интегрирования должны начинаться не с нулевых значений. Поэтому, нижний предел может быть равен либо, как это принято в машиностроении, подготовительно-заключительному времени Тп 3, либо, учитывать ранний срок окончания работ, как это требуется для сетевых графиков. Необходимые значения а и Р могут быть взяты на основании экспериментальных или справочных данных для типовых операций. Поскольку параметр а безразмерен (эта величина обратная коэффициенту вариации), то им можно пользоваться для сравнения условий выполнения восстановительных и других работ в различных РММ и бригадах. Так, при хорошей организации труда и постоянных квалифицированных кадрах а ~9 - 16 , при непостоянном составе исполнителей а « 2 - 5.

Приведенная выше методика может применяться при допущении о нормальном законе распределения производительности. Возникает вопрос о том, как будут изменяться результаты при других законах распределения, например, экспоненциальном?

Анализ экспериментальных данных по распределению времени устранения отказов лесных машин (в частности тракторов ТБ-1М, ТЛТ-100 и ЛХТ-100) показывает, что не всегда скорость восстановления может описываться нормальным законом распределения. Иногда это может быть логнормальный или экспоненциальный закон.

В первом случае суть рассуждений и результаты практически не меняются, следует лишь учитывать, что в данном случае вместо 1 будет фигурировать 1п I и, соответственно, изменяются формулы для расчета математического ожидание и с.к.о..

Во втором случае (экспоненциальном законе) приходится заново выводить закон распределения Г(ЧЕ ).

Согласно теореме о распределении функции случайного аргумента, искомый закон распределения времени завершения операций будет иметь вид

= (15)

где а^ - интенсивность скорости восстановления (т.е. выполнения работ) [ = 1 / т ^ час/нормочас].

Вероятность восстановления РВ(1Е), в данном случае, не удается выразить в аналитическом виде, т.к. интеграл (16) не является табличным

= |(Ш2)а

Г1-<™>]А (16)

Применение же обычных методов интегрирования (подстановкой или по частям) не приводит к результату. Поэтому, в данном случае, используя выражение для РП(ЧВ) в обычном виде,

т

= {сК/^ехр^а^/О] (17)

необходимо применить численное интегрирование с помощью ЭВМ. В работе доказано, что закон распределения времени восстановления зависит от закона распределения производительности и параметры его имеют специфическую форму, от у -распределения до нормального.

Выбор и обоснование стратегий контроля и восстановления лесных машин производился: методами стохастического динамического программирования на основе рекуренгного уравнения

N

/ьл I

(18)

(3; (п +1) = шах ^ р(к)" +(^(п) j=l

где 1,3 = - номер шага; Я<к),) - доход при переходе из 1 в 3 состояние при к-й стратегии; ()|(п + l),Qj(n) - соответственно, доходы

на п +1 шаге или за п предшествующих шагов.

В-моделей, физической основой, которой является представление процесса разрушения конструкции в виде постепенного накопления кумулятивных повреждений (КП). При этом за отказ принимается момент, когда суммирование повреждений достигает некоторого заданного критического уровня "Ь". Такой процесс накопления КП может быть интерпретирован как дискретная марковская цепь. Матрица переходных вероятностей имеет ленточный вид с одним поглощающим состоянием, соответствующим достижению уровня "Ь". Для определения степени повреждения через X шагов, выраженной вектором Рх, используется формула Колмогорова - Чепмена э(о)

рх=р^*прь], (19)

р(°)

где г<ь> - вектор начальных вероятностей, который записывается в следующей форме:

Р<Ь> =<Я1,Я2,...Яь_,,0>, (20)

где Щ - описывает состояние изделия в начальный момент времени. Например, условие ^ Ь = ^ означает, что ни один из элементов не

ТС •

находится в состоянии отказа. - вероятность того, что

первоначальные повреждения (риски, микротрещины, поры, непровары и т.д) находятся в состоянии ] .

Интегральная функция распределения (ИФР) времени до отказа

равна

1\Дх,в) = <Х) = Рх(в) (21)

и, соответственно, ВБР и интенсивность отказов, определятся так

Рш(х,в) = 1-Р№(х,в) (22)

Мх,в) = 1-Р(х,в)/Р(х-1,в) (23)

На основании полученных зависимостей, сравнительно просто, с помощью ЭВМ решаются поставленные задачи контроля и восстановления элементов металлоконструкций. В качестве искомых параметров, в этом случае, выступают: периодичность проверок, политика замены, требование ремонтопригодности, применяемое контрольное оборудование.

На основе контроля состояния системы рассматривались две возможные постановки задачи:

• при условии возможности постоянного контроля или периодического контроля предельно-допустимого уровня прогнозирующего параметра в(1), определить оптимальные значения этого уровня, при котором выбранный критерий будет экстремален.

• поскольку вероятность отказа зависит от степени близости замеряемого уровня прогнозирующего параметра к предельному значению, требуется определить оптимальную стратегию по восстановлению элемента системы в зависимости от величины уровня в(1.).

В соответствии с принятой схемой реализации случайного процесса рассматривалась система, находящаяся в трех состояниях: Б: - система работоспособна; Б2 - система аварийно ремонтируется; Бз - производится предупредительный ремонт(или регулировка). Данный процесс был

интерпретирован, как случайный полумарковский процесс, с дискретными состояниями и непрерывным временем. Для оптимизации стратегий ТО и ремонта введен критерий - средние удельные затраты на единицу времени безотказной работы системы (формула 7). В данном случае он был изменен за счет конкретизации некоторых коэффициентов и имел вид -_Р,2(в)Са+Р13(в)[Сп(в)+Ск]

М,(в) ' ( }

где Са - стоимость аварийного ремонта(или замены элементов); Сп -стоимость предупредительного ремонта; СК - стоимость контроля (заводского "з", или эксплуатационного "э").

Значение критерия и, соответственно, решение об оптимальной стратегии может быть найдено при известных Ру(в) и М((в). При

нахождении этих величин были высказаны два предположения о поведении прогнозируемого параметра (1(1): поведение прогнозируемого параметра представляет собой марковский случайный процесс; характер поведения прогнозируемого параметра - есть функция (линейная или нелинейная) случайного аргумента с известным распределением.

К первому предположению отнесли процесс накопления кумулятивных повреждений. При этом, как переходные вероятности Р(2, Рп г так 11 среднее время безотказной работы могут быть подсчитаны путем использования В-модели. Поскольку в данном случае рабочий цикл •заканчивается либо при отказе, либо по достижении критического значения прогнозирующего параметра "в", то в МПВ введены два поглощающих состояния - 8В и 8вЧ .

. Ориентированный взвешенный граф состояния

Рис. 1

Для нахождения ^¡и Ц; использовали теоретические положения теории В-моделей. Исходные данные для построения В-модели получены на основании моделирования процесса КП. Определяли матрицу переходных вероятностей (lj - j) , и дальнейший ход расчетов отличался,

так как для получения и Ц0 необходимо вычислить функцию распределения Fw(b). Fw рассчитывали с помощью ЭВМ по формуле(25)

Рх = Рс • Пх и Fw(t,в) = P(t <tOTK) = Рх(в). (25)

Тогда интенсивность отказа Ц; определится ,«. ч , Fw(x,b)

M.i(t,B) = l-——-— , х = и...

