CC BY
33
А. Ф. Дорохов, А. М. Мирзабеков
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ КАЧЕСТВА И СТОИМОСТИ В ПРОИЗВОДСТВЕ СУДОВЫ1Х ДИЗЕЛЬНЫ1Х УСТАНОВОК
1. Анализ сложной технической системы «судовой двигатель внутреннего сгорания» Фундаментальным понятием современного системного анализа является понятие «сложная система». В научной литературе о сложных системах [1-3 и др.] существует множество определений этого понятия. Для отдельных случаев рассмотрения физических систем под сложной системой понимаются конкретные сложные технические системы (СТС), в нашем случае СТС - «судовой двигатель внутреннего сгорания» или «судовой дизель» (СДВС или СД).
СДВС-система является одной из разновидностей сложных систем и обладает всеми свойствами, характерными для них. В то же время, если иметь в виду характер появления, специфику использования и функционирования, у СДВС-системы наиболее рельефно проявляется ряд свойств, связанных с непосредственным ее назначением и применением.
Основными свойствами СДВС-системы являются следующие.
1. Наличие целей функционирования. Эти цели определяют основное назначение системы и характер ее функционирования. Каждая подсистема (механизм газораспределения, механизм преобразования движения, подсистема охлаждения, подсистема смазки и т. д.) имеет свою специфическую цель, и в то же время она проектируется таким образом, чтобы работала ради достижения первой главной цели - выработки мощности, стоящей перед СДВС-системой в целом. Стремление к возможно более полному удовлетворению потребностей эксплуатационников является второй главной целью СДВС-системы, ее целевым назначением.
2. Наличие управления - процесса целенаправленного формирования действий СДВС-системы и ее подсистем, который включает получение необходимой информации о самой системе, ее подсистемах и элементах, выработку решения (подача топлива; быстрый выход на устойчивые режимы работы; автоматический останов СДВС в случае возникновения перегрузок или аварийной ситуации и т. п.); постановку задач перед системой и ее подсистемами (передача командной и управляющей информации) и контроль исполнения. Само управление осуществляется человеком (мотористом, механиком) или компьютером, который контролируется человеком.
3. СДВС-система имеет определенную иерархическую структуру. Основным признаком иерархического выделения подсистем является их целевое назначение. Дизель-система, ее подсистемы и элементы могут быть представлены в виде иерархической структуры. Подсистемы, управляемые непосредственно высшим звеном: подсистемы 1-го уровня иерархии - остов (блок-картер-рама-крышка), МГР (механизм газораспределения), МПД (механизм преобразования движения); подсистемы 2-го уровня - подсистемы
охлаждения, смазки, топливоподачи, пуска, реверса. Подсистемы, управляемые непосредственно подсистемами 1-го уровня иерархии, будем называть подсистемами 1-1-го уровня (кривошипно-поршневой механизм -КПМ, бесшатунный механизм - БШМ, роторно-поршневой механизм -РПМ), которые в свою очередь управляют подсистемами 1-2-го уровня (ци-линдро-поршневой группой - ЦПГ, кривошипно-шатунным механизмом -КШМ), а последние состоят из подсистем 1-3-го уровня (детали, соединения). Аналогично обстоит дело с подсистемами 2-го уровня (подсистемы охлаждения, смазки, топливоподачи, пуска, газообмена), которые управляют подсистемами 2-1-го уровня (узлы - насосы, регуляторы, теплообменники), а последние состоят из подсистем 2-2-го уровня (соединения, детали) и т. д.
4. Непрерывное изменение состояния элементов и подсистем без изменения структурного состояния дизель-системы.
Перечисленные выше основные свойства СДВС-системы следует рассматривать в их диалектической связи. Попытки расчленения этих признаков и рассмотрения каждого из них отдельно, без связи с другими, приведут к тому, что проблема производства двигателей высокого качества будет рассматриваться подробно лишь с какой-либо одной позиции, что может привести к односторонности результатов исследования и проектирования машин, которые не будут оптимальным образом соответствовать требованиям эксплуатации. Таким образом, СДВС-система является искусственным образованием, которое представляет собой локализованную в пространстве совокупность самостоятельных динамических объектов, находящихся между собой в жестком вещественно-энергетическом и информационно-управленческом взаимодействии. Эта система действует в процессе своего функционирования по отношению к другим системным формированиям и окружающей среде как единое динамическое целое, работающее в пространстве и времени. Работа осуществляется для достижения общесистемных целей (выработка мощности для потребителя) и получения качественных общесистемных результатов (малый удельный расход топлива, приемлемые массогабаритные показатели, низкий уровень шумности и т. д.).
