автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве на основе инженерно-кибернетического подхода

На правах рукописи

КОКОРЕВ ГЕННАДИЙ ДМИТРИЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ НА ОСНОВЕ ИНЖЕНЕРНО-КИБЕРНЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Рязань, 2014

5 И!0Н 2014

005549628

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева»

Научный консультант: доктор технических наук профессор

Успенский Иван Алексеевич

Официальные оппоненты: Данилов Игорь Кеворкович,

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», заведующий кафедрой «Автомобили и двигатели»

Дидманидзе Отари Назирович,

доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент РАСХН,

ФГБОУ ВПО «Российский государственный

аграрный университет—Московская

сельскохозяйственная академия

им. К.А. Тимирязева»,

проректор по дополнительному образованию и повышению квалификации

Касьянов Адольф Васильевич, доктор технических наук, профессор, ООО «РусТрансСтрой» г. Пенза, замесютель генерального директора

Ведущая организация: ФГБНУ «Российский научно-исследовательский

институт информации технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса»

Защита состоится 2 июля 2014 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.06 при ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева» по адресу: 430904, г. Саранск, п. Ялга, ул. Российская, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. Бахтина ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университете им. Н.П. Огарева» и на сайте www.mrsu.ru

Автореферат разослан г. и размещен на официальных

сайтах Минобрнауки РФ httpVvak2.ed.gov.ru и ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университете им. Н.П. Огарева» www.mrsu.ru 1 апреля 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С.А. Величко

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Стратегическим направлением развития технического сервиса на период до 2015 года и прогнозом на 2020 год, является обеспечение работоспособности и продление сроков службы имеющегося машинно-тракторного парка за счет повышения качества и ресурса машин и агрегатов на основе освоения прогрессивных технологий их обслуживания и ремонта с применением средств диагностики, процессов восстановления изношенных деталей.

Результаты проведенных исследований и опыт эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве (АСХ) показывают, что на современном этапе существенное повышение эффективности технической эксплуатации не может бьггь достигнуто проведением разрозненных мероприятий, а требует рассмотрения технической эксплуатации АСХ как системы и применения к ней современных методов исследования и совершенствования сложных систем.

Развитие системы технической эксплуатации осуществляется на основе планово - предупредительного принципа проведения ремонтно-обслуживающих работ. Однако полностью реализовать вышеизложенное направление применительно к АСХ в рядовой эксплуатации не удается из-за необходимости определения технического состояния большого количества их элементов. Определение периодичности технического обслуживания (ТО) и ремонта (Р) АСХ осуществляется по их наработке на основе общих закономерностей изменения эксплуатационных и ремонтных затрат. Такой подход не позволяет прогнозировать величину периодичности и ремонтные затраты для различных условий сельскохозяйственного производства. В результате отсутствует возможность развития системы технической эксплуатации путем управления реальными сроками и объемами ремонтао-обслуживающих воздействий.

Для поддержания АСХ в готовности к использованию по назначению, своевременного и качественного проведения их ТО и Р, необходимо повысить уровень контроля за состоянием АСХ на всех этапах эксплуатации что несомненно повысит эффективность системы технической эксплуатации АСХ.

Анализ организации производственных процессов, состава и распределения трудовых ресурсов системы технической эксплуатации АСХ показал, что ее организационно-производственная структура недостаточно учитывает реальные объем и состав работ по ТО и Р всей номенклатуры агрегатов.

В связи с изложенным повышение эффективности системы технической эксплуатации АСХ, является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное значение для развития агропромышленного комплекса Российской Федерации.

Степень разработанности темы.

Отечественные ученые предлагают различные меры для повышения эффективности системы технической эксплуатации АСХ: формирование структуры и содержания ремонтно-обслуживающих воздействий на агрегаты АСХ, применение необезличенной формы ремонта, создание и совершенствование методов ТО и Р, разработка и внедрение стратегий ТО и Р АСХ, развитие сис-

темы диагностирования АСХ. Результаты исследований, на основании которых возможно совершенствовать систему технической эксплуатации, приведены в работах известных ученых: A.A. Артюшина, О.Н. Дидманидзе, В.А. Комарова, В.В. Салмина, П.В. Сенина.

Многие российские учёные - специалисты в области технического обслуживания и диагностирования техники занимались работами по созданию и совершенствованию методов технического диагностирования АСХ. В настоящее время разработан и применяется широкий спеюр методов технического диагностирования АСХ, однако, из трех задач технического диагностирования (контроль технического состояния; поиск места и определение причин отказов; прогнозирование технического состояния) в них реализованы только первая и вторая и то не в полной мере. Кроме того, следует отметить, что для осуществления прогнозирования технического состояния АСХ разработан широкий спектр различных методов, однако большинство из них базируется на изучении закономерностей изменения значений диагностических параметров от наработки (пробега).

Результаты исследований, на основании которых возможно совершенствовать методы и способы диагностирования, приведены в работах известных ученых: И.Н. Аринина, В.А. Аллилуева, И.Д. Бухтиярова, Н.В. Бышова, В.Н. Варфоломеева, О.Д. Гири, Н.Я. Говорущенко, И.Г. Голубева, И.К. Данилова, A.C. Денисова, М.Д. Денкина, Н.С. Ждановского, А.И. Зели-на, А.П. Иншакова, A.B. Касьянова, В.А. Мачнева, Л.В. Мирошникова, В.М. Михлина, Н.М. Новикова, Б.В. Павлова, А.П. Савельева, A.B. Серова, И.А. Успенского, A.A. Филимонова и др. Исследования, направленные на рассмотрение технических систем на основе комплексного и системного подходов, рассмотрены в работах Е.Ю Барзиловича, И.В. Блауберга, Н.П. Бусленко, В.Г. Лазарева, В.И. Левина, М.Е. Месаровича, В.Н. Садовского, В. Хубки, Э.Г. Юдина и др.

Однако рассмотрению технической эксплуатации как системы взаимосвязанных технических, технологических, организационных, информационных и экономических аспектов в достаточной степени внимание не уделялось.

Работа выполнена в соответствии с комплексной темой НИР № 5 (№ гос. per. 01201174433) ФГБОУ ВПО РГАТУ на 2011-2015 гг. «Повышение эффективности эксплуатации мобильной сельскохозяйственной техники за счет разработки новых конструкций, методов и средств технического обслуживания, ремонта и диагностирования», раздел 5.5 «Повышение готовности к использованию мобильной сельскохозяйственной техники за счет совершенствования ее технической эксплуатации».

Цель работы. Обоснование методологии повышения эффективности системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве на основе инженерно-кибернетического подхода, совершенствования технического диагностирования и формирования рациональной организационно-производственной структуры системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве.

Объект исследования. Система технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве

Предмет исследования. Процесс технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве.

Научная новизна состоит в:

- обосновании стратегии технического обслуживания и ремонта автомобилей в сельском хозяйстве;

- инженерно-кибернетическом подходе к разработке основ теории повышения эффективности технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве;

- способе отбора рационального перечня объектов контроля на основе оценки их безотказности;

- методике выбора рационального перечня диагностических параметров на основе оценки их информационной значимости;

- теоретическом обосновании способа определения периодичности контроля технического состояния автомобилей в сельском хозяйстве;

- регрессионных зависимостях вероятности возникновения отказов в выбранных объектах контроля от пробега;

- теоретическом обосновании способа прогнозирования технического состояния автомобилей в сельском хозяйстве;

- теоретическом обосновании характеристик ремонтного фонда агрегатов автомобилей в сельском хозяйстве;

- установлении взаимосвязи потока требований на ремонт и эффективности функционирования системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве;

- теоретическом обосновании и разработке методики формирования комплекса средств технологического оснащения подразделений по ремонту агрегатов;

- методике оценки эффективности организации производственных процессов системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве.

Практическая значимость результатов исследований заключается в:

- предложенной стратегии технического обслуживания и ремонта автомобилей в сельском хозяйстве.

- предложениях по прогнозированию технического состояния и определению периодичности контроля автомобилей в сельском хозяйстве;

- алгоритмах технического диагностирования автомобилей в сельском хозяйстве;

- снижении затрат на повышение уровня готовности автомобилей в сельском хозяйстве к использованию по назначению;

- в усовершенствованном методе диагностирования дизельного двигателя на основе «цилиндрового баланса», позволяющем повысить достоверность диагноза;

- экспертной системе, для диагностирования дизельных двигателей обеспечивающей сокращение времени на установление диагноза;

- устройстве информирования водителя об износе тормозной накладки для мониторинга технического состояния автомобилей в сельском хозяйстве позволяющем повысить ресурс использования тормозной накладки до 98%;

- создание имитационной модели ремонтного производства для оценки эффективности организации производственных процессов, совершенствования существующих и формирования новых подразделений по ремонту агрегатов автомобилей в сельском хозяйстве;

- разработке методики определения соответствия структур подразделений по ремонту агрегатов объему и техническому состоянию ремонтного фонда агрегатов автомобилей в условиях сельскохозяйственного производства;

- предложениях по разработке комплекса средств технологического оснащения позволяющих сформировать рациональную производственную структуру системы технической эксплуатации автомобилей;

- рекомендациях по формированию организационно - производственной структуры, обеспечивающей повышение эффективности производства технического обслуживания и ремонта автомобилей в сельском хозяйстве.

Методы исследования основаны на применении инженерно-кибернетического подхода, системного анализа, теории управления, теории эффективности, теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов, математического программирования, теории надежности и технической диагностики.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- методология исследования и совершенствования системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве на основе инженерно-кибернетического подхода;

- стратегия технического обслуживания и ремонта автомобилей в сельском хозяйстве;

- закономерности изменения вероятности возникновения отказов на выбранных объектах диагностирования в зависимости от пробега;

- способ отбора рациональной совокупности объектов диагностирования, основанный на оценке их безотказности;

- методика выбора рационального перечня диагностических параметров, основанная на оценке их информационной значимости;

- способ определения периодичности контроля технического состояния автомобилей в сельском хозяйстве;

- способ прогнозирования технического состояния автомобилей в сельском хозяйстве;

- предложения по повышению эффективности технического диагностирования автомобилей в сельском хозяйстве;

- методика оценки эффективности организации основных производственных процессов системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве;

- предложения по формированию рациональной организационно-производственной структуры системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве.

Достоверность результатов исследований. Теоретические исследования, проводимые на основе современных математических методов, проверялись аналитическими расчетами с использованием статистических и экспериментальных данных. Идея базируется на обобщении передового опыта в области исследования сложных систем, как в стране, так и за рубежом.

Экспериментальные результаты получены на основе статистических данных подконтрольной эксплуатации автомобилей. Результаты, полученные в ходе диссертационного исследования согласуются с результатами, опубликованными в независимых источниках по тематике исследования.

Выводы и рекомендации подтверждаются согласованием результатов аналитических и экспериментальных исследований с расхождением не более 7%. Проведено сопоставление принципиальных подходов к процессам повышения эффективности системы технической эксплуатации в РФ. Результаты исследования прошли широкую апробацию в печати и на научно-практических конференциях, в том числе международных.