Fw(x-1,b)

В свою очередь, точечную интенсивность отказа Ц; (t) определяли по формуле

Hi(t) = fi(t)/Pi(t), (26)

где Pj(t) - вероятность безотказной работы при i -ом переходе из состояния в состояние, i = 1,2...n; fj(t) - функция плотности распределения отказов при i-ом переходе.

Из формулы (26) имеем Pj(t) = f;(t)/ ^¡(t). Так как вероятность отказа и вероятность перехода из состояния i в состояние i +1 составляют полную группу, то F;(t) = 1 - P;(t) .

Полученные значения вероятностей подставляли в формулу (24) и в зависимости от выбранной периодичности проведения профилактик, определяли величину затрат и оптимальное значение X .

Во втором случае, поведение прогнозирующего параметра может описываться линейной (или нелинейной) функцией случайного аргумента. Как и в первом случае, оптимальность стратегии оценивалась по критерию (24), причем Р12(в), Р13(в) а также М, сравнительно легко определены по уже имеющимся зависимостям, полученным при рассмотрении а, -распределения.

При расчете технологических процессов восстановления использовали сетевое планирование и управление, математической основой которого являются сетевые модели. Расчет сетевых моделей осуществляли двумя методами: детерминированным и вероятностным. С

помощью сетевой модели в детерминированной постановке определяли пооперационные характеристики ТП. Эти характеристики в дальнейшем использовали в вероятностных расчетах в качестве заданных параметров восстановления. На основании сетевой модели строили календарный график, производили выявление критического пути, а также корректировали последовательность операций с учетом резерва времени. Используя полученные характеристики операций, взятые из сетевой модели и календарного графика (с учетом его корректировки) рассчитывали вероятности выполнения или невыполнения отдельных операций. С помощью формул определяли окончательно вероятность восстановления Р„ и .

3.Анализ характера поведения прогнозирующих параметров лесных машин. С целью изучения взаимосвязи между характеристиками износов и наработкой нами, помимо замеров фактической величины износа деталей автомобилей МАЗ-509А и тракторов ТБ-1М, ТЛТ-100 и ЛХТ-100, проводились исследования закономерностей изнашивания деталей, лимитирующих надежность агрегатов лесных машин. Установлено, что нарастание износа деталей всех 4 групп подчиняется линейной зависимости, с высоким коэффициентом корреляции (0,957 -0,995). Полученные значения скоростей изнашивания и их с.к.о. позволили определить вероятностные характеристики изнашиваемых деталей - f(t), P(t) и tH .

Для анализа показателей безотказности н ремонтопригодности тракторов ОТЗ; выявления конструкции с низкой безотказностью и ремонтопригодностью; разработке рекомендаций, направленных на повышение приспособленности тракторов к устранению последствий отказов и оптимизации показателей, нами в течение 1981-1992гг. проводились исследования совместно с ОТЗ. Объектами исследований являлись образцы тракторов ТБ-1М, ТЛТ-100 и ЛХТ-100, находящихся на государственных испытаниях. За анализируемый период было зафиксировано 325 отказов на 18 опытных тракторах при средней наработке 4625 м.час, трактора ТБ-1М и 3829 м.час на трактора ТЛТ-100 и ЛХТ-100. Собранный статистический материал по наработке на отказ, продолжительности простоя в ТО и TP, трудоемкости устранения последствий отказов обработан пакетами MCAD и Statgraflcs на ПЭВМ IBM. Установлено, что среднее количество отказов у тракторов всех марок остается большим, так у трактора ТБ-1М - 164 отказа, а у тракторов ТЛТ-100 и ЛХТ-100-161 и 125 соответственно. Наибольшее количество отказов приходится на гидросистему и ходовую систему у

трактора ТБ-1М, а по остальным системам трактора количество отказов примерно одинаково. У тракторов ТЛТ-100 и ЛХТ-100 примерно равное среднее количество отказов по всем системам и составляет 34 - 38. Исключение составляет трактор ТЛТ-100, у которого количество отказов по ДВС равно 55. Отказы первой групп сложности составляют: 66.4% -ТБ-1М, 63,9% - ТЛТ-100 и 66,4% - ЛХТ-100. Наработка на отказ у трактора ТБ-1М самая высокая и составляет примерно 161м.час, а тракторов ТЛТ-100 и ЛХТ-100 примерна одинакова - 82м.час и 88м.час соответственно. Средняя оперативная продолжительность простоя и средняя оперативная трудоемкость устранения отказов ТБ-1М, ТЛТ-100 и ЛХТ-100 составляет соответственно - 0.57; 0.87 и 0.64час. и 0.64; 0.91 и 0.72чел.час. Наиболее трудоемкими и продолжительными по времени устранения являются отказы 3-ей и 2-ой групп сложности. Их продолжительность, в оперативном времени, составляет от 1.62 до 1.97.час. У всех тракторов наибольшие потери времени при устранении отказов приходятся на трансмиссию и ходовую часть(69.4% у трактора ТБ-1М, 81,9% у трактора ТЛТ-100 и 81,7% - ЛХТ-100). Это связано с тем, что на данные системы приходятся отказы 2-ой и 3-ей групп сложности, а простой, при устранении данных отказов, все еще остается значительным.

4. Анализ влияния стратегий ТО на показатели качества технического обслуживания. Были рассмотрены различные варианты стратегий, отличающихся друг от друга по ряду характерных признаков. Анализ функционирования лесных машин позволяет выделить два варианта стратегий, обозначенными буквами Е и И.

Функции плотности распределения отказов картера коробки передач.

Рис.2

П(Ч) - отверстия под подшипник первичного вала; (2(1) - отверстия под подшипник вторичного вала; ГЗ(Ч) - отверстия под подшипник промвала 120мм; Г4(1) - отверстия под подшипник промвала с!=90мм.

Графики вероятности безотказной работы картера коробки передач.

Рис.3

Р1(0 - отверстия под подшипник первичного вала; Р2(1) - отверстия под подшипник вторичного вала; РЗ(Ч) - отверстия под подшипник промвала <1= 120мм; Р4(1) - отверстия под подшипник промвала с1=90мм.

Стратегия Е. В начальный момент времени 1:0 система является

новой. При отказе система некоторое время простаивает до его обнаружения и выявления причин. В случайный момент времени, после выявления отказа, производится внеплановый аварийно-профилактический ремонт. После восстановления система снова работает до отказа и процесс повторяется. При этом вводится допущение о том, что при простоях системы и ремонтах отказавших блоков у остальных блоков не ухудшаются характеристики надежности.

Стратегия К Отличием этой системы является анализ предупредительных внеплановых профилактик и аварийно-предупредительных ремонтов частей системы (блоков), когда отказавший блок заменяется новым. При этом в системе проводится полное обновление, когда наработка достигает заданной величины, а при отказе блока проводится только его замена.

Как указывалось, коэффициент готовности (формула 6), характеризует долю времени, которую система проводит в работоспособном состоянии. Если исключить из периода X интервалы, в котором система простаивает в неработоспособном состоянии или ремонтируется, то поток отказов является суммой потоков отказов каждого элемента и образует процесс восстановления. В нашем исследовании, согласно экспериментальным статистическим данным, мы имеем дело с обычным процессом восстановления. Каждый поток восстановления характеризуется функцией восстановления и

средней длительностью восстановления.