Взаимосвязанная совокупность подсистем дизель-системы, взаимодействующих со средой, образует единый комплекс, в котором функционируют потоки трех видов: материальные, энергетические и информационные в их взаимосвязи. В состав этого комплекса (на примере дизельной установки на базе судового малоразмерного дизеля) включены подсистемы технических средств, несущие в себе строго определенную функцию по отношению к дизель-системе.
2. Проблема выбора критериев оптимальности сложной организационно-технической системы. В системной технологии проектирования сложных организационно-технических систем одним из основных направлений является направление, связанное с выбором и обоснованием критериев оптимальности. Практическая значимость данной задачи заключается в том, что ее правильное решение может оказать определяющее влияние в целом на успех проектирования СТС - судового малоразмерного дизеля (СМД) с оптимальной конструкцией. В связи с этим в настоящей
работе для формирования и обоснования критерия оптимальности - функции Ф(5) (эксплуатационное качество), сохраняющей упорядочение и обеспечивающей количественную оценку качества проектируемых систем, предлагается логико-эмпирический подход.
В общем случае при проектировании СМД, при сравнении различных вариантов СМД и обосновании его оптимальной конструкции и компоновки, следует учитывать не только показатель эффективности, являющийся функцией затрат и сроков создания СМД, но и сами затраты и сроки создания СМД. В таком случае проектный критерий оптимальности Ф(5) сложной технической системы - ^смд может быть представлен в виде функционала показателя эффективности Э, стоимости С и времени создания T [1],т. е.
Ф^) = f (Э, С, Т).
Оптимальным проектным решением является такое, которое обеспечивает выполнение поставленной цели при минимальных материальных, энергетических и трудовых затратах, либо такое, которое, при фиксированных затратах, позволяет достичь поставленной цели с максимальной эффективностью. Для СМД приемлемым техническим решением является то, которое обеспечивает выполнение поставленной цели при минимуме затрат.
Цель - полная работоспособность дизеля в течение производственно-оптимального срока эксплуатации Р (гарантированного эксплуатационного ресурса) в 2,5 3,0 тыс. ч [4].
Среднюю мощность за период эксплуатации Д,ср представим в следующем виде:
Ne ср = (Ne100 t100 + Ne75 t75 + Ne50 t50 + Ne25 t25) / (t100 + t75 + t50 + t25),
где t100, t75, t50, t25 - время работы дизеля на различных режимах. Следовательно, Р = t100 + t75 + t50 + t25, при Р = 3 000 ч, то время работы на номинальном и долевых режимах составит: t100 = 42 % (1 250 ч); t75 = 42 % (1 250 ч); t50 = 16 % (500 ч) [5]. Тогда среднюю мощность за период эксплуатации можно представить так:
n
N = 2 N .t./P . е ср . , et I
l = 1
Оптимальный структурно-качественный вариант системы S0 будет иметь вид:
Ф( Sо) = min C , при Э > Этах, Т < Ттт, at <(>) адоп,
S. е S, i
где адоп - показатель дополнительных ограничений; St - l-й альтернативный вариант S; Tmin - предельный срок создания. Тогда критерий оптимальности можно представить в виде
Ф(?)=-
Р2
п
С( 2 N ,)
і = 1 еі
где Р - гарантированный эксплуатационный ресурс; С - стоимость едини-
п
цы мощности (С = Ц / N ном, где Ц - цена дизеля); ^N.,. - суммарная экс-
Є і
1=1
плуатационная мощность дизеля за период эксплуатации; і - основные эксплуатационные режимы; п - число часов работы дизеля на каждом режиме. Критерием оптимальности подсистемы будут являться степень ее влияния на показатель эффективности системы в целом:
ДФ(?) = Ф^-Ф^, v ' Ф(?) ’
где Ф(?) - критерий эффективности системы с новыми типами подсистем (например: ?1 - цилиндровая втулка; ?2 - коленчатый вал; ?1 -
1 - 3
система охлаждения).
1-3
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Месарович М., ТакахораЯ. Общая теория систем / Пер. с англ. - М.: Мир, 1978. - 316 с.
2. Формирование технических объектов на основе системного анализа / В. Е Руднев, В. В. Володин, К. Н. Лучанский, В. Б. Петров. - М.: Машиностроение, 1991. - 320 с.
3. Гамидов Г. С., Колосов В.Г., Османов Н. О. Основы инноватики и инновационной деятельности. - СПб.: Политехника, 2000. - 323 с.
4. Дорохов А. Ф. Принцип формирования эксплуатационного качества при производстве судовых дизелей // Проблемы машиностроения и надежность машин. - 1999. - № 6. - С. 54-58.
5. Отраслевая инструкция по определению экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений дизелестроения. - Л.: ЦНИДИ, 1980. - 75 с.