Реализация результатов исследования. Клапан для выключения цилиндров с электрическим приводом для диагностирования дизельных двигателей, экспертная система для диагностирования дизельных двигателей, устройство информирования водителя об износе тормозной накладки для мониторинга технического состояния АСХ, алгоритмы диагностирования систем АСХ, рациональный перечень средств диагностирования внедрены и применяются в хозяйствах Рязанской области, организациях г. Рязани. Теоретические положения диссертации внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО РГАТУ при преподавании дисциплин на кафедре «Техническая эксплуатация транспорта»'.

Вклад автора в решении проблемы заключается в разработке концепции и формулировании цели работы, определении направлений теоретических и экспериментальных исследований, определении задач и принципиальных методологических и методических положений, организации и проведении комплексных исследований, обобщении положений по повышению эффективности системы технической эксплуатации АСХ на различных этапах выполнения работы: от научного поиска до реализации и подготовке к реализации технических, технологических и управленческих решений при формировании системы технической эксплуатации АСХ и повышении ее эффективности.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований обсуждены на научно-методических конференциях Рязанского военного автомобильного института (1997-2002 гг.), на научно - практических конференциях профессорско-преподавательского состава Рязанского ГАТУ им. П.А. Костыче-ва (2000...2013 гг.), Всероссийской международной конференции Мордовского ГУ имени Н.П. Огарева (2009 г.), Международных научно-технических конференциях Пензенского ГУАС (2009, 2010 гг.), Международной научно-практической конференции Московского ГАУ им. В.П. Горячкина (2009 г.), Международных научно-практических конференциях Владимирского ГУ (2010, 2013 гг.), III Международной научно-практической конференции «Наука - Технология - Ресурсосбережение», посвященной 100-летию со дня рождения профессора А.М. Гуревича Вятской ГСХА (2010 г.), Международной научно -

практической конференции Белорусского ГАТУ (г. Минск - 2013 г.), Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования» Санкт-Петербургского государственного аграрного университета (2013 г.).

Публикации. Основные результаты исследования опубликованы в 2 монографиях, 1 учебном пособии, 70 печатных работах, в том числе: 14 - в изданиях рекомендованных ВАК РФ; 7 - в международных сборниках; 6 - во всероссийских сборниках. Общий объем публикаций составил 78,6 п.л., из них лично соискателю принадлежит 31,45 пл.

По теме диссертационной работы получено 2 патента РФ на изобретение, 2 патента РФ на полезную модель, 2 свидетельства на программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 269 наименований и приложений, изложена на 481 странице, включая 57 рисунков и 39 таблиц.

Краткое содержание работы.

Во введении раскрыта актуальность работы, показана перспективность повышения эффективности системы технической эксплуатации автомобилей для поддержания последних в готовности к использованию по назначению в условиях сельскохозяйственного производства, кратко отражено основное содержание диссертационной работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» показана необходимость разработки методологии повышения эффективности системы технической эксплуатации автомобилей, сделан вывод о том, что повышение эффективности системы технической эксплуатации во многом зависит от применяемых стратегий ТО и Р.

Основным видом контроля технического состояния при использовании АСХ по назначению является техническое диагностирование, которое позволяет определить объем работ ТО и Р, обеспечивающих поддержание АСХ в работоспособном состоянии. Техническое диагностирование играет значительную роль в обеспечении поддержания установленного уровня надежности и эффективности использования АСХ за счет получения информации об их фактическом техническом состоянии на момент контроля.

В соответствии с вышеизложенным можно сделать вывод о важной роли технического диагностирования в системе технической эксплуатации АСХ, повышение эффективности которой невозможно без разработки инновационных методов технического диагностирования.

Достоверность постановки диагноза определяется полнотой оценки технического состояния объектов диагностирования, которая зависит от сущности и числа параметров, положенных в основу метода испытаний.

До настоящего времени нет регламентированного перечня параметров, однозначно определяющих техническое состояние каждого агрегата или механизма, а также узлов и систем АСХ, для которых данный вопрос представляется особенно важным и требует дальнейших исследований.

Специфика эксплуатации АСХ предопределяет осуществление выбора диагностических параметров с учетом необходимости обеспечения эксплуата-

ционных свойств автомобилей и особенностей их использования в сельском хозяйстве.

В литературе значительное место занимают методы отбора параметров для контроля внешними средствами технического диагностирования, однако в настоящее время отсутствует научно-обоснованный методический аппарат отбора рационального перечня диагностических параметров, который бы учитывал требования эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве в современных условиях.

Для полного использования ресурса АСХ и объективного определения срока службы до их выхода в ТО и Р необходима разработка надежных методов прогнозирования, базирующихся на результатах измерения рационального количества диагностических параметров, содержащих необходимую информацию о техническом состоянии базовых и основньк деталей.

Одним из основных направлений решения задачи повышения эффективности системы технической эксплуатации АСХ является формирование ее рациональной структуры, которая будет определяться качественными и количественными характеристиками АСХ и их элементов.

Учитывая, что наиболее трудоемким в системе технической эксплуатации является ремонт агрегатов, функционирование системы технической эксплуатации АСХ рассмотрено на примере организации ремонта агрегатов.

Достоверное прогнозирование технического состояния поступающих в систему технической эксплуатации агрегатов автомобилей позволит ответить на вопрос: в какой мере существующая система организации ТО и Р соответствует целям функционирования системы технической эксплуатации автомобилей в условиях сельскохозяйственного производства.

Таким образом, вопросы обоснования и разработки методики определения технического состояния агрегатов АСХ представляют научный и практический интерес и требуют дальнейших исследований.

Анализ показал, что оценка эффективности производства до настоящего времени осуществляется исходя из постоянства трудоемкости без учета качественных и количественных характеристик ремонтного фонда агрегатов, что может привести к увеличению диспропорций в производстве и снижению производственных возможностей системы технической эксплуатации АСХ. Следовательно, необходимо проведение дальнейших исследований по оценке влияния характеристик ремонтного фонда на эффективность функционирования элементов производственной системы.

Сравнительный анализ существующей структуры трудовых ресурсов и вероятного состава работ по ремонту агрегатов АСХ показал, что распределение производственников по различным видам работ не в полной мере учитывает поток требований всей совокупности агрегатов и их техническое состояние. Это несоответствие обусловливает возможность возникновения диспропорций производства, снижающих эффективность использования производственных мощностей, и определяет необходимость совершенствования организационно-производственной структуры подразделений по ремонту агрегатов АСХ.

Таким образом, в соответствии с поставленной целью сформулированы задачи научного исследования:

1. Предложить стратегию технического обслуживания и ремонта автомобилей в сельском хозяйстве.

2. Обосновать и разработать методологию повышения эффективности системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве на основе инженерно-кибернетического подхода.

3. Предложить способ отбора рациональной совокупности объектов диагностирования на основе оценки их безотказности.

4. Разработать методику выбора рационального перечня диагностических параметров на основе оценки их информационной значимости.

5. Обосновать способ определения периодичности контроля технического состояния автомобилей в сельском хозяйстве, основанный на сравнении вероятности безотказной работы автомобиля с заданным уровнем безотказности.

6. Предложить способ прогнозирования технического состояния автомобилей в сельском хозяйстве.

7. Разработать предложения по совершенствованию технического диагностирования автомобилей в сельском хозяйстве.

8. Обосновать методику оценки эффективности организации производственного процесса в системе технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве.

9. Разработать предложения по совершенствованию организации производственного процесса технического обслуживания и ремонта автомобилей в сельском хозяйстве.

10. Дать технико-экономическую оценку результатов исследования.

Во второй главе «Теоретические исследования процесса технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве» рассмотрены стратегии ТО и Р автомобилей. В результате анализа применяемых стратегий выявлено, что наиболее перспективной в плане поддержания автомобилей в готовности к использованию по назначению является стратегия ТО и Р по состоянию с контролем параметров.

Стратегия ТО и Р по состоянию с контролем параметров представляет собой совокупность правил по определению режимов и регламента диагностирования изделий и принятию решений о необходимости их обслуживания, замены или ремонта на основе информации о фактическом техническом состоянии.

При данной стратегии ТО и Р изделия и системы АСХ эксплуатируются (используются) до предотказного состояния.

Для выявления предотказного состояния изделий используется принцип назначения упреждающих допусков на диагностические параметры. При этом под упреждающим допуском понимают совокупность значений параметров, заключенных между предельным и предотказным уровнями параметра. Выход параметра за предотказный уровень означает повреждение. Выход параметра за предельный уровень означает отказ.

Достижение предотказного уровня служит сигналом для планирования мероприятий по замене изделия.

Характерная особенность предлагаемой стратегии ТО и Р - отсутствие межремонтных ресурсов изделий. Решение о необходимости замены (регулировки) изделия принимается по результатам непрерывного или периодического контроля параметров, определяющих техническое состояние.

Естественно предположить, что оптимальные периодичность и объем технических воздействий (прежде всего, операций технического обслуживания) по поддержанию надежности машин в эксплуатации могут быть определены только на основании достоверной информации о реальном техническом состоянии узлов, механизмов машин, получаемой в результате их диагностирования. При этом решение нк проведение технического обслуживания, устранение скрытых отказов и неисправностей, восстановление работоспособности и ресурса машины, ее составных частей принимается на основании определения ее фактического технического состояния в процессе диагностирования.

Установлено, что класс технического состояния автомобиля и его составных частей можно представить как функцию, аргументами которой являются измеренные значения диагностических параметров. Распознание класса технического состояния целесообразно производить одним из двух способов: по расстоянию между центрами распределения функции и эталоном или методом определения границ между классами характерных состояний.

Кроме того, установлено, что деление отказов на внезапные и постепенные является условным в том смысле, что при эксплуатации всякому скачкообразному изменению параметра предшествует процесс постепенного изменения каких-либо других физических величин. Поэтому понятие внезапного отказа определяется в значительной степени отсутствием информации о постепенном изменении в объекте. Вместе с тем, опыт эксплуатации АСХ показывает, что многим отказам предшествует постепенный «уход» параметров, а не их скачкообразное изменение. Иными словами, любой отказ связан с определенными изменениями параметров, и техническое диагностирование способствует его предотвращению. По этой причине в данной работе рассматриваются в совокупности постепенные и внезапные отказы.

В ходе исследования изменения технического состояния АСХ в процессе эксплуатации установлено, что сам АСХ или его составная часть представляют собой динамическую систему, на входе которой действуют векторные функции возмущающих, управляющих и внутренних воздействий, а на выходе - векторы всех контролируемых параметров. В результате моделирования изменения технического состояния объекта диагностирования получена функция состояния выражение (1), дающая обобщенное математическое описание контролируемых процессов:

Y(,)*F(,)+V(t), (1)

где F(t) - функция внутренних воздействий (процессов старения, износа и т.п.); V(t) - функция внешних условий и управляющих воздействий.