N _

М,в(1)=£(Т1+Тн)Н;(0, (27)

¡=1

где Тн - среднее время поиска причин отказа.

С учетом элементарной теории восстановления, выражение для Кг было записано в более удобной для анализа ремонтопригодности форме

Кг=-N I „ • (28)

1 + У-

Критерий средних удельных затрат, приходящихся на единицу времени безотказной работы системы определится

(29)

¡=1

где С-- потери за единицу времени при проведении аварийно-профилактического ремонта ¡-го блока; Т; - среднее время восстановления 1-го блока; Сн - потери на поиск причин отказа в единицу времени.

Используя полученные выражения (28) и (29), целевая функция в виде средней удельной прибыли окончательно запишется

„.„ с-. да

Со , ^.ъ+т.

1 + 2,-

м,

С помощью выражений (29) и (30) можно на стадии проектирования отметить эффективность тех или иных мероприятий по повышению эффективности машины за счет улучшения свойств ремонтопригодности. Используя данные, полученные в разделе 3, рассчитаны показатели ремонтопригодности тракторов ТБ-1М, ТЛТ-100 и ЛХТ-100 и проанализировано влияние отдельных систем тракторов на численные значения их. Анализ характера поведения функций восстановления систем тракторов ТБ-1М, ТЛТ-100 и ЛХТ-100, и тракторов в целом показывает, что экспериментальные данные хорошо описываются линейной зависимостью с высоким коэффициентом корреляции(0.97-0.995).

Коэффициент готовности по всем системам и моделям тракторов меняется по зависимости [Кг =1/(а+ЬЧ)], коэффициент корреляции составляет - 0.92 у трактора ЛХТ-100, 0.93 - у трактора ТЛТ-100 и 0.98 - у трактора ТБ-1М. Наиболее быстрое изменение Кг у тракторов ТЛТ-100 и ЛХТ-100, а по системам - трансмиссия и ходовая часть. У всех тракторов к наработке 2000 м.час значение его приближается к нулю.

5.0птилшзация параметров эксплуатационной

технологичности и ремонтопригодности лесозаготовительных машин.

Поскольку в выражениях 29 и 30 удельные (или абсолютные) значения стоимостных коэффициентов Сь характеризующих средние удельные потери за единицу времени при проведении внепланового ремонта 1 - го блока будут различными, была поставлена задача -обеспечение в процессе проектирования оптимальных значений

Т* (средних времен на восстановление i -го блока).Математически задачу можно сформулировать следующим образом:

В системе, состоящей из N блоков найти оптимальные значения

средних времен восстановления блоков Т*, обеспечивающих экстремальные значения С(Т;) и Спр (Т;), т.е. С*(Т;) = гшп С(ТЛ)

С*пр(Т;)=тахСпр(Т*0 (31)

Т<п> = т[п]

Такая постановка представляют собой простейшую задачу нелинейного программирования с ограничениями областного типа и решена аналитическим методом Эйлера. При решении, лесную машину разбили на шесть независимых последовательно соединенных подсистем: 1 -двигатель, 2-трансмиссия, 3-гидросисгема, 4-технологическое оборудование, 5-ходовая часть, 6-электрооборудование. При указанной выше постановке задачи и принятых допущениях оптимальные значения

Т* определятся из условия

<1Т;

(1С*ПР(Т;) ¿Т;

= О

1=1(1)6

(32)

= 0

В результате получили систему неоднородных линейных алгебраических уравнений, которая в векторно-матричной форме имеет вид:

—- щ

А[6]-Т<6> = В<6>!

где

1<б> -

•и»

42'

'21 > й22'

'61>

43 >

л23'

а14> а15> а1б а24> а25> а26

- матрица

а62' а63> а64? аб5' а6б коэффициентов при неизвестных 1^*; Т<6> =< Т1,Т2,....Тб > - вектор

оптимальных значений ; В<6> =< Ь1,Ь2,....Ь6 > - вектор коэффициентов правых частей уравнений системы.

Особенностью системы является то, что диагональю матрицы

А^ являются нули, то есть ап = а22 = а33 - а44 = а55 = а66 = 0. Кроме того, целесообразным будет определение не абсолютных значений Ть а их относительных значений вида Т* / М4; = х*. В этом случае появляется возможность управления в процессе проектирования сразу двумя факторами: безотказностью или ремонтопригодностью блоков. При этом условии уравнение запишется следующим образом

А<6>-х:6> = в<6>. (33)

Выполнив вычисления в пакете МСАБ на ПЭВМ, были получены следующие алгебраические выражения:

- 3.631х2 - 0.433х3 - 1.478x4 + 0.097х3 + 0.194х6 = ]

0.784х! + 0.691х3 + 0.465х4 + 0.805х5 + 0.826х6 =: 0.302x5 - 2.232х2 - 0.729х4 + 0.370х5 + 0.437х6 = 1| (34)

0.596Х! -0.869х2 + 0.422х3 + 0.636х5 + 0.675хб = Г -0.108х, -4.130х2 - 0.587х3 -1.745х4 + 0.107х6 =

- 0.240x1 - 4.743х2 - 0.777х3 - 2.073х4 - 0.119х5 = 1|

Для сравнения полученных результатов при решении системы алгебраических уравнений (34) была разработана методика оптимизации показателей ремонтопригодности через затраты, вложенные при разработке конструкции тракторов. Получены расчетные уравнения: Оптимальных расходов на разработку 1 - ой системы

а,

Оптимальных времен восстановления 1 - ой системы

Т;*=[(агА,)/(С;+8)]1/(а1+1). (36)

Общей эффективности механизма э = ЖГ, - £ [С,7, + /,(7,)]= - ± [(а,А,) /(С,. + ¿>),/("'+1)]] -

-¿{с,[(а;А;)/(С; +[(С; +5)/а;][(а;А;)/(С; +8)]1/(а'+,)

П 1/(а1+)

= 8Тобщ-£(1 + а^(8 + С;)[(а^)/(С{+8)]

¡=1

~^Тобщ -¿А;[(а; + 1)/а;1(С; +5)/(а;А;)р/(а1+1). (37)

¡=1

Полученные оптимальные средние времена простоя тракторов, при устранении отказов в системах использовали для оптимизации

периодичности проведения профилактических и восстановительных *

работ- Т по комплексному критерию, отражающего с одной стороны

* л

возрастание времени функционирования при Т —> и и, с другой снижение за

_ п _

СппТпп + С1Т;Н;(т)

*

стороны, снижение затрат при Т —> оо.

спр

(38)

Х+Т„„ + £ Т1Н;(Т) ¡=1

При экспоненциальном законе распределения наработки до отказа ¡-ой системы, расчет оптимальной периодичности проведения

профилактических работ имеет единственное решение(формула 39)

и

С 0 + С пп ^ \ Т1А, ¡(С 1 — С пп )

т- = Тлп--.-^--(39)

П П

Т£Т|Я.4Х,(С1 -СО

1=1 1=1

п п

Так как Н,'(т) = Хь]Г Т^;

1=1 1=1

п п

¡=1 ¡=1

Выполненный расчет в пакете МСАО ( формула 39) показал, что

оптимальный срок предупредительной профилактики ("С*) составляет 122,079 м.час. Таким образом, при данных показателях безотказности, только за счет уменьшения продолжительности простоя при устранении отказов можно изменить периодичность проведения профилактик. При существующей периодичности Т0(100 - 300 - 900м.час), можно рекомендовать (120 - 360 - 1080м.час), средняя прибыль составляет 0.849(относительных единиц) при существующей в настоящее время 0.815. Среднее количество отказов на трактор за наработку 120м.час составляет Н(т) = 1.4, а коэффициент готовности Кг = 0.89.

