CC BY
112
НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ МГТУ ИМ. Н. Э. БАУМАНА
НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ
Эл № ФС77 • 48211. Государственная регистрация №0421200025. ISSN 1994-0408
электронный научно-технический журнал
Методика оптимизации предупредительных замен в задаче
планирования производственного цикла ремонтного
предприятия
# 08, август 2013
Б01: 10.7463/0813.0615305
Барышников А. В., Чернявский А., Борщ В., Моисеев А.
УДК 65
Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана avb@bmstu.ru
Введение
В ремонтном производстве восстанавливается работоспособность изделий (при текущем ремонте), а также исправность и ресурс изделий и составных частей (при капитальном ремонте) [1]. Ремонтный процесс включает в себя все этапы восстановления изделия и его составных частей, в том числе вспомогательные процессы: организационно-технические, снабженческо-сбытовые, транспортные и др. [7]. На рис. 1 показаны основные элементы и операции ремонтного производства и связи между ними. Структура ремонтного передела отличается обилием подсистем и сложностью связей ними, поэтому для обеспечения нормального функционирования ремонтного производства требуется налаженная технология поставки запчастей и комплектующих [8]. Этой цели невозможно добиться без использования систем моделирования, позволяющих оценить эффективность производственного процесса [9].
Подготовка машины к ремонту. Сдача машины в ремонт или постановка на хранение
Доставка машины в мастерскую
Наружная очистка машины Подразборка машины
Наружняя очистка шасси
Разборка на агрегаты и узлы
тг Элоктрообо-
Кабина,
рудование, радиатор, колеса
капот, оперение
Очистка агрегатов и узлов
Ремонт рамы
Снятие лакокрасочного п окрытия
I
Ремонт, сборка, и спытание узлов
Контроль
Разборка агрегатов и узлов на детали
Очистка деталей
Склад металлолома
т
Дефектация деталей
Годные Годные в соединении с новыми Подлежащие ремонту Негодные
Централи-зован-ному На своем предприятии
I
Склад деталей, ожид. ремонта
Участки восстан овления и изгото вления деталей
Комплектование агрегатов и узлов
Ремонт, сборка, обкатка, испытания
I
Очистка и окраска машины
I
Сборка машины *
Обкатка машины
Склад деталей -> и материалов
-*■ Материалы
Контроль и регулирование
Очистка и окраска агрегатов
Сдача (постановка) на хранение
Рис. 1. Схема производственного процесса ремонта сложной машины
Технологический процесс - это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства. Примерами технологических процессов, входящих в ремонтное производство, могут служить наружная мойка машины, разборка изделия и его узлов [3], очистка, дефектация, восстановление деталей и др. [3, 4].
Технологические процессы устанавливают определенную последовательность выполнения работ по ремонту изделия или его составной части. Технологические процессы, в свою очередь, подразделяются на технологические операции, которые включают в себя установы, технологические и вспомогательные переходы, приемы, позиции. Для выполнения технологических процессов на производственных участках предприятия организуют рабочие места, которые оснащают технологическим оборудованием, технологической и организационной оснасткой [10].
Постановка задачи оптимизации предупредительных замен
Эксплуатация парков машин порождает как плановые и неплановые потоки на техническое обслуживание и ремонт. Обозначим интенсивность потока первого типа через Л@), а интенсивность потока второго типа через шф.
Оба потока нуждаются в управлении системой ТО и ремонта, базисом которого являются соответствующие нормативы [2]. Поток на регламентированные ТО и ремонты разделяется на потоки по наработке и техническому состоянию машин. В зависимости от назначения и конструктивных особенностей машин ТО и ремонта регулируется различными ступенями выполнения технических воздействий [5, 6]. В качестве примера рассмотрим систему ремонта и технического обслуживания предприятия ООО «НПФ СтоКрат».
Она разделяется на три подсистемы. Первая подсистема распространяется на 20 типов машин, образующих 67 групп. Для них
http://technomag.bmstu.ru/doc/615305.html 283
действует четырёхступенчатое обслуживание, включающее: ЕО, ТО-1, ТО-2, ТО-3, СО, а также текущий и капитальный ремонт сборочных единиц и полнокомплектных машин.
Вторая подсистема охватывает 17 типов машин, образующих 40 групп. В этом случае предусмотрено трехступенчатое обслуживание: ЕО, ТО-1, ТО-2, СО, текущий и капитальный ремонт сборочных единиц и машин. Однако для 9 типов машин, образующих 17 групп капитальный ремонт не предусмотрен.
Третья подсистема включает 8 типов, образующих 27 групп машин, по которым осуществлять двухступенчатое обслуживание: ЕО, ТО, и плановый текущий ремонт сборочных единиц и машин.