Из выражения (1) следует, что функция состояния обладает детерминированным и случайным У(1) компонентами. Первый компонент обусловлен протеканием совокупности необратимых физических процессов внутри объекта диагностирования, второй же обусловлен существованием целого комплекса различного рода случайных факторов, часть из которых носит внешний для объекта характер и обусловлен флуктуациями внешних условий и управляющих воздействий

Исследованиями установлено, что условием и начальным этапом, предшествующим выбору диагностических параметров, должно быть обоснование состава объектов диагностирования. Методически выбор объектов для технического диагностирования должен в наибольшей степени отражать всю сумму значимых эксплуатационных факторов. Выбор объектов диагностирования рассматривался как задача разделения исходного множества Лф на два непересекающихся подмножества:

Д0 = ДЯ1Л„, (2)

к

где у Л . - подмножество, состоящее из к объектов, подлежащих тех-

М J

Р

ническому диагностированию; Л, = и Я - - подмножество, состоящее из

7=*+1 ■'

(р-к) объектов, не подлежащих техническому диагностированию; Р - общее число первоначально выделенных объектов диагностирования.

Для формирования целесообразной совокупности объектов диагностирования была проанализирована информационная база наиболее значимых факторов, определяющих отбор объектов диагностирования. Анализ структуры информационной базы показал, что не по каждому фактору могут быть получены эксплуатационные данные и определен соответствующий критерий. Поэтому для практического использования отобраны лишь факторы, для которых известно количественное значение и накоплены исходные данные.

Для анализа последствий отказов сравниваемых объектов диагностирования в процессе эксплуатации предлагается использовать критерий относительной весомости отказа объекта (подсистемы):

в1=Т%пики(3иту+с1) > (3)

где М - количество отказов »-го объекта диагностирования на пробеге I; пу -число у-х одноименных отказов /-го объекта диагностирования на данном пробеге; Ку - коэффициент влияния объекта диагностирования на работоспособность автомобиля; Зу - средняя величина заработной платы специалистов ремонтного подразделения при устранении последствий у-го отказа /-го объекта диагностирования, рубУчел.ч; ху - средняя трудоемкость устранения последствий у-го отказа /-го объекта диагностирования, чел.ч; с, - стоимость

заменяемых при /-ом текущем ремонте узлов или деталей (в общем случае 1фМ ), руб.

Критерий В- характеризует потери времени и удельные материальные затраты на устранение последствий у-го отказа /-го объекта диагностирования с учетом его влияния на работоспособность АСХ.

В качестве характеристики конструктивной сложности объекта диагностирования предлагается использовать долю последствий отказов, неустранимых водителем, при условии наличия запасных частей и отсутствии специального оборудования:

У,=\ (4)

М.

1

где Я- - количество последствий отказов / -го объекта диагностирования неустранимых водителем; М1 - общее количество отказов / -го объекта диагностирования.

По результатам расчета приведенных критериев строится матрица следующего вида:

- строки матрицы соответствуют наименованиям объектов диагностирования, столбцы матрицы соответствуют обозначениям показателей и рангов;

- на каждом пересечении строки и столбца проставляется численное значение показателя для конкретного объекта диагностирования и его ранга;

- последняя пара столбцов содержит общую сумму рангов и место объекта диагностирования по отношению к другим.

Анализируя содержание матрицы и общее место, занятое конкретным объектом, а также учитывая равнозначность критериев между собой, на заключительном этапе отбирается состав объектов, подлежащих техническому диагностированию.

Объекты диагностирования АСХ характеризуются неопределенностью технического состояния в эксплуатации, но его изменение может контролироваться параметрами. Контроль каждого параметра снимает часть неопределенности в знании об объекте. В свою очередь, диагностируемые параметры должны сообщать максимум информации о техническом состоянии объекта и адекватно отражать реальное состояние с учетом вероятностных характеристик его отказов при эксплуатации.

Задача выбора контролируемых параметров ставилась следующим образом: для выявленного (на основе оценки по системе критериев) перечня объектов диагностирования, характеризующегося конечным множеством контролируемых параметров, обосновать совокупность параметров, обладающих наибольшей информативностью.

Для решения этой задачи строится информационная модель объекта, и рассчитываются вероятностные характеристики нахождения объекта диагностирования в исправном и неисправных состояниях по причине отказа его составных частей. Затем рассчитывается количество информации, приносимое

каждым параметром, на основании чего определяется совокупность параметров, подлежащих техническому диагностированию.

Информационная модель объекта включает структурно-следственную модель и матрицу состояний V.

Структурно-следственная модель строится на основе изучения эксплуатационной надежности объекта диагностирования и анализа причинно-следственных связей по следующей схеме:

- первый уровень соответствует исследуемому объекту диагностирования (вершина) и его составным частям, имеющим отказы в эксплуатации;

- второй уровень характеризует совокупность отказов, возникающих в ходе эксплуатации;

- третий уровень - характеризует множество внешних проявлений или симптомов отказов;

- четвертый уровень образует набор контролируемых параметров технического состояния объекта.

Структурно-следственная модель позволяет выделить взаимосвязи между техническим состоянием объекта диагностирования и его элементов и контролируемыми параметрами. На основе структурно-следственной модели строится матрица состояний V (диагностическая матрица), строки которой соответствуют множеству контролируемых параметров у^, где гр = 1,2,3....,Л/, а столбцы

различным состояниям, обусловленным отказами составных частей объекта, включая и работоспособное состояние.

Матрица заполняется следующим образом: в пересечение строки и столбца заносится «1», если параметр не реагирует на появление данного отказа, то есть значение находится в пределах поля допуска. В противном случае на пересечении ставится «О».

Известно, что общее число возможных состояний объекта диагностирования при его разделении на N функциональных элементов и двухальтерна-тивном исходе диагностирования для каждого из них составляет -1. Однако диагностировать такое сравнительно большое число состояний очень трудно. Кроме того, при решении задач диагностирования прежде всего необходимо учитывать, какие неисправности и отказы практически возможны в эксплуатации. Опыт использования АСХ свидетельствует о том, что отказы элементов являются несовместными событиями. Поэтому в инженерной практике предполагают, что в объекте диагностирования одновременно возможен отказ лишь одного элемента. Приняв это допущение, число возможных состояний объекта диагностирования снижается до числа сочетаний из N элементов по одному

Ранее проведенные исследования базировались на применении теоремы об асимптотической эквивалентности неравновероятных событий равновероятным, на основании которой исследователи принимают все возможные состояния объекта равновероятными. Однако обеспечить равнопрочность всех элементов АСХ в эксплуатации невозможно. Поэтому использование данного допущения может привести к нереальным результатам, когда будут выбраны па-

раметры, характеризующие состояния, вероятность нахождения в которых объекта ничтожна.

Для исключения этого недостатка в данной работе рассматривается множество отказов объекта диагностирования, которое характеризует его как вероятностную систему с конечньм множеством состояний, появление каждого из которых характеризуется определенной вероятностью. Для расчета вероятностей необходимо воспользоваться статистическими данными об отказах объектов на рассматриваемом пробеге и известными оценками априорных вероятностей из теории надежности. При этом надо иметь в виду, что объект диагностирования может находиться в одном из N совместных состояний, которые образуют полную группу событий:

где р\ру ] - вероятность ^ -го состояния; N - число возможных состояний.

Для перехода к расчету информационной значимости параметров возможно воспользоваться понятием энтропии как меры неопределенности, которая является одним из основных понятий теории информации.

Априорная энтропия (количественная характеристика неопределенности технического состояния) объекта диагностирования рассчитывается по формуле:

(б)

где Я0 - характеризует неопределенность технического состояния объекта перед началом диагностирования.

Неопределенность технического состояния объекта диагностирования, остающаяся после диагностирования <р-го параметра, определяется по формуле:

"ЛрЬН^М^+^И^Ь (7)

где Яр^р) - апостериорная энтропия объекта после диагностирования ^-го параметра; соответственно вероятности нахождения у^-го пара-

метра в пределах поля допуска либо вне его; я(ур), я(у<р) - соответствующие этим значениям энтропии.

Используя матрицу состояний V, находим:

^К^/М ; £ (8)

У6"? УеПр '

где = = 1| - множество целочисленных индексов матрицы состояний,

образованное номерами тех у-х столбцов, у которых на пересечении с <р-ой строкой (диагностируемым параметром) располагаются символы 1; Цр = = о] - множество индексов, образованное номерами ]-х столбцов,

имеющих символы 0 на пересечении с ?>-ой строкой матрицы V.

Энтропия Я(ур) объекта диагностирования после выполнения диагностирования параметра подсчитывается как:

(9)

где /^ ], Л^у - вероятности того, что объект диагностирования находится в Sj-ом состоянии при условии, что по результатам контроля параметр Ур находится, соответственно, в пределах поля допуска либо вне него. Условные вероятности определяются по формулам Байеса:

Подстановка (8), (9), (10) в (7) дает энтропию Н^у):

4) ,____

(10)

уеЧ ..л л

(п)

/6 п 4 ' /6П

<Р <Р

Количество информации, полученное в результате диагностирования параметра у,р, определяется по формуле:

По результатам аналогичных расчетов для всех параметров (<р = \,2,...,м) определяется параметр уе, для которого в момент контроля имеет место:

(13)

Ранжирование параметров по информационной значимости производится согласно описанной схеме. В том случае, если окажется, что некоторые параметры приносят одинаковое количество информации, то в дальнейших расчетах следует выбирать, лишь один из них, контроль которого проще осуществить.

На каждом шаге процесса определяется условная энтропия, характеризующая состояние объекта диагностирования в результате контроля одного из диагностических параметров. В результате получается упорядоченная по количеству приносимой информации совокупность контролируемых параметров.

Предлагаемая процедура оценки позволяет упорядочить состав параметров для контроля технического состояния с учетом эксплуатационной надежности АСХ.

При исследовании процесса изменения диагностического параметра установлено, что с точки зрения прогнозирования технического состояния машин наибольший интерес представляют строго монотонно возрастающие в зависимости от наработки слагаемые функции состояния в силу возможности использования этого качества для целей прогноза. Критерием выбора той или иной функции состояния служит близость значения аппроксимирующей функции фактическим реализациям изменения параметра состояния элемента.

Кроме того, выявлено, что каждая функция требует своих приемов вычисления прогнозирования состояния машин, применения соответствующих формул, таблиц и номограмм, что резко усложняет процесс прогнозирования.

В этой связи крайне целесообразно после выбора и нахождения коэффициентов любого аппроксимирующего выражения преобразовать его в одну определенную функцию, для которой в дальнейшем, возможно, разработать аппарат прогнозирования, таблицы, номограммы и т.п.

Основополагающее влияние на производственные характеристики системы технической эксплуатации АСХ оказывает входящий поток заявок, то есть характеристики агрегатов узлов, систем и АСХ в целом, количество требований на ТО и Р и интенсивность их поступления, вероятности выхода из строя агрегатов (узлов, деталей), а также объем и структура работ по их ТО и Р.

Задача состоит в определении оставшейся наработки на отказ, для чего необходимо вычислить вероятность наступления отказа в течение заданной наработки.