6Анализ оптимальных стратегий контроля и ТО с помощью методов стохастического динамического программирования и В-моделей. Цель: реализация заложенной долговечности элементов металлоконструкций лесных машин, путем проведения восстановительных работ. Факторы: периодичность работ, удельные затраты. Стратегии: эксплуатационный контроль без использования диагностических средств; глубокий контроль с использованием

диагностических средств, эксплуатационный контроль с устранением трещины путем ремонта; эксплуатационный контроль с заменой элемента металлоконструкции; глубокий контроль с ремонтом и глубокий контроль с заменой элемента металлоконструкции. Состояния: - работоспособное и неработоспособное. Оптимизационная модель состояла из двух этапов: определения размера трещины от наработки трактора и расчета стратегий контроля. При стохастическом динамическом программировании использовали рекурентное уравнение

У{(п + 1)= тах£ + ^(п)], (40)

Н

где к - номер стратегии; V; (п +1) - полный доход за п+1 этапов; ^ -соответственно, номера данного и последующего состояний системы

Теорию В-моделей использовали для расчета вероятностных характеристик, формула Колмогорова-Чепмена (19), при разных стратегиях контроля и ТО (в зависимости от выбранного размера трещины в металлоконструкциях технологического оборудования). По характеру изменения вероятностных характеристик принимали решение о выборе стратегии контроля и ТО.

Определение оптимальной стратегии расходов по времени эксплуатации. Для определения оптимальной стратегии расходов на проведение профилактических и восстановительных работ лесозаготовительной техники необходимо знать выделяемые лимиты на данные работы. Анализ работы лесозаготовительных предприятий не позволил установить их конкретные величины. Поэтому, данная задача видоизменена и сформулирована следующим образом: на основании полученных данных в процессе оптимизации показателей ремонтопригодности тракторов ТБ-1М, ТЛТ-100 и ЛХТ-100 определить оптимальную величину лимитов и их распределение по годам. Цель: реализовать заложенные свойства надежности лесной машины в процессе эксплуатации. Факторы: безотказность, ремонтопригодность (среднее время устранения отказов, стоимость устранения отказов), уровень организации производства (количество отказов устраняемых в единицу времени). Стратегия: снижение общего количества отказов 2-ой группы (отказы 2-ой и 3-ей групп сложности), затраты на устранение которых ведут к превышению уровня лимита, и повышение эффективности

техники. Аналитический обзор состояния проблемы позволяет заключить, что искать решение целесообразно в следующем виде ь _ у Сцс^1п С^-С1±

ц _ Сца1 ( ^ } , Си«{ 1д С2{ -Си , (41)

£

где С); - стоимость единицы времени восстановления отказов 1-ой категории. Расходы на устранения отказов 1-ой категории не превышают лимит отпущенный на конкретный год эксплуатации; С2; - стоимость единицы времени восстановления отказов 2-ой категории, расходы на устранение данных отказов превышают отпущенный лимит; 1/5, -математическое ожидание времени восстановления в 1-ом году; а; / -математическое ожидание всего годового времени восстановления; о^ -математическое ожидание количества отказов за год; Ь, Ь; - величина

общего лимита и лимита конкретного года.

Моделирование распределения лимита показало, что вероятность возникновения отказов 2-групп сложности существенно зависит от выделяемого лимита, от уровня организации производства, от продолжительности простоя. В качестве примера произведен расчет лимита для трактора ТБ-1М с существующими показателями ремонтопригодности и с показателями оптимизированными.

7.Расчет оптимальных стратегий ремонта системы на основе контроля ее технического состояния. Критерием оценки оптимальности выбора стратегий ремонта и ТО нами выбран доход получаемый от эксплуатации техники, величина которого зависит от вероятностей нахождения системы в состоянии ремонта или профилактического обслуживания. При нахождении их величин были рассмотрены два варианта характера поведения прогнозируемого параметра:

• поведение прогнозирующего параметра представляет собой случайный марковский процесс;

• характер поведения прогнозирующего параметра - функция (линейная или нелинейная) случайного аргумента с известным распределением.

К первому варианту отнесен процесс кумулятивного повреждения, ко второму - процесс изнашивания деталей. Первый вариант рассмотрен с

использованием теории В-моделей. Однако следует учесть особенность, связанную с выбранным типом профилактики. Поскольку в данном случае рабочий цикл заканчивается либо при отказе, либо по достижении критического значения прогнозируемого параметра "в", то МПВ было введено два поглощающих состояния - Бв и 8В -1. Цель: разработать теорию выбора оптимальной стратегии ремонта и ТО на основе марковских процессов. Стратегия: повышение эффективности лесозаготовительной техники за счет оптимизации периодичности проведения профилактических и ремонтных работ. В работе приведен расчет оптимальности проведения ремонтных и профилактических работ деталей класса "вал". Второй вариант базировался на данных, полученных в разделе исследования характера поведения прогнозируемого параметра (в частности износа). В качестве примера проведен расчет промежуточного вала коробки передач лесовозного автопоезда. Так, при ресурсе вала, равном 52т. км пробега, целесообразно производить его замену через пробег 34т.км. При этом вероятность отказа составит 0.17, а удельные затраты равны 0.817от.ед/км. 8 Анализ технологических процессов восстановления с помощью сетевых графиков. Сетевые модели являются математической основой сетевого планирования и управления (СПУ). Применение СПУ позволяет осуществить рациональные или оптимальные управления ТП и, тем самьм, повысить его эффективность и предсказуемость (прогнозирование). Кроме того, при определенных условиях СПУ может являться основой для расчета материальных средств для осуществления ТП в заданные сроки и с высоким качеством. Как отмечалось, расчет сетевых моделей ведется двумя методами: детерминированным и вероятностным. В данной главе разработаны теоретические положения расчета сетевых графиков на основе теории В - моделей и проведен пример расчета сетевого графика ТО-1. Для определения вероятностей выполнения работ в заданное время воспользовались теоретическими положениями по расчету Р„(1В), (формулы 13 и 17)..

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В результате проведенного исследования установлено:

Проблема повышения ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности лесных машин является актуальной, т.к. решение ее позволит существенно снизить затраты на восстановление работоспособности машин и повысить доход от их эксплуатации.

Количественные характеристики показателей ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности имеют случайный характер и для их расчета необходимо использовать математический аппарат случайных процессов.

Значения показателей, вероятность восстановления в заданное время и интенсивность восстановления, существенно зависят от функции плотности распределения времени восстановления, которая в настоящее время выбирается интуитивно, что приводит к искажению их значений, поэтому, в большинстве исследований основными показателями ремонтопригодности являются - среднее время восстановления и средняя трудоемкость.

2. Установлено, что поведение прогнозируемого параметра может быть описано а - распределением, параметры которого определены в работе для различных классов изнашиваемых деталей.