На каждую подсистему влияет надёжность и качество машин, условия эксплуатации, требуемые ресурсы, ограничения в действиях, направленных на достижение установленной цели и др. Совокупность изделий, потребовавших операций ТО, изменяются по мере нарастания наработки машин в случайные моменты и случайной последовательности. Если операции выполнять в соответствии с их оптимальной периодичностью, вероятность безотказной работы машин в периодах между обслуживаниями возрастёт, но при этом отчётливо увеличится количество машин на ТО и ремонты, и следовательно затраты на их выполнение, а время работы техники ощутимо сократится.
Таким образом, встает задача поиска наиболее рациональной группировки операций с позиций периодичности, трудоёмкости и стоимости. Группировка операций по видам осуществляется в основном двумя типами методов. Принципиальная особенность методов первого типа в том, что периодичность видов ТО и ремонта задаётся изготовителями машин. В этом случае каждая операция, влияющая на безопасность работы машины, присоединяется к виду ТО или ремонта, периодичность которого меньше оптимальной периодичности выполнения данной операции и больше приближается к нему в сравнении с другими. В эту группу операций входят работы,
объединённые предупреждением опасных отказов систем, сборочных единиц, соединений и деталей машин. Во второй тип методов операции включаются в соответствующий вид ТО или ремонта на основе минимизации затрат на их выполнение. Задача группирования работ в оптимальные виды ТО и ремонта состоит в том, чтобы изменяя значения периодичностей операций, обнаружить удовлетворительные значения базовой периодичности обслуживания для машин в целом. При этом минимизируются затраты на ТО и ремонт за цикл эксплуатации техники Т.. с учётом ущерба от простоев в технических воздействиях.
Так происходит сокращение количества и, соответственно, времени неплановых ремонтов ТНР^) за счет предупредительных замен
сборочных единиц, узлов и деталей при плановых ТО и ремонтах
где ТдрСО, ДТНР(1:) - соответственно продолжительность и сокращение
времени неплановых ремонтов при выполнении предупредительных замен изделий.
Вместе с тем, это приводит к увеличению времени т|0Р(Х) пребывания машин в плановых ТО и ремонтах
где ДТТ0Р(Ч;) - приращение времени на предупредительные замены при
плановых ТО и ремонтах.
Однако приращение ДТТ0Р(1:) существенно меньше
продолжительности устранения отказов машин ДТТ0Р(1:)« ДТНР(1:). Это
объясняется тем, что при неплановых ремонтах требуется подготовка машин (приемка, мойка, контроль технического состояния и др.), продолжительность которой в случае замен изделий при плановых ТО и ремонтах не требует учёта, поскольку заранее выполняется подготовка
производства работ (комплектация и доставка требуемых запасных частей на посты или места эксплуатации машин, восстановление изделий обратного фонда), сокращающая, в том числе и время ожидания начала обслуживания и др.
Нормативное время выполнения ТО и ремонта равно Т_ = Т^ - Таким образом, выполнение предупредительных замен
позволяв повысить техническую готовность машин
(1)
С учетом введенных соотношений формула (1) примет вид
где ктв - коэффициент, учитывающий долю времени технических
воздействий, приходящуюся на сменное время; К0Р- коэффициент
использования организационных резервов.
По мере сокращения периодичности предупредительных замен, с одной стороны, снижаются затраты на неплановые ремонты, с другой -увеличивается стоимость плановых ТО и ремонтов.
Периодичность замен в агрегатном подходе к ремонту
При агрегатном методе ремонта периодичность замен сборочных единиц, узлов и деталей будет оптимальна, если привести к минимуму суммарные затраты на обеспечение работоспособности с^ с учетом
компенсации простоев машин за цикл эксплуатации минимальны:
,
,
где c0(t) - суммарные затраты на устранение отказов при неплановом ремонте; Сзч - стоимость изделия; ст- стоимость транспортирования ремонтного фонда до места выполнения ремонта; См - стоимость расходуемых материалов при замене изделия; стр - стоимость работ по устранению отказа; сущ - затраты на компенсацию простоев машин в неработоспособном состоянии; Cn3(t) - суммарные затраты на
сопутствующие ТО и неплановому ремонту предупредительные замены изделий. Кроме того, справедливо соотношение Cn3(t) = Сзч + См + Стр.
Обозначим через coj, Cn3j суммарные затраты для изделия у'-го
наименования. Эти величина рассчитываются последующей формуле:
Coj(t) = Co kj, Cn3j(t) = EJ Спз jj,
где N0j, Nnp- количество k-ых отказов и i-ых предупредительных замен
изделий за цикл эксплуатации.