Планы эксплуатации и ремонта АСХ составляются таким образом, чтобы машины выходили в ремонт по возможности равномерно. Отсутствие априори другой информации о распределении машин произвольно взятого сельского производственного кооператива (СПК) по пробегу дает основание считать его равномерным на отрезке времени [О, Ь], где Ь - установленная норма пробега единицы техники до капитального ремонта.

Вероятность выхода из строя в течение пробега Ь произвольно взятой машины (агрегата, узла), имеющей пробегом значение равномерно распределенной на промежутке [О, Ь] величины, определяем по формулам:

Р.(£) = 1 {/>>(а.,о)<№ (14)

1 о

с15)

о

где БДЬ) - функция распределения наработки на отказ от естественного износа агрегата, имеющего произвольный пробег; Рм(£) - функция наработки на отказ машины, имеющей произвольный пробег.

Указанные зависимости позволяют вычислять количество отказавших агрегатов и машин при перемещении АСХ на расстояние Ь .

Обозначив через Л^ списочное количество АСХ СПК, можно получить количество^ агрегатов, отказавших при перемещении на расстояние Ъ:

Л/. = Л^(Ь). (16)

Соответственно количество отказавших машин Мм выразится:

Вычислить апостериорную вероятность отказов агрегатов .¡-го типа при условии отказа машины позволяет формула Байеса:

где - отказ .¡-го агрегата; Оы - отказ машины; Р{01 /Ои) - вероятность отказа .¡-го агрегата при условии отказа машины; ^>(Oм/Oj) - вероятность отказа машины при отказе .¡-го агрегата.

Функции распределения интервалов времени между отказами позволяют прогнозировать появление требований на ремонт АСХ.

Рассматривая производственную систему как систему массового обслуживания , можно применить к ней методы исследования, применимые к системам массового обслуживания.

Для решения проблемы повышения эффективности функционирования производственных систем возможно использовать операционный анализ, суть которого состоит в решении задачи определения оптимального числа рабочих мест и взаимосвязи между ними, то есть пропорциональности производственной системы в целом.

Рассматривая обобщенный случай, видим, что на входе одного из каналов обслуживания (рабочего места), появляются заявки на обслуживание, поток которых выразится функцией времени.

Функцией времени занятости рабочего места (устройства) будет разность двух функций:

В(1) = Мвх(0-Мвых 0) = £мко(1-1к)-£мко[1-(1к+с1к)]. (19)

К-1 К.1

Значения (/,'-/,), представляют собой общее количество

времени, в течение которого рабочее место использовалось по назначению. Величина среднего использования есть количество единиц времени использования, деленное на общий промежуток времени Т, часов.

Данная величина есть не что иное, как коэффициент загрузки .¡-го рабочего места, который может быть определен как: Г

Интенсивность входного потока, то есть среднее количество заявок, пришедшее в единицу времени (часов), определяется как:

л-1

_ х '

где т - средняя величина промежутка времени (часов) между элементами поступления заявок на обслуживание.

Ъкр-*

т

/( I Н(ЬК5))

.5 = 1

(21)

где Н(ЬкБ) энтропия системы характеризует степень максимально воз-можного использования рабочих мест подразделений по ремонту агрегатов.

Таким образом, эффективность функционирования системы ТО и ? зависит от вероятностных характеристик входящих потоков, определяемых характеристиками узлов агрегатов и систем поступающих на ТО и Р.

Методика формирования комплекса средств технологического оснащения, включает в себя группирование деталей агрегатов АСХ, разработку групповых технологических процессов ремонта и формирование типажа комплекса средств технологического оснащения. Создание комплекса соедств технологического оснащения основывается на переходе от единичных технологических процессов на каждое повреждение к групповым технологиям.

В отличие от типовой технологии, для которой характерна общность последовательности и содержания операций, групповая технология базируется на общности оборудования и оснастки. Основным признаком классификации и группирования элементов агрегатов является способ восстановления и применяемые при этом средства технологического оснащения.

Принцип выявления групп деталей заключается в следующем. За основ}' берется характерная деталь данной группы, которая называется комплексной деталью. Эта деталь состоит из ряда элементарных поверхностей. Все другие детали группы должны иметь полный комплект или часть тех же поверхностей, причем последние могут быть расположены в иной последовательности, чем у комплексной детали.

В условиях функционирования СПК целесообразно классифицировать детали по направлениям группирования. При такой классификации в каждом направлении группирования можно выделить основные признаки группирования, а при формировании групп элементов учесть основные конструктивные характеристики элементов.

На основе анализа факторов, влияющих на формирование технологических систем выбраны направления группирования. Рассмотрев все направления группирования и выделив в каждом из них основные признаки, необходима сформировать группы элементов агрегатов АСХ, для которых разрабатываются групповые операции ремонта и выбираются средства ремонта, удовлетворяющие спрос на данные операции. После формирования типажа комплекса средств технологического оснащения производится расчет рабочих мест (пестов) и их технологического оснащения в соответствии с имеющейся технологией ремонта агрегатов в условиях СПК.

В третьей главе «Реализация инженерно-кибернетического подхода при повышении эффективности системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве» приведен анализ показывающий, что ни системный, ни комплексный подходы не отражают содержания всей совокупности принципов, обеспечивающих развитие систем, в связи, с чем они не могут самостоятельно рассматриваться как самые универсальные и базовые для разработки теории повышения эффективности технической эксплуатацией АСХ.

Исходя из этого, была выдвинута гипотеза о том, что наиболее универсальный, концептуальный подход для построения общей теории исследования и совершенствования объектов современной техники, оставаясь комплексным, должен отражать не только системную организацию их построения, но и включать в себя эволюционный и управленческий аспекты, обеспечивающие постоянное совершенствование и повышение эффективности технических систем. Такой подход получил название кибернетического.

Важным принципом кибернетического подхода следует считать определение алгоритма его реализации в любой области практического применения.

Определение номенклатуры основных свойств и показателей, исследуемых технических систем - необходимая составляющая процесса исследования, обеспечивающая установление уровня эффективности этих технических систем, лежащего в основе принятия всех исследовательских решений.

Номенклатуру основных свойств современной системы технической эксплуатации и характеризующих ее показателей условно можно подразделить на: располагаемые, объективно присущие той или иной структуре системы для тех или иных условий их создания и применения; требуемые, задаваемые заказчиком на разработку технической системы; желаемые, намечаемые самими разработчиками при внесении технических предложений о создании или совершенствовании технической системы.

Основные этапы исследования проблемы повышения эффективности системы технической эксплуатации АСХ представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Основные этапы исследования проблемы повышения эффективности системы технической эксплуатации на основе инженерно-кибернетического подхода

На этапе проблемного анализа необходимо: определить существование проблемы (установить, есть ли проблема в действительности или она является мнимой); установить причины ее возникновения и взаимосвязи с другими проблемами; уяснить формулировку проблемы, определить ее актуальность, разрешимость и срочность решения; выявить, проанализировать и описать ситуацию, т.е. комплекса условий, в которых возникла или может возникнуть проблема.

Необходимость проведения концептуальных исследований обусловлена потребностью описания основных свойств объекта исследования и вытекает из принципиальной неформализуемости сложных систем.

В данном случае речь идет о более подробном исследовании целесообразности реализации процесса, неудовлетворенность которым возникла на этапе проблемного анализа. То есть о выделении объекта исследования из метасистемы, обосновании облика системы и ее свойств, определяющих потенциальную эффективность в смысле возможности достижения глобальной цели при выполнении работ по созданию или модернизации объекта исследований.

Обоснование системы критериев и порядка (принципа) выбора концептуального решения позволяют сформулировать направления операциональных исследований.

Операциональное исследование имеет целью более подробное изучение направлений и вариантов действий в рамках концепций, рекомендованных к дальнейшему анализу концептуальным исследованием.

Заключительной фазой исследования проблемы совершенствования сложных организационно-технических систем является детальное исследование и принятие решения на одном из уровней с целью достижения максимальной эффективности вырабатываемых управляющих воздействий

Таким образом, на основе кибернетического подхода предложен алгоритм исследования и совершенствования системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве.

В главе четвертой «Экспериментальные исследования» для проверки достоверности разработанных теоретических постулатов были проведены экспериментальные исследования, заключающиеся в проведение пассивного эксперимента.

Исходными данными для расчета минимального объема наблюдений при неизвестном законе распределения (план NUz ) служили:

- доверительная вероятность у = 0,80; - допустимое число отказов d = 0;

- ожидаемое значение вероятности безотказной работы P{t) = 0,9.

Таким образом, в соответствии РД 50-690-89 «Методы оценки показателей надежности по эксплуатационным данным» объем выборки составил 15 автомобилей с суммарным пробегом 668 тыс. км. При этом в качестве исходных данных использовались результаты подконтрольной эксплуатации на примере автомобилей KAMA3-4310, KAMA3-43105, KAMA3-43114.

Анализ статистических данных автомобилей КАМАЗ по результатам подконтрольной эксплуатации позволил обоснованно установить распределение отказов по объектам диагностирования.

В результате расчетов (таблица 1) по указанным выше критериям было установлено, что в первую очередь диагностированию должны подлежать система питания топливом, цилиндропоршневая группа, колеса, сцепление, коробка перемены передач, раздаточная коробка, тормозная система, рулевое управление, система пуска, система освещения и световой сигнализации.

Таблица 1 - Результаты оценки целесообразности диагностирования объектов

Объект контроля вг руб./тыс.км Ранг Ранг Сумма рангов Общий ранг

1 Двигатель и его системы

1.1 Система охлаждения 0,6 12 0,04 10 22 10

1.2 Система смазки 0,02 17 0 11 28 13

1.3 Система питания топливом 1,22 8 0,18 7 15 5

1.4 Газораспределительный механизм 0,7 11 0 11 22 9

1.5 Кривошипно-шагунный механизм 0 18 0 11 29 14

1.6 Цилиндропоршневая группа 2,95 4 1 1 5 2

2 Ходовая часть

2.1 Колеса 3,88 2 0,06 9 11 4

2.2 Подвеска 0,91 10 0 11 21 9

3 Трансмиссия

3.1 Сцепление 1,01 9 0,88 2 11 4

3.2 Коробка перемены передач 3,4 3 1 1 4 1

3.3 Карданная передача 0,33 15 0 11 26 11

3.4 Раздаточная коробка 4,8 1 0,46 4 5 2

3.5 Ведущие мосты 0,38 14 0,25 6 20 8

4Системы управления

4.1 Тормозная система 1,77 6 0 11 17 6

4.2 Рулевое управление 0,45 13 0,33 5 18 7

5 Электрооборудование

5.1 Система электроснабжения 0,14 16 0 11 27 12

5.2 Система пуска 2,28 5 0,61 3 8 3

5.3 Система освещения, звуковой и световой сигнализации 1Д9 7 0,13 8 15 5

Для определения рационального перечня диагностических параметров для выбранных объектов диагностирования первоначально были определены вероятности появления отказов объектов на рассматриваемом пробеге. Для этой цели методами теории вероятностей и математической статистики были решены следующие задачи: определены статистические вероятности появления отказов объектов диагностирования на рассматриваемом пробеге, разработаны математические модели (регрессионные зависимости) вероятности появления отказов от пробега, проведена статистическая оценка значимости коэффициентов регрессионных моделей; проверены регрессионные модели на адекватность, определены вероятности возможных состояний объектов.