Анализ изнашиваемых деталей показал, что до 30-50т.км происходит интенсивное нарастание износа, затем до 130-150т.км -плавное изменение и далее интенсивное. Таким образом, участок 0-4От.км отнесен к периоду приработки и функции плотности распределения отказов, отнесенные к сх -распределению получены на участке 40-150т.км В силу специфики работы лесозаготовительных и лесотранспортных машин наибольшему изнашиванию подвержены детали пониженных передач (1-ой,2-ой,3-ей). Соответственно, сроки службы данных деталей почти на порядок ниже, чем деталей повышенных передач (4-ой,5-ой). Так массовые отказы шестерен первой и второй передач наступают после 52т.км и 80т.км соответственно, в то время как отказы шестерен 4-ой и 5-ой передач - 120т.км и 170т.км

Наибольшее количество отказов у трактора ТБ-1М приходится на гидросистему - 28.3%, ходовую часть - 17.8%, трансмиссию и технологическое оборудование - 24%; у тракторов ТЛТ-100 и ЛХТ-100 -на трансмиссию и ходовую - 25.2%, гидросистему - 36.9%. Отказов первой группы сложности у всех тракторов (ТБ-1М, ТЛТ-100 и ЛХТ-100) одинаково и составляют примерно 66%. Наработка на отказ наиболее высокая у трактора ТБ-1М, в то время, как у тракторов ТЛТ-100 и ЛХТ-100 примерно одинаково.

3. Показатели эффективности ТО и ремонтопригодности могут быть разделены на 2 группы, причем к первой из них отнесены показатели, учитывающие приспособленность конструкции к проведению профилактических и восстановительных работ(среднее время восстановления, вероятность восстановления в заданное время,

интенсивность восстановления), ко второй - показатели эффективности лесозаготовительных машин(средняя удельная прибыль и средние удельные потери). Причем, в качестве основного критерия целесообразно принять среднюю удельную прибыль в форме, представленной в работе. Анализ характера их поведения показал, что с увеличением срока эксплуатации средние удельные потери существенно возрастают и описываются логарифмической зависимостью с коэффициентом корреляции 0.99. Прибыль, при наработке тракторов более 2000м.ч., приближается к нулю. Теоретическим законом изменения прибыли является экспоненциальная зависимость, с коэффициентом корреляции 0.97-0.98.

4. Закон распределения времени восстановления может быть представлен в виде квази а -распределения у которого параметры распределения имеют специальную форму, выведенную в работе. Параметрами данного распределения выступают - относительный объем работы (отношение объема работы к его среднему квадратическому отклонению) и коэффициент однородности труда (отношение математического ожидания объема работы и его среднему квадратическому отклонению).

5. При определении оптимальной стратегии контроля и ТО методом стохастического динамического программирования установлено, что выбор стратегии зависит от состояния системы (работоспособное или неработоспособное). При работоспособном состоянии целесообразно использовать стратегию эксплуатационного контроля с применением диагностического оборудования, а при неработоспособном эксплуатационный контроль с устранением дефекта путем заварки трещины.

Повышение качества эксплуатационного контроля позволяет отбраковать на 35.6% большее число поврежденных элементов (дефект типа трещины). Однако, при этом, больший вклад в надежность (на 18.85%) дает замена отказавших элементов на новые, чем устранение дефекта путем заварки.

6. Разработанная теория расчета сетевых моделей с использованием теории B-моделей позволяет получить удовлетворительное схождение экспериментальных данных с данными, полученными при расчете В-моделей: причем: наилучшее согласие имеет экспоненциальное распределение производительности исполнителей. Ошибка составляет 1% - 6%, что вполне допустимо для расчета сетевых графиков.

Применение разработанной теории расчета сетевых моделей позволяет на стадии проектирования лесозаготовительной техники оценить приспособленность ее к проведению профилактических и ремонтных мероприятий, оптимизировать управление технологическим процессом ТО и ремонта, повысить его эффективность.

7. Простои тракторов при устранении отказов велики, особенно при устранении отказов 2-ой и 3-ей групп сложности трансмиссии, ходовой части и технологического оборудования. Распределение накопленных потерь от простоя тракторов, при возникновении отказов в данных системах показывает, что 90% времени простоя приходится на устранение отказов трансмиссии, ходовой части и технологического оборудования, количество отказов по данным системам составляет 41.8%.

8. Установлено, что оптимальным среднем временем на восстановление 1 -ых блоков является: двигатель - О.ЗЗбчас; трансмиссия - 0.537час; ходовая часть - 0.276час; технологическое оборудование -О.ЗбЗчас; электрооборудование - 0.069час, гидросистема -0.259час для тракторов с манипуляторным оборудованием (время оперативное). При этом средства, вкладываемые в разработку конструкций с уменьшенным временем восстановления на 0.01час, составляют: двигатель - 199349руб, трансмиссия - 293090руб, ходовая часть - 156761руб, технологического оборудование - 222554руб, электрооборудование - 34316руб, гидросистема - 114948руб.

Сравнение со средним временем восстановления, полученных при исследовании показателей ремонтопригодности тракторов показало, что близко к оптимальным величинам относится среднее время восстановления двигателя и вспомогательных агрегатов - 0.3136 и гидросистемы - 0.2531 (трактор ТБ-1М). Реальное среднее время восстановления остальных систем тракторов существенно отличается от оптимального, а у трансмиссии отличие составляет почти 300% у трактора ТБ-1М и ЛХТ-100 и 600% - ТЛТ-100. Изменение средних времен восстановления систем тракторов позволит перейти на новый срок проведения профилактических обслуживании. При существующей периодичности ТО(100-300-900м.час) можно рекомендовать (120-360-1080м.час). Средняя прибыль от эксплуатации тракторов с измененной периодичностью профилактических обслуживании возрастает на 42.3%, а коэффициент готовности - с 0.81 до 0.89.

9. Величина общего лимита расходов на восстановление существенно влияет на безотказность лесных машин. При его увеличении снижаются: вероятность отказов (2-ой и 3-ей групп сложности) и затраты на

восстановление. Возрастание общего лимита, примерно в 5 раз, снижает вероятность отказов данных групп с 0.68 до 0.14, при этом, эксплуатационные затраты уменьшаются, примерно, в 2 раза.

10. Выполненные исследования позволили выявить ряд недостатков в конструкции тракторов ТБ-1М, ТЛТ-100 и ЛХТ-100 и внести рекомендации по их устранению, которые предусматривали: внесение конструктивных изменений в трактора; изменение технологии(последовательности) выполнения операций; комплектации штатным и дополнительным инструментом и приспособлениями.

Внедрение мероприятий позволило сократить суммарное время простоя трактора при устранении отказов на 3.25часа(время оперативное) и снизить нормативное время простоя трактора в текущем ремонте на 6.3%. При этом, снижение удельной суммарной оперативной трудоемкости ТР тракторов составило 0.0182чел.час/м.час, а прибыль от эксплуатации одного трактора ТБ-1М увеличилась на 65.26руб. При объеме выпуска 2000тракторов ТБ-1М годовой экономический эффект составил 130520руб.(в ценах 1986г), а по тракторам ТЛТ-100 и ЛХТ-100 -156000руб( в ценах 1989г).

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Мазуркевич М.А.,Кукконен С.П., Серебрянский Н.И. Анализ голосов деталей КП лесовозного автопоезда МАЗ - 509А//Сб.науч.трудов. -Л.:, 1975. - с42-48.

2. Мазуркевич М.А., Серебрянский Н.И., Эгипти А.Э, Определение коэффициентов ремонта деталей лесотранспоргных машин//Проблемы развития лесной промышленности и лесного хозяйства Карелии. Сб.науч.трудов. - Петрозаводск: Петрозаводский госуниверситет, 1976. с 62 - 65.

3. Мазуркевич М.А, Дратунович В.И. Определение допустимых износов допустимых износов деталей лесотранспоргных машин// Вопросы механизации и автоматизации работ в лесной промышленности. Сб.научныхтрудов,- Л.:, ЛТА, 1976, с 26 - 28.

4. Мазуркевич М.А, Серебрянский Н.И. Способ определения предельных износов деталей// Проблемы развития лесной промышленности и лесного хозяйства Карелии. Сб.научных трудов,-Петрозаводск. Петрозаводский госуниверситет, 1981, с 36 - 38.

5. Мазуркевич М.А., Серебрянский Н.И. Предельные износы деталей КП лесовозного автопоезда МАЗ-509 и сроки их службы// Проблемы развития лесной промышленности и лесного хозяйства Карелии. Петрозаводск, Петрозаводский госуниверситет:, 1981, с 38 - 40.

6. Мазуркевич М.А., Серебрянский Н.И. Повышение надежности капитально отремонтированных машин оптимизацией допустимых износов//Машины и орудия для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства. Сб.науч.трудов. - Л.: ЛТА, 1983, с 82 - 86.

7. Мазуркевич М.А., Серебрянский Н.И. Допустимые износы и надежность капитально отремонтированных тракторов ОТЗ// Материалы Всесоюзной научной конференции. - Челябинск, 1982, с 68 - 71

8. Мазуркевич М.А., Зайцев Ю.Ф.,Серебрянский Н.И. К вопросу об оптимизации технического обслуживания и ремонта тракторов ОТЗ//Тез.докл.научно-техн.конференции. - Петрозаводск. Петрозаводский госуниверситет. 1983, с 57 - 58.

9. Мазуркевич М.А.., Кукконен С.П. Планирование оптимальных норм расхода запасных частей передаточных механизмов лесовозного автопоезда МАЗ-509А/ Депонированная рукопись,- ВИНИТИлеспром., Москва. 1983, с12.

10. Мазуркевич М.А., Серебрянский Н.И. Вероятностный метод расчета количества постов по текущему ремоту //Тез.докл.научно-техн.коференции. - Петрозаводск Петрозаводский госуниверситет. 1985, с 64 - 66.

11. Мазуркевич М.А Лобашев В. Д.,., Серебрянский Н.И. Прогнозирование показателей ремонтопригодности трелевочных тракторов //Тез.докл.научно-техн.конфепенции. - Петрозаводск. Петрозаводский шсуниверсигет, 1986. с 74 -76.

12. Мазуркевич М.А., Серебрянский Н.И. Повышение эксплуатационной эффективности тракторов ОТЗ //Машины и орудия для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства. Сб.науч.трудов. - Л.: ЛТА, 1986. с 82 - 86.

13. Мазуркевич М.А., Петраков Н.А., Серебрянский Н.И. Нужны плановые текущие ремонты тракторов ОТЗ //Материалы Всесоюзной научно-практической конф. - М.: Ценгр.правление НТО ЛПиЛХ. 1986. с 14 - 17.

14.Мазуркевич М.А., Серебрянский Н.И. Решение задач по эксплуатации и ремоту лесных машин с использованием ЭВМ// Тез.докл. научно-технической конференции -Петрозаводск, ПТУ. 1986, с 44-47.

15. Мазуркевич М.А.Лобашев В.Д., Кукконен С.П., Минимизация стоимостных затрат на ремонт агрегатов //Тез.докл.научно- технической конференции. - Петрозаводск. Петрозаводский госуниверситег. 1986. с 29 -30.

16. Мазуркевич М.А.Белый Е.К., Кильпеляйнен С.А., , Серебрянский Н.И. Микрокомпьютерная программа для анализа надежности и эффективности лесозаготовительных систем машин //Лес, окружающая среда и новые технологии в Северной Европе: Информационные материалы международной конференции. Петрозаводск, сентябрь 1993 -Йоэнсуу (Финляндия): Университет г.Йоэнсуу, 1994. с 454-456

17. Мазуркевич М.А Кильпеляйнен С.А.,. Некоторые вопросы исследования показателей надежности лесосечных машин //Повышение технического уровня машин и оборудования лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства. Сб.научлрудов. -.: СПб, 1996. с 95 -96.

18. Мазуркевич М.А. Повышение эксплуатационной технологичности лесных машин путем применения вероятностных моделей. - М:, ВИНИТИ, Депон. N ,1998. с 126 .

19. Мазуркевич М.А. Обоснование периодичности проведения регулировочных работ в двигателе семейства СМД методом определения вероятностных характеристик поведения прогнозирующего параметра //Сб.наун.трудов.Вьш.1 - Петрозаводск, Петрозаводский госуниверситет, 1996. с 46-48.

20. Мазуркевич М.А Кильпеляйнен С.А.,. Обоснование оптимальной системы технического обслуживания гидроманипулятора по критерию минимальных затрат и потерь в период эксплуатации //Сб.науч.трудов.Вып.1. - Петрозаводск. Петрозаводский госуниверсигет, 1996. с 48-51.

21. Мазуркевич М.А. Общая постановка задачи выбора стратегии ТО лесных машин// Повышение эффективности подготовки биомассы дерева к переработке на щепу. Сб. Научных трудов. КАРНИИЛП.: -Петрозаводск. 1997, с 38 - 41.

22. Мазуркевич М.А. Обоснование стратегий технического обслуживания и замены элементов металлоконструкции лесных машин методом В-моделей//Повышение эффективности работы лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства. Межвузовский Сб.научных трудов/ С-Пб, 1997, с79-90.

23. Мазуркевич М.А..К вопросу теоретического определения показателей ремонтопригодности методом снятия неопределенности в законах распределения времени восстановления// Повышение эффективности работы лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства, Межвузовский сб.научных трудов/ С-Пб, 1997, с90-98.

24. Мазуркевич М.А. Определение оптимальных стратегий ТО и ремонта с учетом лимитов на восстановление// Региональные проблемы

развития лесного комплекса: Тез. Докладов Республ. научно -практической конференции/. КАРНИИЛП. - Петрозаводск. 1998, с - 28.

25. Мазуркевич М.А. О теоретическом определении показателей ремонтопригодности// Труды ПетрГу, серия Прикладная математика и информатика. Выпуск 6/ Петрозаводск, 1997, с 119-126.

26. Мазуркевич М.А. Оптимизация периодичности проведения технического обслуживания лесных машин. М.: ВИНИТИ, 11998. Депон. №_, 6с.

Просим Ваши отзывы по автореферату в двух экземплярах с заверенными подписями направлять по адресу: 194018, г. Санкт-Петербург, Институтский пер. 5Лесотехническая академия, Ученый Совет.

Мазуркевич Михаил Алексеевич

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СТРАТЕГИЙ РЕМОНТА И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЛЕСНЫХ МАШИН НА ОСНОВЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ МОДЕЛЕЙ

Р№ 040110 от 10.11.96 Подписано в печать 19.10.98. Формат 60 х 84/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. 2,2 уч. - изд. л 12 усл. кр - отт. Изд. № 143 Тираж 80 экз.

Издательство Петрозаводского государственного университета Петрозаводск, пр. Ленина, 33

/Tz p^hU-ct^c/c-tf^ ______наук

ВАК России

\

\

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

МАЗУРКЕВИЧ МИХАИЛ АЛЕКСЕЕВИЧ

удк 630. 377. 4:510. 67

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СТРАТЕГИЙ РЕМОНТА И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЛЕСНЫХ МАШИН НА ОСНОВЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ МОДЕЛЕЙ

05. 21. 01. Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант, доктор техн. наук, профессор Андреев В.Н.

Санкт-Петербург - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................ . 6

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ............. 15

1.1 Основные определения............................. 15

1.2 Анализ научных исследований, посвященных вопросам ремонтопригодности и техническому обслуживанию... 18

1. 4 Задачи исследования.............................28

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ЛЕСНЫХ МАШИН........ 30

2.1 Общая постановка задачи выбора параметров........ 30

2.2 Показатели оценки ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности................. 33

2.3 Показатели эффективности системы технического обслуживания и ремонтопригодности................ 38

2.4 Определение показателей ремонтопригодности, вероятности и интенсивности восстановления в заданное время................................... 45

2. 5 Выводы по второй главе........................... 54

3. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРА ПОВЕДЕНИЯ ПРОГНОЗИРУЮЩИХ

ПАРАМЕТРОВ ЛЕСНЫХ МАШИН.............................. 56

3.1 Определение вероятностных характеристик

поведения прогнозирующего параметра............. . 56

3.2 Анализ износов деталей лесных машин.............. 68

3.2.1. Анализ характера поведения вероятностных

характеристик изнашиваемых деталей........ 78

3.3 Анализ показателей безотказности и ремонтопригодности тракторов ТБ-1М,ТЛТ-100

и ЛХТ-100........................................ 89

3.4 Определение характера поведения прогнозируемых параметров с помощью В-моделей................... 103

3.5 Выводы по третьей главе.......................... 111

4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СТРАТЕГИЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЛЕСНЫХ МАШИН..... 114

4.1 Теоретическая постановка задачи технического обслуживания..................................... 114

4.2 Определение оптимальных стратегий контроля и технического обслуживания с помощью методов стохастического динамического программирования... 119

4.3 Определение оптимальных расходов по времени эксплуатации лесозаготовительной техники......... 122

4.4 Применение теории В-моделей в задачах обоснования стратегии периодического контроля................ 126

4.5 Определение оптимальных стратегий ремонта при профилактике и восстановлении свойств системы

на основе контроля ее состояния.................. 130

4.6 Выводы по четвертой главе........................ 139

5. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СТРАТЕГИЙ ТО НА ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА

ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЛЕСНЫХ МАШИН............... 140

5.1 Анализ показателей эффективности эксплуатации

лесных машин..................................... 140

5.2 Определение показателей качества технического обслуживания с помощью В-моделей................. 161

5.3 Выводы по пятой главе............................ 171

6. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ И РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ ЛЕСНЫХ МАШИН.... 173

6.1 Анализ возможных стратегий ТО по способу восстановления работоспособности

лесозаготовительных машин........................ 173

6.2 Оптимизация периодичности проведения технического обслуживания........................ 179

6.3 Оптимизация времени простоя в ремонте по техническим причинам систем тракторов ОТЗ........ 198

6.4 Определение оптимальной стратегии с учетом

лимита расходов.................................. 208

6.5 Выводы по шестой главе........................... 218

7. ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СТРАТЕГИЙ КОНТРОЛЯ ПО

ВИДУ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСНЫХ МАШИН..................... 222

7.1 Расчет оптимальных стратегий с помощью метода стохастического динамического программирования... 222

7.2 Расчет оптимальных стратегий при известном распределении случайного аргумента............... 228

7.3 Расчет оптимальных стратегий при представлении прогнозирующего параметра в виде марковского процесса......................................... 233

7.4 Выводы по седьмой главе.......................... 241

8. ПЛАНИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОГО

ОБСЛУЖИВАНИЯ ЛЕСНЫХ МАШИН............................ 243

8.1 Теоретические положения анализа технологических процессов ТО с помощью сетевых графиков.......... 243

8.2 Анализ технологического процесса ТО с помощью детерминированной сети........................... 251

8.3 Анализ технологического процесса ТО с помощью вероятностной модели............................. 254

8. 4 Выводы по восьмой главе.......................... 264

9. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..... 265

9.1. Рекомендации, внедренные в конструкции лесных машин с целью повышения эксплуатационной технологичности................................ 265

9.2. Расчет показателей эффективности эксплуатации лесных машин при внедрении оптимальных показателей ремонтопригодности................. 268

9.3. Расчет нормативного времени простоя трактора ТБ-1М после внесения конструктивных изменений...................................... 272

10. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ....................... 275

ЛИТЕРАТУРА........................................... 281

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................... 294

ВВЕДЕНИЕ

За последние два десятилетия в лесной промышленности существенно изменился машинно-тракторный парк. Это стало возможным благодаря созданию новой отрасли - лесное машиностроение. Появились валочные, трелевочные, сучкорезные, лесопосадочные и др. машины, предназначенные для повышения производительности труда, улучшения условий работы рабочих в лесной отрасли. Основное внимание при конструировании и создании новых машин уделяется вопросам повышения надежности конструкции, а именно безотказности и долговечности. Следует отметить, что несмотря на применение при изготовлении более современных прочных материалов и создание совершенных конструкций, количество отказов все еще остается значительным и практически не снижается продолжительность простоя лесозаготовительной техники, вызванная отказами по техниеским причинам и связанными с ними текущими ремонтами. На протяжении многих лет в лесной промышленности величина коэффициента технической готовности колеблется в пределах 0,7 - 0,75, а затраты на техническое обслуживание и ремонт, за время эксплуатации техники, значительно превышают соответствующие затраты на изготовление.

Следствием длительных простоев, более 20% лесозаготовительной техники простаивает в текущем ремонте[117], обусловленных устранением возникших при эксплуатации машин отказов и потерями времени на ремонты, является большой экономический ущерб, нано-

симый лесной промышленности.

Можно указать две основные причины значительных простоев и затрат труда и средств на техническое обслуживание и ремонт техники [37] :

- техническое несовершенство конструкций лесных машин в отношении их приспособленности к обслуживанию и ремонту при эксплуатации;

- несовершенство организации системы технического обслуживания и ремонта лесозаготовительной техники.

В процессе конструирования машин и их изготовления предполагается поддерживать их работоспособное состояние путем проведения профилактических и ремонтных работ, следовательно, конструкции машин должны быть приспособлены к этим работам, причем периодичность выполнения и затраты на них должны быть установлены из условия обеспечения оптимального значения показателя эффективности использования машин. Такое свойство надежности называется ремонтопригодностью. Как и другие свойства надежности, ремонтопригодность оценивается количественно показателями установленными ГОСТом[1, 3, 4, 5].

Следует отметить, что если такие свойства надежности, как безотказность и долговечность исследована достаточно подробно и глубоко и на этой основе опубликовано большое количество работ, то научные основы ремонтопригодности изучены еще недостаточно и библиография, посвященных этому вопросу сравнительна невелика. Наиболее полное рассмотрение вопросов ремонтопригодности можно

найти в ограниченном числе источников, например в работах [48-53,80-85], которые относятся, в большинстве случаев, к радиоэлектронной промышленности.

Так как в понятие ремонтопригодности заложено "свойство конструкции, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и их последствий путем проведения ТО и Р", а характер выполнения, объемы и содержание работ обуславливают различные требования к приспособленности конструкций для проведения этих работ, то это обстоятельство явилось причиной применения в эксплуатации оборудования термина "эксплуатационной технологичности"[71, 75], и общие требования по обеспечению ремонтопригодности должны содержать требования к эксплуатационной технологичности.

В настоящее время внимание специалистов лесного машиностроения привлечено к развитию теоретических и практических основ исследования качества и надежности изделий, с точки зрения приспособленности их к профилактическим и ремонтным мероприятиям, так как необратимость ранее принятых решений, неопределенность обстановки, которая сложится при эксплуатации техники, постоянно возрастающая сложность самой техники в значительной степени повышают ответственность научного обоснования характеристик. Кроме того, в условиях ускорения научно-технического прогресса сокращаются сроки эффективного существования ее, в связи с моральным старением, усилением конкурентной борьбы за рынки сбыта.

Отсутствие научно обоснованных методик определения значений

показателей эксплуатационной технологичости затрудняет выбор их оптимальных значений. Так как факторы, влияющие на обоснование показателей эксплуатационной технологичности, случайны и носят вероятностный характер, то выбор их оптимальных значений целесообразно проводить на основе системного подхода и вероятностных моделей.

Целью работы является: повышение эффективности функционирования лесных машин за счет улучшения показателей эксплуатационной технологичности.

Научную новизну работы составляют: разработка теоретических основ на которых базируются: получение законов распределения отказов различных типов элементов конструкции лесных машин для ре- > альных процессов изнашивания; анализ технологических процессов восстановления и выбор оптимальных их вариантов с учетом вероятностных сетевых графиков; формулы для аналитического определения | показателей ремонтопригодности при различных законах распределения производительности в виде квази а- распредления. Математические модели и показатели, полученные в результате применения теории марковских процессов, в частности В-моделей, для обоснования оптимальной стратегии контроля и ремонта лесных машин. Выявленные закономерности влияния стохастичности характеристик, учитывающих уровень эксплуатационной технологичности и ремонтопригодности, на показатели эффективности использования лесных машин, включающие аналитические и экспериментальные зависимости. Математические модели, критерии, разработанные алгоритмы и прог-

раммы, полученные на основе оптимизации показателей ремонтопригодности для новых лесозаготовительных машин и оптимизации средств(лимита) на восстановление их свойств в процессе эксплуатации

Проведенные исследования и разработанные математические методы оценки значений показателей ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности, базирующихся на теории марковских процессов, позволили значительно расширить теоретические положения теории надежности в области технической эксплуатации лесных машин за счет: получения законов распределения отказов различных типов элементов конструкций лесных машин для реальных процессов изнашивания; применения теории В-моделей, для обоснования оптимальной стратегии текущего ремонта и технического обслуживания; обоснования оптимальных стратегий текущего ремонта при различном характере, описывающим поведение прогнозируемого параметра; использования вероятностных сетевых графиков для анализа технологических процессов технического обслуживания с использованием теории В-моделей.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- обоснование показателей эксплуатационной технологичности на основе системного подхода;

- закономерности поведения прогнозируемых параметров, описывающих состояние машины с учетом влияния вероятностных факторов;

- теоретическая постановка задачи ТО и выбора показателей эффективности, основанная на применении теоремы об оп-

тимальных сроках проведения восстановительных работ (Теоремы В.А.Каштанова);

- определение показателей ремонтопригодности(вероятностей восстановления в заданное время и интенсивности восстановления) , основанные на применении экспоненциального закона распределения производительности исполнителей;

- определение оптимальных стратегий, основанные на применении В - моделей;

Диссертация состоит из 9 глав, изложенных на 292 стр., основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 125 наименований и Приложения.

В первой главе даны основные понятия ремонтопригодности, эксплуатационной технологичности, системы ППР, приведен анализ работ, посвященных проблеме ремонтопригодности и обоснованию стратегий ТОиР машин, намечены основные задачи данного научного исследования.

Во второй главе приведен анализ показателей ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности лесных машин. Дана их характеристика, произведен выбор основных параметров с помощью которых необходимо оценивать оптимальность принимаемых решений. Приведено теоретическое обоснование выбора закона распределения времени восстановления.

Третья глава посвящена определению характера поведения вероятностных характеристик прогнозируемых параметров. В качестве прогнозируемого параметра рассмотрено изнашивание основных деталей лесных машин. Выведены законы функции плотности распределе-

ния отказов при различном законе скорости изнашивания, определены вероятностные характеристики, вероятности безотказной работы, наработка до массовых отказов на применении закона й -распределения. На основе теории В-моделей расчитаны вероятностные характеристики при усталостном разрушении металлоконструкций лесных машин.

В четвертой главе рассматривается теоретическая постановка задачи технического обслуживания на основе марковских процессов с использованием теоремы В.А. Каштанова. Обосновываются стратегии технического обслуживания с применением метода стохастического динамического программирования, В-моделей, организации проведения ремонтных и профилактических работ по прогнозируемому параметру. Рассмотрены две возможные постановки: поведение прогнозируемого параметра представляет собой марковский процесс, и поведение прогнозируемого параметра есть функция случайного аргумента с известным распределением. Изложены теоретические положения определения оптимальных расходов по времени эксплуатации лесозаготовительной техники.

Пятая глава посвящена анализу показателей эффективности эксплуатации тракторов ТБ-1М, ТЛТ-100 и ЛХТ-100. Приведены их численные значения, выведены уравнения регрессии изменения коэффициента готовности, потерь и прибыли. На основании теории В-моделей определены показатели качества ТО при различных стратегиях контроля технического состояния. В качестве критерия использована вероятность безотказной работы.

В шестой главе проведена оптимизация показателей ремонтоп-

ригодности тракторов(среднего времени простоя при устранении отказов по системам). По оптимальным временам простоя систем тракторов обоснована оптимальная периодичность проведения профилактических работ. Выявлены закономерности влияния общего лимита на возникновение отказов 2-ой и 3-ей групп сложности и распределение его по годам эксплуатации.

В последующих главах 7-ой, 8-ой и 9-ой соответственно изложено, расчет оптимальных стратегий контроля и технического обслуживания методами стохастического динамического программирования; на основе возможности контроля прогнозируемого параметра - при известном распределении случайного аргумента и при представлении прогнозирующего параметра в виде марковского процесса.

Разработаны теоретические положения вероятностного расчета сетевых моделей технического обслуживания на применении теории В-моделей и приведен расчет сетевого графика ТО-1 детерминированным и вероятностным методами. Описана практическая значимость данного научного исследования.

Работа выполнялась автором в составе творческого коллектива в течение 1978-1991гг по программам технического перевооружения отрасли по заданию Минсельхозмаша СССР в рамках научной тематики по" Повышению приспособленности тракторов ОТЗ к техническому обслуживанию, ремонту и диагностики" совмес