При C0k. = const и Спз_. = const имеем
CojCt) = C0kj * N0 j, Спз. (t) = Спз_. * Nnp ij.
Если сборочные единицы, узлы и детали заменяются после отказов, то величину N0можно рассчитать по формуле
.
При предупредительных заменах
Nc. = [i;^co1:(tidt-----i;;.co:.(tjcU =I^;n::(t,,
где tOij(t), ilij(t) - соответственно интенсивность и ведущая функция
потока отказов изделий у'-го наименования на интервале от I - 1до i-ой замены.
С учётом сделанных предпосылок, целевая функция принимаем вид
CvfTJ = - rnii:,
где соб п затраты на п плановых ТО и ремонтов за цикл эксплуатации машины.
Обозначим период между i-1 и i предупредительными заменами (Чьь через At и рассмотрим два варианта определения стратегии
замен в течение цикла эксплуатации: периодичность замен изделий 1) At=const или 2) At=var.
В первом случае «подбирается» такое значение At=const, при котором суммарные затраты за цикл эксплуатации будут минимальны Cv(TL ) = min. Такой подход с достаточной достоверностью применим
при простом процессе восстановления. Однако, для определения At=const требуются показатели долговечности и безотказности элементов конструкции за весь цикл эксплуатации. Это ограничивает применение модели для новых и модернизированных изделий.
При сложных процессах восстановления более приемлемым будет вариант At=var, при котором учитываются ресурсы деталей до первой и последующих замен. В этом случае предупредительные замены могут выполняться с периодичностью равной наработкам до первого и последующих отказов изделий, а соответствующий минимум затрат на выполнение ТО и ремонтов определяется рассматриваемой для каждого интервала At=var функцией
Сд:;(Х)= C-3.:Ct)-Co:№ - min,
где c0]-(tt) =C0k. *ilij(t).
Минимум функции при i=1 соответствует значению t3 lJ-, при ¡=2 -
величине t32j и т.д. Если рассчитанная периодичность i-ой
предупредительной замены имеет значение в интервале наработки 10.7463/0813.0615305 288
между n и n+1 плановыми техническими воздействиями, то решение о моменте замены j-ого изделия принимается из условия
mii^C^i t:- -::. I !■ j: С^ 1.1:-- ■ J - С^ i,jj.
Таким образом, группированием предупредительных замен изделий относительно плановых ТО и ремонтов формируется достаточно рациональная программа, которая, в общем случае, позволяет оценить и сократить объем работ, номенклатуру и количество запасных частей за цикл эксплуатации машины.
Заключение
Предложенная методика и статистический анализ характерных отказов и неисправностей деталей, лимитирующих надежность, позволили разработать карту надежности механизма подъема платформы автомобилей-самосвалов семейства МАЗ, которая дает возможность наглядно показать место расположения деталей и узлов, лимитирующих надежность агрегатов и содержит характеристики распределения ресурсов деталей в виде кривых спада надежности. Полученные вероятности безотказной работы позволили рассчитать среднюю наработку на отказ и выявить гамма-процентный ресурс деталей, который имеют или превышают не менее 80 или 90% изделий данного вида, лимитирующих надежность.
Список литературы
1. Александровская Л.Н., Афанасьев А.П., Лисов А.А. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем. М.: Логос, 2001. 208 с.
2. Катаргин В.Н. Автоматизация проектирования системы технического обслуживания и ремонта автомобиля // Вестник КГТУ. Вып. 4. Информатизация в образовании. Красноярск: КГТУ, 1996. С. 8793.
3. Кузнецов Е.С., Болдин А.П., Власов В.М. Техническая эксплуатация автомобилей. М.: Наука, 2001. 535 с.
4. Лаврищев С.А., Ковалев Р.Н. Рационализация процесса технического осмотра подвижного состава автомобильного транспорта // Транспорт Урала. 2012. №1 (32). С. 82-85.
5. Марков О.Д. Автосервис: Рынок, автомобиль, клиент. М.: Транспорт, 1999. 270 с.
6. Миротин Л.Б. Управление автосервисом. М.: Экзамен, 2004. 320 с.
7. Перфилов А.С., Павлов А.П. Обеспечение повышения уровня технического состояния парка машин на основе использования ремонтных комплектов // Автотранспортное предприятие. 2012. № 1. С. 53-55.
8. Николаев А.Б., Солнцев А.А., Саная А.Г., Якунин П.С. Методы организации и моделирования дилерских сетей // В мире научных открытий. 2012. № 12 (36). С. 163-174.