Для оценки статистической вероятности Р* появления отказа »-го объекта диагностирования исходная статистическая совокупность значений случай-

ной величины была разделена на интервалы или разряды и подсчитано количество отказов т-1, приходящихся на каждый разряд.

Статистическая вероятность определяется по формуле:

(22)

* т.-

Рх = ' п

где ш. -количество отказов / - го объекта диагностирования на данном интервале пробега; и-общее число отказов исследуемых объектов диагностирования на рассматриваемом пробеге (зависимости вероятностей появления отказа от пробега на рисунках 4-7 обозначены позицией 2).

На основе статистических рядов были построены полигоны распределения для всех объектов диагностирования, на рисунках 4-7 (позиция 1) приведены полигоны распределения для рулевого управления, тормозной системы, системы освещения, звуковой и световой сигнализации и автомобиля в целом.

10000 20000 30000 <0000 I ПК.С1. -

Рисунок 4 - Для рулевого управления

Рисунок 5 - Для тормозной системы

0 4— О

30000 40000 I ТЫСЛ'Ы. -

зомо «ооо I. тискм. -

Рисунок 7 - Для автомобиля в целом

Рисунок б - Для системы освещения, звуковой и световой сигнализации

Анализ полигонов распределения позволил сделать предположение о виде зависимости между переменными Р и Ь. Так, вероятная связь между переменными для системы освещения, звуковой и световой сигнализации и колес предположительно является линейной, для системы питания топливом, цилин-дропоршневой группы, сцепления, коробки перемены передач, раздаточной ко-

робки, рулевого управления, тормозной системы, системы пуска и АСХ в целом - квадратичной.

Для выбора параметров полинома использовался метод наименьших квадратов. В результате обработки экспериментальных данных на ПЭВМ с использованием пакета прикладных программ Microsoft Office Excel были определены коэффициенты моделей и получены регрессионные зависимости вероятности появления отказов на пробеге от 0 до 70000 километров: Для системы питания топливом: Для цилиндропоршневой группы:

Р1=0,0047 + 9-10-71-9-10-1212.(23) Р2 =-0;0015+2-1<Г71-1-1(Г1212. (24)

Для сцепления: Для коробки перемены передач:

P3=0,0007 + 4-10-8L + 2-10-12Z.2.(25) Р4 =-0,0016 + 2.1(Г7Х-2-1(Г1212. (26)

Для раздаточной коробки: Для колес:

Р5 =0,0018+5-10-7i-6-10-12Z,2. (27) Р& = 0,0171+2-1(Г7£, (28)

Для тормозной системы: Для рулевого управления:

Р7 =0,0149 + 5-10-7X-3-10_12Z,2. (29) Р& =-0;0021 + 5-1(Г7Х-5-1(Г1212. (30)

Для системы пуска: Для системы освещения световой

и звуковой сигнализации:

Р9 =-0,0017 + 4-10_7I-9-10-12Z,2. (31) i>10 = 0,0109 + 8-Ю-7Х. (32)

Для автомобиля в целом: Р = 0,0397+4-10_6£-3-10~п12. (33)

Кроме того, для дополнительной проверки адекватности разработанных моделей был выполнен анализ остатков, который показал, что в ряду остатков отсутствует систематическая составляющая (ряд не имеет закономерности, его элементы случайны), а последовательные остатки независимы между собой.

Статистическая оценка значимости коэффициентов регрессионных моделей и проверка их на адекватность показали, что все коэффициенты разработанных регрессионных моделей оказались статистически значимыми, а построенные математические модели адекватно описывают изучаемые явления.

При выборе параметров, подлежащих диагностированию, рассчитывалась информационная значимость каждого контролируемого параметра. Для этого предварительно разрабатывались структурно-следственные модели выбранных объектов диагностирования на основе оценки их надежности и анализа причинно-следственных связей.

Проведенный анализ структурно-следственных моделей объектов диагностирования позволил однозначно установить перечень диагностических параметров для некоторых агрегатов и систем автомобиля.

Анализ структурно-следственных моделей систем и результаты ранее проведенных исследований позволили построить матрицы состояний, характеризующие распознавание параметрами возможных состояний объектов.

Матрица состояний системы питания топливом, включающая исправное состояние SQ и неисправные состояния объекта по причине отказа ^ - топли-

вопроводов; - фильтра тонкой очистки; 53 - топливного насоса высокого давления; - топливоподкачивающего насоса; - форсунок; - турбокомпрессора. Система может находится в одном из семи состояний (50......,57).

соответствует исправному состоянию всех элементов, последующие составляющие - отказу соответствующей части (элемента) (таблица 2).

Аналогично построена матрица состояний для остальных выбранных объектов диагностирования.

Согласно теоретическим исследованиям первоначальным этапом в определении значимости диагностических параметров объектов диагностирования является расчет для каждого из них максимально возможного значения априорной энтропии.

Максимум априорной энтропии (в двоичных единицах) для объектов диагностирования определялся по выражению 34, результаты расчетов представлены в таблице 3:

Я 0 = -(Р(50) 1о§2 )+) 1о§2 Р^) +Р(52) 1ов2 Р(52) + Р^з) 1о§2 Р(53)) +

+ Р(54)1о§2Р(54)+Р(55)1ое2Р(55)+.....+Р(5.)1о82Р(^)) , (34)

где ДЗу - вероятность исправного состояния; Р(51),...,Р(5/) - вероятности нахождения объекта диагностирования в неисправном состоянии по причине отказа / -го элемента.

Таблица 2 - Матрица состояния системы питания топливом

Параметры Состояния

*2 53 55

у4 - перепад давления на фильтре тонкой очистки 1 1 0 1 1 1 1

у^ - давления развиваемое ТНВД 1 0 1 0 1 1 1

у^ - дымность отработавших газов 1 1 1 0 1 0

у~! - давление впрыска топлива 1 0 1 1 1 0 1

- угол опережения впрыска топлива 1 1 1 0 1 1 1

Уд - давление развиваемое топливоподкачи-вающим насосом 1 0 1 1 0 1 1

у^ - давление наддува 1 1 1 1 1 1 0

Таблица 3 - Значения максимальной энтропии объекта диагностирования

Наименование объекта диагностирования Значение максимальной энтропии

Цшшндропоршневая группа 0,132

Система питания топливом 0,81

Тормозная система 1.05

Рулевое управление 0,27

Система освещения, звуковой и световой сигнализации 1,27

25

Результаты расчета количества приносимой каждым параметром информации и остающейся после их контроля апостериорные энтропии технического состояния на примере системы питания топливом приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты расчета количества информации и энтропии технического состояния системы питания топливом

Параметры Состояния Апостериорная энтропия, дв. ед. Количество информации, бит.

52 53

У А 1 1 0 1 1 1 1 0,773 0,037

У$ 0 1 0 1 1 1 0,281 0,53

Уб 1 1 1 0 1 0 0 0,627 0,183

У1 1 0 I 1 1 0 1 0,245 0,565

У% 1 1 1 0 1 1 1 0,773 0,037

У9 1 1 1 1 0 1 1 0,545 0,27

Ую 1 1 1 1 1 1 0 0,382 0,43

Таким образом, результаты анализа структурно-следственных связей объектов диагностирования, приведенные выше, и проведенные расчеты по определению информационной значимости диагностических параметров позволили установить их рациональный перечень для каждого объекта диагностирования.

Основной целью моделирования явилась разработка аппарата для всестороннего исследования функционирования подразделений по ремонту агрегатов и замена натурного эксперимента машинной имитацией.

На основе имитационного моделирования, на ЭВМ разработана методика оценки эффективности организации производственного процесса ремонта агрегатов, которая дает возможность получить основные показатели, характеризующие производственную деятельность ремонтных органов, провести сравнительную оценку эффективности функционирования различных производственных структур.

Она включает выбор и обоснование показателей эффективности организации производственного процесса, методику моделирования производственного процесса ремонта агрегатов, имитационную модель производственного процесса, планирование машинного эксперимента.

При выборе и обосновании показателя эффективности был сделан вывод о том, что оценка качества функционирования подразделений по ремонту агрегатов может быть сведена к оценке качества организации производственных процессов в подразделении.

Исходя из вышеизложенного, в качестве показателей, характеризующих производственный процесс, принимаем величину разброса коэффициента загрузки, которая может быть представлена в виде зависимости:

К =К -К . , (35)

з зшах зтт' у '

где К и К соответственно максимальное и минимальное значение

зтах зтт

коэффициента загрузки; длительность цикла ремонта агрегата (узла, детали) (У ц ), часов, характеризующаяся функцией:

Тч = f (Т, к, п, ш), (36)

где Т - трудоемкость ремонта агрегата (узла, детали) человеко-часах; к -состав комплекса средств технологического оснащения; п - количество рабочих мест; ш - распределение основных производственников по постам.

В качестве обобщенного показателя принят объем выпуска отремонтированной продукции (агрегатов, узлов, деталей) в единицу времени.

Для имитации функционирования подразделений по ремонту агрегатов в различных условиях разработана модель, реализованная на версии языка GPSS/PC для персональной ЭВМ. Модель состоит из четырех модулей: входной информации; модулей функционирования подразделений по ремонту двигателей, агрегатов, специальных работ, таймера модельного времени и модуля формирования статистики.

Проверка точности и адекватности модели проводилась в два этапа. Верификация сводилась к проверке соответствия поведения модели предположениям экспериментатора, в правильности структуры и логики модели.

Определение возможной ошибки модели, в связи с использованием датчиков псевдослучайных чисел производилась по зависимости

V общ

где ta- критерий Стьюдента (при доверительной вероятности 0.95 ta- 1.96).

Результаты расчетов показали, что ошибка имитационной модели при 150 реализациях процесса ремонта агрегатов может составить от 5 до 9%.

Второй этап (валидация) сводился к проверке соответствия данных, полученных в процессе модельного эксперимента, опытным данным, а также результатам, полученным в ранее выполненных исследованиях.

Проверка адекватности модели реальному процессу функционирования производилась по средним значениям откликов модели и подразделения по ремонту агрегатов.

Проверка выполнялась при помощи t-статистики. Задавшись уровнем значимости а = 0.05 с вероятностью Р = 0.95, можно утверждать, что значения расчетной величины находится в пределах

Уj - W Vn-1) < уj«< уj + s/v^i), (38)

Результаты расчетов показали, что погрешность вычислений при 150 реализациях составила от 7% до 10% и удовлетворяет точности проведения инженерных расчетов.

Для решения задачи оптимизации организационно-производственной структуры подразделения по ремонту агрегатов на основе использования ком-

плекса средств технологического оснащения выполнено планирование машинного эксперимента.

В пятой главе «Разработка предложений по повышению готовности к использованию автомобилей в сельском хозяйстве» были предложены способ прогнозирования технического состояния, основанный на определении вероятности возникновения отказа от пробега (рисунок 8) и способ определения периодичности контроля технического состояния АСХ, состоящий в сравнении вероятности безотказной работы образца с заданным уровнем безотказности (рисунок 9).

—Сбор статистической информации ^

!

Разработка математических моделей (регрессионных зависимостей) вероятности возникновения отказов от пробега

т

Статистическая оценка значимости коэффициентов регрессионных моделей

Выбор рационального перечня объектов диагностирования по критерию В- и V-

Определение статистических вероятностей появления отказов объектов на _рассматриваемом пробеге_

Ж

Проверка регрессионных моделей на адекватность

Значение вероятности возникновения отказа на рассматриваемом пробеге

Рисунок 8 - Алгоритм прогнозирования технического состояния АСХ

Рисунок 9 - Алгоритм определения периодичности контроля технического

состояния АСХ

Наряду с этим в ходе разработки предложений по техническому диагностированию автомобилей для осуществления поиска места и причин отказов были разработаны алгоритмы технического диагностирования для выбранных объектов диагностирования.

Для реализации снабжения СПК оборудованием, основанной на комплектной поставке технических средств, разработаны предложения по формированию комплектов средств технического диагностирования, основанные на опыте эксплуатации автомобилей в условиях сельскохозяйственного производства.

На основе разработанной методики произведена оценка эффективности организации производства в подразделениях по ремонту агрегатов, которая показала, что степень использования производственных мощностей подразделений колеблется в широком диапазоне и зависит от технического состояния агрегатов, подлежащих ремонту.

Наибольшим диспропорциям подвержены производственные процессы при обезличенном ремонте агрегатов, степень загруженности рабочих мест может отличаться от 2 до 5 раз. Вероятностный характер технического состояния агрегатов, обусловливает значительные колебания объемов специальных работ при их ремонте. Значительные изменения эффективности загрузки производственных мощностей подразделений по ремонту агрегатов свидетельствуют о неполном их соответствии характеристикам технического состояния вероятного ремонтного фонда. Все это обусловливает дестабилизацию основных производственных процессов и сокращение объема выпуска агрегатов.

Таким образом, оценка эффективности производства существующих структур подразделений по ремонту агрегатов показала, что существующие организационно-производственные структуры не сбалансированы и не в полной мере соответствуют объему и техническому состоянию вероятного ремонтного фонда. Степень использования производственных мощностей составляет 25-30%. Неравномерная загрузка производственных подразделений, участков и рабочих постов, а также нерациональная организация производства вызывают дисбаланс и образование "узких" мест, что приводит к увеличению пребывания агрегатов в ремонте и сокращению объема выпуска конечной продукции.

Для повышения эффективности использования производственных мощностей подразделений по ремонту агрегатов изменен технологический процесс ремонта агрегатов, разработаны рекомендации по формированию комплекса средств технологического оснащения, произведено перераспределение трудовых ресурсов, как между подразделениями, так и внутри них.

Полученные в результате моделирования данные показывают, что наиболее рациональной формой организации производства в подразделениях по ремонту агрегатов является использование тупиковых постов при поузловой сборке (разборке) объектов ремонта.

При такой организации производства предусматривается проведение комплекса работ по определению технического состояния агрегатов, причем объем ремонтных работ определяется их фактическим техническим состоянием. Ремонт производится по групповой технологии (группирование осуществ-

ляется по технологическому признаку) на специализированных рабочих местах (постах), на готовых узлах (деталях).

Оценка эффективности функционирования подразделений по ремонту агрегатов предложенной структуры, произведенная в условиях машинного эксперимента, выявила рост эффективности использования рабочих мест (постов) при ремонте агрегатов.

Так, коэффициенты загрузки рабочих мест при ремонте агрегатов автомобилей увеличились в 2,7-4,8 раза (рисунок 10), при этом средние значения коэффициентов загрузки постов составляют 0,69-0,91.

Продолжительность ремонта агрегатов для предлагаемой структуры по сравнению с существующей уменьшилась в среднем на 28% - 43% (рисунок И)- _

Агрегаты, вышедшие из строя от эксплуатационных факторов

г- ... .... , г-3 "»к

ь /

к 1

!Г - ••■4

Продолжительность ремонта, сутки

Агрегаты, вышедшие из строи от эксплуатационных факторов

1 2 3 4 5 в 7 8 9 10 11 12

Время работы ремонтного органа, сутки

1 - паровая очистка и выпаривание; 2 - разборка ведущих мостов; 3 - разборка КП, РК, КОМ, РМ; 4 - мойка и расконсервация; 5 - дефектация; б - слесарные работы; 7 - ремонт тормозов

Рисунок 10 - Коэффициенты загрузки Рисунок 11 - Динамика изменения рабочих мест при ремонте агрегатов ремонта агрегатов по фактическому

техническому состоянию

Кроме того, в результате сокращения продолжительности ремонта произошло увеличение объемов выпуска агрегатов из ремонта в среднем в 1,25-1,5 раза.

Проведенные расчеты показали, что на 100 ремонтов агрегатов АСХ, затраты на подразделение по ремонту агрегатов предлагаемой структуры сократятся в 1,3-1,5 раза.

На имитационную модель производственного процесса ремонта агрегатов получено свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2013660484 от 7 ноября 2013 года.

Для диагностирования дизельного двигателя предлагается применить клапан для выключения цилиндров с электрическим приводом - патент на изобретение № 2189487 от 20.09.2002 года.

Предложенное устройство позволит определить фактическое техническое состояние двигателя для перехода к ТО и Р последнего по имеющемуся техническому состоянию.

Для диагностирования двигателей КАМАЗ 740 предложена экспертная система.

Структура базы знаний экспертной системы предполагает наличие перечня неисправностей и перечня качественных признаков технического состояния дизеля. Эти перечни определяются из инструкции по эксплуатации автомобиля, по отчетным материалам подконтрольной эксплуатации, по рекомендациям экспертов.

Экспертная система предлагает варианты причин неисправности. Знание возможных причин поможет специалисту в практической работе не только устранить неисправности, но и освоить способы предупреждения аналогичных неисправностей в будущем.

После обнаружения неисправности экспертная система предлагает определить значение остаточного ресурса дизеля.

На предложенную экспертную систему получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011616091 от 4 августа 2011 года.

Годовой экономический эффект от внедрения экспертной системы составит 15691 рублей на автомобиль.

Для мониторинга технического состояния автомобиля предложено использование устройства информирования водителя об износе тормозной накладки, позволяющее осуществить дальнейший переход на техническое обслуживание и ремонт АСХ по фактическому состоянию, что позволяет значительно снизить затраты на эксплуатацию последнего (патент РФ на изобретение №2452880, опубликовано 10.06.2012 бюллетень №16).

Разработанный в данном исследовании метод выбора рационального перечня диагностических параметров, имеют своей целью обеспечение требуемой точности и достоверности оценки технического состояния АСХ, и повышение эффективности функционирования системы ТО и Р по состоянию.

Результаты оценки эффективности показали, что ожидаемый экономический эффект от внедрения материалов исследования, применительно к СПК с количеством автомобилей в 10 единиц, составит 944000 рублей в год.

Технический эффект от внедрения полученных результатов достигается за счет снижения трудозатрат, а следовательно и времени для осуществления контроля технического состояния АСХ.

Снижение трудозатрат достигается за счет сокращения перечня операций технического диагностирования необходимых для качественной оценки технического состояния АСХ. Перечень диагностических операций устанавливается исходя из результатов, полученных в ходе определения рациональной номенклатуры диагностических параметров.

Трудозатраты на проведение технического обслуживания автомобиля КАМАЗ-43114 в целом и контроля технического состояния в частности сокра-

щаются на 2,87 чел.ч., что позволяет практически на 30% снизить время подготовки АСХ к использованию по назначению.

Общие выводы

1. Обосновано применение стратегии технического обслуживания и ремонта автомобилей в сельском хозяйстве по состоянию с контролем параметров.

2. Разработана методология исследования и повышения эффективности системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве на основе инженерно-кибернетического подхода.

3. Предложен способ отбора рациональной совокупности объектов, подлежащих техническому диагностированию, основанный на комплексном использовании математики и оценке безотказности объектов диагностирования посредством расчета значений критериев относительной весомости отказов и доли последствий отказов, неустранимых водителем.

4. Разработана методика выбора рационального перечня диагностируемых параметров автомобилей, заключающаяся в определении информационной значимости параметров, характеризующих техническое состояние автомобиля, сформулированы практические рекомендации по ее использованию, которые имеют своей целью обеспечение требуемой точности и достоверности оценки технического состояния автомобиля. За счет оптимизации перечня диагностируемых параметров трудозатраты на проведение диагностирования автомобиля снижаются в среднем на 30-45%.

5. Обоснованы способ определения периодичности контроля и способ прогнозирования технического состояния автомобилей в сельском хозяйстве, позволяющие снизить трудозатраты при подготовке автомобилей к использованию по назначению в среднем на 15%.

6. Обоснована методика оценки эффективности организации производственного процесса в системе ТО и Р АСХ, позволяющая на основе имитационного моделирования оценить эффективность организации производственного процесса ремонта агрегатов, выявить причины дестабилизации производства, провести сравнительную оценку эффективности функционирования различных производственных структур.

7. Разработанные предложения по совершенствованию организационно-производственной структуры на основе рационального комплекса средств технологического оснащения, позволят увеличить производственные возможности подразделений по ремонту агрегатов в 1,25 — 1, 5 раза; за счет снижения трудоемкости работ повысить эффективность использования производственных мощностей подразделений по ремонту агрегатов до 85%, сократить затраты на ремонт в 1,3 -1,5 раза.

8. Разработаны предложения по совершенствованию технического диагностирования автомобилей в сельском хозяйстве:

- на основе построения и анализа структурно-следственных моделей объектов диагностирования представлены алгоритмы технического диагностирования, позволяющие осуществлять поиск места и причин отказа с наименьшими затратами; за счет оптимизации диагностических операций трудозатраты на

проведение технического обслуживания автомобиля КАМАЭ-43114 в целом и контроля технического состояния в частности сокращаются на 2,87 чел.ч;

- для диагностирования дизельного двигателя предложен усовершенствованный метод «цилиндрового баланса», который в совокупности с клапаном для отключения цилиндров позволяет определить фактическое техническое состояние двигателя;

- для диагностирования, двигателей КАМАЗ 740 предложена экспертная система - годовой экономический эффект от ее внедрения составит 12922 рубля на автомобиль;

- предложена перспективная система снабжения СПК оборудованием для проведения ТО и Р, основанная на комплектной поставке технических средств, разработаны предложения по формированию комплектов средств технического диагностирования, основанные на опыте эксплуатации АСХ в СПК, экономический эффект достигается за счет сокращения расходов на закупку средств технического диагностирования АСХ, необходимых для контроля технического состояния и составят 81478 рублей на один автомобиль в год;

- для мониторинга технического состояния АСХ предложено использование устройства информирования водителя об износе тормозной накладки, применение которого увеличивает полноту использования ресурса тормозной накладки до 98%.

9. Проведенная экономическая и техническая оценки свидетельствуют о целесообразности внедрения материалов исследования, что позволяет на 42 - 45 % сократить финансовые и трудовые затраты на техническую эксплуатацию автомобилей в целом и техническое диагностирование в частности. Кроме того, время на подготовку автомобилей к использованию по назначению снижается на 30%. Ожидаемый экономический эффект от внедрения материалов исследования, применительно к СПК с количеством автомобилей в 10 единиц, составит 944000 рублей в год.

Положения диссертации и полученные результаты отражены в основных публикациях:

Монографии

1. Бышов Н.В. Повышение готовности к использованию по назначению мобильной сельскохозяйственной техники совершенствованием системы диагностирования / Н.В .Бышов, С.Н. Борычев, Г.Д. Кокорев [и др.] - Рязань: ФГОУ ВПО РГАТУ, 2013. - 157 с.

2. Кокорев Г.Д. Методология совершенствования системы технической эксплуатации мобильной техники в сельском хозяйстве / Г.Д. Кокорев. - Рязань: ФГОУ ВПО РГАТУ, 2013. - 247 с.

Статьи в рецензируемых журналах из списка ВАК РФ

3. Аникин Н.В. Повышение эксплуатационных качеств транспортных средств при перевозке грузов в АПК / Н.В. Аникин, Г.Д. Кокорев, Г.К. Ремба-лович [и др.] // Международный технико-экономический журнал. - 2009. - №3. -С. 92-96.

4. Бышов Н.В. Перспективы повышения эксплуатационных показателей транспортных средств при внутрихозяйственных перевозках плодоовощной

продукции /Н.В. Бышов, С.Н. Борычев, Г.Д. Кокорев [ и др.] //В электронном журнале «Научный журнал КубГАУ». - 2012 г., № 78 (4), режим доступа: http://ei .kubagro.ru/' 2012/04/pdf/41.pdf. С. 227-238.

5. Бышов Н.В. Диагностирование мобильной сельскохозяйственной техники с использованием прибора фирмы "Samte" /Н.В. Бышов, С.Н. Борычев, Г.Д. Кокорев [и др.] // В электронном журнале «Научный журнал КубГАУ». - 2012 г., № 78 (4), режим доступа: http://ej.kubaaro.ru/ 2012/04/pdf742.pdf. С. 239-249.

6. Бышов HB. Периодичность контроля технического состояния мобильной сельскохозяйственной техники / Н.В. Бышов, С.Н. Борычев, Г.Д. Кокорев [ и др.] // В электронном журн. «Научный журнал КубГАУ». -2012 г., № 81 (7). режим доступа: http://ei.kubagro.rii/ 2012/07/pd^36.pdf. С. 390400.

7. Бышов HJB. Методы определения рациональной периодичности контроля технического состояния тормозной системы мобильной сельскохозяйственной техники / Н.В. Бышов, С.Н. Борычев, Г.Д. Кокорев [и др.] // В электронном журнале «Научный журнал КубГАУ». - 2013 г., № 86 (02), режим доступа: http://ei .kubagro.ru/ 2013/02/pdf/41.pdf. С. 300-311.

8. Бышов Н.В. Разработка таблицы состояний и алгоритма диагностирования тормозной системы / Н.В. Бышов, С.Н. Борычев, Г.Д. Кокорев [и др.] // Вестник КрасГАУ. - 2013 -№12. - С. 179-184.

9. Кокорев Г.Д. Стратегии технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта / Г.Д. Кокорев, И.А. Успенский, И.Н. Николотов // Вестник МГАУ — 2009. - №3.- С. 72-75.

10. Кокорев Г Д. Диагностирование дизелей методом цилиндрового баланса / Г.Д. Кокорев, И.Н. Николотов, И.А. Успенский // Тракторы и сельхозмашины. - 2009. - №8. - С. 45-46.

11. Кокорев Г.Д. Формирование комплексной программы технического обслуживания и ремонта МТП / Г.Д. Кокорев, И.А. Успенский, И.Н. Николо-тоз // Тракторы и сельхозмашины. - 2009. - №11. - С. 43-45.

12. Кокорев Г.Д. Современное состояние виброакустической диагностики автомобильного транспорта / Г.Д. Кокорев, И.Н. Николотов, И.А. Успенский// Нива Поволжья. - 2010. -№1 (14). - С. 39-43.

13. Кокорев Г.Д. Метод прогнозирования технического состояния мобильной техники / Г Д. Кокорев, И.А. Успенский, И.Н. Николотов, Е.А. Карцев // Тракторы и сельхозмашины. - 2010. - №12. - С. 32-34.

14. Кокорев Г.Д. Методика диагностирования мобильной сельскохозяйственной техники с использованием прибора фирмы "Samte" / Г.Д. Кокорев, И.А. Успенский, И.В. Бобров [и др.] // Техника и оборудование для села. - 2012. -№7(181).-С. 37-39.

15. Кокорев Г.Д. Математическая модель изменения технического состояния мобильного транспорта в процессе эксплуатации / Г.Д. Кокорев // Вестник Рязанского государственного Агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - 2012 -№4 (16). - С. 90-93.

16. Кокорев Г.Д. Способ отбора рациональной совокупности объектов подлежащих диагностированию / Г.Д. Кокорев // Вестник Рязанского

государственного Агротехнологического университета имени П.А. Костычева. -2013-№1(17). -С.61-64.

Учебное пособие

17. Бышов Н.В. Случайные функции и процессы технической эксплуатации автомобилей: теория, примеры решения задач: Учебное пособие / Н.В. Бышов, С.Н. Борычев, Г.Д. Кокорев [и др.] - Рязань: ФГОУ ВПО РГАТУ, 2013. -92 с.

Зарегистрированные программные средства и патенты

18. Патент на изобретение № 2189487. Клапан для выключения цилиндров с электрическим приводом / Раскатов С.Н., Кокорев Г.Д. - 2002 г.

19. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011616091. Экспертная система диагностирования дизеля КамАЗ 740 / Кокорев Г.Д., Бышов Н.В., Борычев С.Н., Карцев Е.А. [и др.] - 2011 г.

20. Патент на полезную модель №113788. Система контроля фильтра двигателя внутреннего сгорания / Бышов Н.В., Борычев С.Н., Синицин П.С., Кокорев Г.Д. [и др.]-2012 г.

21. Патент на изобретение №2452880. Устройство информирования водителя о предельном износе тормозной накладки / Николотов И.Н., Карцев Е.А., Кокорев Г.Д., Успенский И.А. [и др.] - 2012 г.

22. Патент на полезную модель №120149. Система контроля состояния фильтра двигателя внутреннего сгорания / Бышов Н.В., Борычев С.Н., Синицин П.С., Кокорев Г.Д [и др.] - 2012 г.

23. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013660484. Имитационная модель производственного процесса ремонта агрегатов / Бышов Н.В., Борычев С.Н., Кокорев Г.Д., Успенский И.А. -2013 г.

Статьи в других изданиях

24. Кокорев Г.Д. Основные принципы управления эффективностью процесса технической эксплуатации автомобильного транспорта в сельском хозяйстве / Г.Д. Кокорев // Сборник материалов научно-практической конференции, посвященной 50-летию кафедр «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Технология металлов и ремонт машин» инженерного факультета РГСХА. Рязань: РГСХА, 2004. — С. 128-131.

25. Кокорев Г.Д. Тенденции развития системы технической эксплуатации автомобильного транспорта / Г.Д. Кокорев, И.А. Успенский, И.Н. Николотов // Сборник статей II международной научно-производственной конференции «Перспективные направления развития автотранспортного комплекса», Пенза, 2009.-С. 135-138.

26. Кокорев Г.Д. Системы мониторинга и диагностики автомобильного транспорта в сельском хозяйстве по вибрации / Г.Д. Кокорев, И.Н. Николотов, Н.В. Бышов, И.А. Успенский // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем», Саранск, 2009. — С. 176-179.

27. Кокорев Г.Д. Роль диагностирования тормозных систем в повышении безопасности движения и эффективности технической эксплуатации / Г.Д. Кокорев, И.А. Успенский, Д.В. Безруков, И.Н. Николотов 7/ Фундаментальные и

прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей. XII Международная научно-практическая конференция. 29-30 июня 2010г. г. Владимир, 2010.-С. 329-331.

28. Кокорев Г.Д. Прогнозирование изменения технического состояния тормозной системы образца мобильного транспорта в процессе эксплуатации / Г.Д. Кокорев, И.А. Успенский, Е.А. Панкова, И.Н. Николотов [и др.] // Сборник докладов международной научно - практической конференции «Переработка и управление качеством сельскохозяйственной продукции». Минск, 2013. - С. 197-200.

29. Кокорев Г.Д. Место и роль диагностирования в системе технической эксплуатации мобильного транспорта в сельском хозяйстве / Г.Д. Кокорев, И.А. Успенский, С.Н. Гусаров // Сборник докладов международной научно-практической конференции «Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования». Санкт-Петербург, 2013. - С. 333-336.

30. Успенский И.А. Разработка теоретических положений по распознанию класса технического состояния техники / И.А. Успенский, Г.Д. Кокорев, И.Н. Николотов, С.Н. Гусаров // Сборник материалов XV Международной научно-практической конференции. - Владимир, 2013. — С. 110—113.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л.2 Тираж 120 экз. Заказ № 1121 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образована «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени П.А. Костычева»

05201451 267 На правахрукописи

w и

Кокорев Геннадий Дмитриевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ

ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ НА ОСНОВЕ ИНЖЕНЕРНО-КИБЕРНЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания

в сельском хозяйстве

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант Успенский Иван Алексеевич доктор технических наук, профессор

- Рязань 2014 г

Оглавление..........................................................................................2

Введение.............................................................................................9

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования.......................................19

1.1 Эволюционное развитие и состояние процесса исследования эффективности системы технической эксплуатации автмомбилей в сельском хозяйстве.............................................................................................19

1.2 Основные принципы повышения эффективности процесса технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве.........................................22

1.3 Система технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве

как объект исследования.......................................................................25

1.4 Роль и место технического диагностирования в системе технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве.........................................30

1.4.1 Анализ методов технического диагностирования автомобилей.................33

1.4.2 Анализ методов селекции диагностических параметров автомобилей.......37

1.4.3 Анализ методов прогнозирования технического состояния автомобилей....39

1.5 Анализ организации производственных процессов технического обслуживания и ремонта автомобилей в сельском хозяйстве..........................48

1.5.1 Анализ исследований по определению технического состояния и характеристик ремонтного фонда агрегатов автомобилей..............................49

1.5.2 Анализ состава и трудоемкости работ в подразделениях осуществляющих

техническое обслуживание и ремонт агрегатов автомобилей..........................50

1.5.3. Анализ организационно-производственных структур подразделений

по ремонту агрегатов автомобилей..............................................................52

1.6 Цель и задачи исследования................................................................55

Глава 2 Теоретические исследования процесса технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве....................... ....................................60

2.1 Стратегии технического обслуживания и ремонта автомобилей.................60

2.2 Сущность и задачи технической диагностики................. .........................68

2.3 Теоретические положения по распознаванию класса технического

состояния объекта диагностирования......................................................70

2.4 Математическая модель изменения технического состояния автомобилей

в процессе эксплуатации....................................................................................74

2.5 Способ отбора рациональной совокупности объектов, подлежащих техническому диагностированию............................................................81

2.6 Методика выбора диагностируемых параметров автомобилей....................87

2.7 Математическое описание процесса изменения диагностического параметра...........................................................................................93

2.7.1 Общее выражение функции.............................................................94

2.7.2 Функция скорости изменения параметра............................................98

2.7.3 Учет других факторов..................................................................101

2.7.4 Аппроксимация изменения параметра состояния

элементов автомобиля..........................................................................103

2.8 Обоснование рационального состава комплекса средств технологическго оснащения для системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве.........................................................................................111

2.8.1 Теоретическое обоснование качественных характеристик автомобилей поступающей на техническое обслуживание и ремонт.................................111

2.8.2 Теоретическое обоснование взаимосвязи потока требований на техническое обслуживание и ремонт и эффективности функционирования системы технической эксплуатации........................................................117

2.9 Теоретическое обоснование методики формирования комплекса средств технологического оснащения подразделений по ремонту агрегатов автомобилей.........................................................................................124

2.9.1 Группирование деталей агрегатов автомобилей..................................124

2.9.2 Разработка групповых технологических процессов ремонта...................127

2.9.3 Формирование типажа комплекса средств технологического

оснащения.......................................................................................130

2.9.4 Процесс формирования комплекса средств технологического оснащения........................................................................................133

2.10 Выводы....................................................................................134

Глава 3 Реализация инженерно-кибернетического подхода при повышении эффективности системы технической эксплуатации автомобилей в сельском хозяйстве..........................................................................................138

3.1 Подход к формированию основ теории повышения эффективности технической эксплуатации автомобилей....................................................138

3.2 Моделирование при повышении эффективности системы технической

эксплуатации автомобилей...................................................................144

3.3. Определение основных свойств системы технической эксплуатации автомобилей.....................................................................................148

3.4 Определение качества системы технической эксплуатации

автомобилей.....................................................................................154

3.5 Обобщенная схема и характеристика этапа проблемного анализа..............159

3.6 Обобщенная схема и характеристика этапа концептуального

исследования....................................................................................173

3.6.1 Сущность процесса целеполагания на этапе концептуального исследования....................................................................................179

3.7 Обобщенная схема и характеристика процесса моделирования операции

на этапе концептуального исследования..................................................185

3.7.1 Исследование стратегий рационального поведения системы технической эксплуатации на этапах жизненного цикла.................................................191

3.7.2 Обоснование выбора показателей эффективности поведения системы технической эксплуатации...................................................................199

3.7.3 Анализ критериев эффективности реализации процесса повышения эффективности системы технической эксплуатации...................................202

3.8 Обобщенная схема и характеристика этапа операционального

исследования......................................................................................208

3.8.1 Анализ типовых задач построения концептуальной и операциональной моделей повышения эффективности системы технической эксплуатации...........209

3.9 Общая характеристика этапа детального исследования и принятия

решения............................................................................................220

ЗЛО Выводы.....:...............................................................................224

Глава 4 Экспериментальные исследования...............................................225

4.1. Характеристика программы экспериментальных исследований.................225

4.2 Определение числа объектов наблюдений...........................................226

4.3 Определение объектов диагностирования............................................227

4.4 Обработка и статистический анализ экспериментальных данных...............230

4.4.1 Определение статистических вероятностей появления отказов объектов диагностирования................................................................................231

4.4.2 Регрессионные зависимости вероятности отказов объектов диагности-рования от пробега...............................................................239

4.4.3 Статистическая оценка значимости коэффициентов регрессионной модели..............................................................................................241

4.4.4 Проверка математических моделей на адекватность.............................244

4.4.5 Определение вероятностей возможных состояний объектов....................246

4.5. Определение диагностических параметров..........................................248

4. 6 Методика моделирования и имитационная модель производственного процесса ремонта агрегатов автомобилей в сельском хозяйстве....................256

4.6.1 Выбор и обоснование показателя эффективности организации производственного процесса подразделений по ремонту агрегатов автомобилей.................................................................................................257

4.6.2 Методика имитационного моделирования производственного процесса ремонта агрегатов автомобилей...........................................................261

4.6.2.1 Формулировка задачи и разработка алгоритма модели..........................262

4.6.2.2 Разработка модели производственного процесса ремонта агрегатов......265

4.6.2.3 Оценка точности и адекватности имитационной модели.......................271

4.6.3 Планирование машинного эксперимента.............................................276

4.7 Выводы......................................................................................281

Глава 5 Разработка предложений по повышению готовности к использованию

по назначению автомобилей в сельском хозяйстве.....................................282

5.1 Повышение эффективности технического диагностирования

автомобилей.....................................................................................282

5.1.1 Рекомендации по прогнозированию технического состояния автомобилей.....................................................................................282

5.1.2 Рекомендации по определению периодичности контроля технического состояния автомобилей........................................................................286

5.1.3 Алгоритмы технического диагностирования автомобилей.....................290

5.1.4. Формирование основного перечня средств диагностирования автомобилей......................................................................................291

5.1.5 Использование метода цилиндрового баланса для диагностирования дизельных двигателей...........................................................................295

5.1.6 Экономическая оценка повышения эффективности технического диагностирования автомобилей в сельском хозяйстве.......................................301

5.1.7 Техническая оценка результатов повышения эффективности

технического диагностирования............................................................305

5.2. Анализ результатов моделирования и разработка предложений по формированию рациональной производственной структуры подразделений

по ремонту агрегатов автомобилей в сельском хозяйстве...............................308

5.2.1. Оценка эффективности существующих структур подразделений по ремонту агрегатов автомобилей.............................................................309

5.2.2. Разработка предложений по формированию рациональной структуры подразделений по ремонту агрегатов автомобилей.....................................316

5.2.3. Оценка эффективности функционирования предложенной структуры подразделений по ремонту агрегатов автомобилей.....................................325

5.2.4. Техническая и экономическая оценки разработанных предложений по формированию рациональной производственной структуры подразделений

по ремонту агрегатов автомобилей.........................................................328

5.3 Использование экспертной системы для диагностирования

автомобилей.......................................................................................331

5.3.1 Общая характеристика системы......................................................331

5.3.2 Назначение и условия применения системы.......................................333

5.3.3 Описание логической структуры. Сообщения....................................337

5.3.4 Экономическая оценка методики диагностирования с применением экспертной системы............................................................................339

5.4 Использование устройства информирования водителя об износе тормозной накладки для мониторинга технического состояния

автомобилей.............................................................................................................344

5.5 Выводы.......................................................................................349

Общие выводы..................................................................................352

Список литературы............................................................................355

Приложение А. Характеристика отказов объектов диагностирования

автомобилей КАМАЗ - 4310, 43105 и 43114.............................................381

Приложение Б. Графики остатков..........................................................398

Приложение В. Структурно-следственные модели объектов

диагностирования..............................................................................401

Приложение Г. Принципиальная блок-схема имитационной модели

функционирования агрегаторемонтного органа..........................................415

Приложение Д. Комментарии к блок-схеме имитационной модели..................421

Приложение Е. Распечатка исходного модуля имитационной модели

функционирования подвижного агрегаторемонтного органа........................423

Приложение Ж. Таблицы определения параметров входной информации

модели.............................................................................................435

Приложение 3. Критерии по выборкам производственных мощностей

агрегаторемонтных подразделений.........................................................442

Приложение И. Матрицы планирования модельного эксперимента................443

Приложение К. Алгоритмы технического диагностирования

автомобилей.....................................................................................445

Приложение К.1. Алгоритм диагностирования дизельного двигателя и

электрооборудования............................................................................445

Приложение К.2. Алгоритм диагностирования трансмиссии.........................448

Приложение К.З. Алгоритм диагностирования ходовой части.......................449

Приложение К.4. Алгоритм диагностирования рулевого управления................450

Приложение К.5. Алгоритм диагностирования тормозной системы с

пневматическим (пневмогидравлическим) приводом.................................451

Приложение К.6. Алгоритм диагностирования световых приборов................453

Приложение Л. Использование экспертной системы для

диагностирования мобильной техники....................................................454

Приложение М. Исходный текст программы «Экспертная система поиска

неисправностей дизеля КамАЗ 740»........................................................457

Приложение Н. Акты внедрения результатов диссертации..........................468

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Стратегическим направлением технического сервиса на период до 2015 года и прогноз до 2020 года является обеспечение работоспо-собности и продление сроков службы имеющегося машинно -тракторного парка за счет повышения качества и ресурса машин и агрегатов на основе освоения прогрессивных технологий их обслуживания и ремонта (технической экс-плуатации) с применением средств диагностики, процессов восстановления изношенных деталей [250, 251].

Результаты проведенных исследований и опыт эксплуатации автомобильной техники в сельском хозяйстве (АСХ) показывают, что на современном этапе существенное повышение эффективности технической эксплуатации (ТЭ) не может быть достигнуто проведением разрозненных мероприятий, а требует рассмотрения технической эксплуатации АСХ как системы и применения к ней современных методов исследования и совершенствования сложных систем.

Развитие системы ТЭ осуществляется на основе планово - предупредительного принципа проведения ремонтно-обслуживающих работ. Информационной базой оптимизации системы являются показатели долговечности конструкционных и некострукционных элементов машин и результаты их диагностирования. Использование этих данных позволяет изучить закономерности формирования затрат на обеспечение работоспособности АСХ и осуществить построение эффективных ресурсосберегающих процессов её ТЭ.

Однако полностью реализовать вышеизложенное направление применительно к АСХ в рядовой эксплуатации не удается вследствие необходимости определения технического состояния (ТС) большого количества их элементов. Поэтому назначение ремонтно-обслуживающих воздействий обосновано лишь для отдельных диагностируемых элементов АСХ. Определение периодичности технического обслуживания (ТО) и ремонта (Р) АСХ осуществляется по их наработке на основе общих закономерностей изменения эксплуатационных и ремонтных

затрат [62]. Такой подход не позволяет в принципе прогнозировать величину периодичности и ремонтные затраты для различных условий сельскохозяйственного производства. В результате отсутствует возможность развития системы ТЭ путем управления сроками и объемами ремонтно-обслуживающих воздействий.

Анализ организации производственных процессов, состава и распределения трудовых ресурсов системы ТЭ АСХ показал, что ее организационно-производственная структура недостаточно учитывает возможный объем и состав работ по техническому обслуживанию и ремонту всей номенклатуры агрегатов.

Для поддержания АСХ в готовности к использованию по назначению, своевременного и качественного проведения их ТО и Р, необходимо повысить уровень контроля за состоянием АСХ на всех этапах эксплуатации что несомненно повысит эффективность системы ТЭ АСХ.

Степень разработанности темы. Отечественные ученые предлагают различные меры для совершенствования системы ТЭ АСХ: формирование структуры и содержания ремонтно-обслуживающих воздействий на агрегаты АСХ, применение необезличенной формы ремонта, создание и совершенствование методов ТО и Р, разработка и внедрение стратегий ТО и Р АСХ по состоянию, развит