9. Еремина Т.И., Солнцев А.А., Якунин П.С. Процессно-ориентированная имитационная модель функционирования предприятия технического обслуживания // Имитационное моделирование систем управления: сб. науч. тр. МАДИ. М.: МАДИ, 2012. С. 84-90.
10. Хабибуллин Р.Г. Основы формирования фирменной системы технического обслуживания и ремонта автомобилей (на примере автоцентров КАМАЗ) : дисс. ... канд. техн. наук. М., 2000. 184 с.
SCIENTIFIC PERIODICAL OF THE BAUMAN MSTU
SCIENCE and EDUCATION
EL № FS77 - 48211. №0421200025. ISSN 1994-040S
electronic scientific and technical journal
Optimization technique of preventive replacements in the task of planning the repairer's production cycle # 08, August 2013 DOI: 10.7463/0813.0615305
Baryshnikov A.V., Chernyavskii A.I., Borsch V.V., Moiseev A.N.
Bauman Moscow State Technical University, 105005, Moscow, Russian Federation
avb@bmstu.ru
This paper examines the operating reliability of motor vehicles. It was shown that the structure of maintenance operations and repair influences the cost of performance assurance. A method of preventive replacements was proposed in this work; this method transfers part of potential repair operations to the scheduled maintenance. Such decision contributes to increasing the operating reliability and the scheduled maintenance's price. An optimization model, which allows one to determine the rational amount of preventive replacements, was also proposed in this work.
Publications with keywords: reliability, maintenance service, repair, mean time between failures Publications with words: reliability, maintenance service, repair, mean time between failures
References
1. Aleksandrovskaya L.N., Afanas'ev A.P., Lisov A.A. Sovremennye metody obespecheniya bezotkaznosti slozhnykh tekhnicheskikh system [Modern methods of providing of reliability of complex technical systems]. Moscow, Logos, 2001. 208 p.
2. Katargin V.N. Avtomatizatsiya proektirovaniya sistemy tekhnicheskogo obsluzhivaniya i remonta avtomobilya [Automation of designing of system of technical service and car repair]. Vestnik KGTU. Vyp. 4. Informatizatsiya v obrazovanii [Herald of KSTU. Iss. 4. Informatization in Education]. Krasnoyarsk, KSTU, 1996, pp. 87-93.
3. Kuznetsov E.S., Boldin A.P., Vlasov V.M. Tekhnicheskaya ekspluatatsiya avtomobiley [Technical maintenance of cars]. Moscow, Nauka, 2001. 535 p.
4. Lavrishchev S.A., Kovalev R.N. Ratsionalizatsiya protsessa tekhnicheskogo osmotra podvizhnogo sostava avtomobil'nogo transporta [Oprimisation of technical inspection process of motor transport rolling stock]. Transport Urala [Transport of the Urals], 2012, no.1 (32), pp. 82-85.
5. Markov O.D. Avtoservis: Rynok, avtomobil', klient [Car services: Market, the car, the customer]. Moscow, Transport, 1999. 270 p.
6. Mirotin L.B. Upravlenie avtoservisom [Management of car services]. Moscow, Ekzamen, 2004. 320 p.
7. Perfilov A.S., Pavlov A.P. Obespechenie povysheniya urovnya tekhnicheskogo sostoyaniya parka mashin na osnove ispol'zovaniya remontnykh komplektov [Providing enhance the level of technical condition of vehicle fleet through the use of repair kits]. Avtotransportnoe predpriyatie, 2012, no. 1, pp. 53-55.
8. Nikolaev A.B., Solntsev A.A., Sanaya A.G., Yakunin P.S. Metody organizatsii i modelirovaniya dilerskikh setey [Methods of organization and modeling of dealer networks]. V mire nauchnykh otkrytiy [In the World of Scientific Discoveries], 2012, no. 12 (36), pp. 163 174.
9. Eremina T.I., Solntsev A.A., Yakunin P.S. Protsessno-orientirovannaya imitatsionnaya model' funktsionirovaniya predpriyatiya tekhnicheskogo obsluzhivaniya [Process-oriented simulation model of operation of enterprise of technical service]. Imitatsionnoe modelirovanie sistem upravleniya: sb. nauch. tr. MADI [Simulation modeling of control systems: Collected papers of MADI (Moscow State Automobile and Road Technical University)]. Moscow, MADI Publ., 2012, pp. 84-90.
10. Khabibullin R.G. Osnovy formirovaniya firmennoy sistemy tekhnicheskogo obsluzhivaniya i remonta avtomobiley (naprimere avtotsentrov KAMAZ). Kand. diss. [Bases of formation of branded system of technical service and repair of cars (on the example of auto centers KAMAZ). Cand. diss.]. Moscow, 2000. 184 p.
