CC BY
18
05.20.01 Технологии и средства механизации сельского хозяйства
УДК 502/504 : 631.3.004.67 Б. Н. ОРЛОВ, А. И. НОВИЧЕНКО
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К. А. Тимирязева», г. Москва
Н. Б. ОРЛОВ
Открытое акционерное общество «Республиканский навигационно-информационный центр», Республика Калмыкия
МЕТОДОЛОГИЯ ОБОСНОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ
Работоспособность машин и оборудования во многом зависит от качества запасных частей,стратегии технического обслуживания и выбранного технологического процесса восстановления изношенных поверхностей. На сегодняшний момент большинство разработанных программ не позволяют создать эффективную систему автоматизированного проектирования деталей с покрытиями, так как многие параметры и требования к ним определены не числовыми, а «размытыми» или «нечеткими» значениями. С этой целью впервые предложено методическое обеспечение на базе математической модели оценки эффективности технологического процесса с использованием алгоритмов и программ систем автоматизированного проектирования. Методология обоснования рационального технологического процесса восстановления работоспособности машин и оборудования реализована в многопараметрической математической модели, позволяющую оценить удельные затраты процесса, в то же время комплексный критерий, акцентирующий внимание на показателях надежности и производительности. Математическое описание критерия позволяет ставить задачи оптимизации для технологических процессов, цель которой заключается в определении и анализе основных технико-экономических показателей и технологических характеристик. Ограничения,вводимые в математическую модель оптимизации,должны определяться спецификой оптимизируемой системы и условиями решаемых задач.
Обеспечение работоспособности машин, восстановление изношенных поверхностей, многопараметрическая математическая модель технологического процесса, оптимизация ранжирования факторов.
The efficiency of machinery and equipment largely depends on the quality of spare parts, maintenance strategies and selected technological process of restoration of worn surfaces. At the moment the majority of the developed software does not allow to create effective system of the automated design of coated parts as many of the parameters and requirements to them are defined by «fuzzy» values,not numeric ones. With this purpose,it is for the first time that there is proposed a methodological support based on the mathematical estimation model of the efficiency of the technological process with the use of algorithms and CAD programs. The substantiation methodology of the rational technological process of restoration of machinery and equi pment workability is implemented in the polyvalent mathematical model allowing assessing unit costs of the process, at the same time a comprehensive criterion focusing attention on reliability and efficiency. The mathematical description of the criterion allows us to set a problem of optimization for technological processes that aims at determination and analyzing of key technical and economic indices and technological characteristics. Restrictions introduced into the mathematical optimization model should be determined by the specificity of the optimized system and conditions of tasks.
The workability of the machines, the restoration of worn surfaces, multivariable mathematical model of technological process, optimization of ranking factors.
В условиях широкой номенклатуры методов нанесения покрытий, эксплуатационных требований, предъявляемых к машинам и оборудованию, материалам и деталям, а также оценки их эффективности конструкторам и технологам сложно учесть значительный комплекс
технических, технологических, эксплуатационных и экономических факторов при выборе рационального технологического процесса восстановления элементов машин методом нанесения покрытий [1]. Поэтому очевидной становится необходимость научно-обоснованной разработ-
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВО
ки обобщенной модели оценки, выбора рационального способа нанесения для конкретной поверхности деталей с разработкой методов и средств автоматизации процесса проектирования деталей с напыляемыми покрытиями.
В настоящее время большинство разработанных программ не позволяют создать эффективную систему автоматизированного проектирования деталей с покрытиями, так как многие параметры и требования к ним определены не числовыми значениями, а «размытыми» или «нечеткими» значениями.
С этой целью впервые предложено методическое обеспечение на базе математической модели оценки эффективности технологического процесса с использованием алгоритмов и программ САПР.
Первоначально оцениваются затраты на нанесения покрытий, имея в виду, что рациональным является вариант с наименьшими удельными затратами. Для получения обобщенного критерия эффективности нанесения покрытия с учетом технологических и эксплуатационных показателей удельные затраты Gi для г-го варианта нормированы по объему:
К
G = F • h
Р i
1000 •fi •Тн ф •ли -Л21 •
+ + 9Bi 1000
(1)
где г - индекс варианта; Fí - суммарная площадь напыляемой поверхности, см2; Н1 - толщина покрытия, см; pi - плотность напыляемого материала, г/см3; К -капитальные вложения или стоимость оборудования, реализующего данный технологический процесс, руб.; С - удельные затраты производства на нанесение покрытия, руб./ч или стоимость напыляемого материала, руб./кг; Эв - энергетические затраты на нанесение покрытия, руб./см3;
- производительность (интенсивность) нанесения покрытия, кг/ч; Тн - нормативный срок окупаемости капитальных вложений; Ф . - номинальный
' т
годовой фонд времени работы технологического оборудования, ч; пи - коэффициент, учитывающий потери номинального фонда времени по организационным причинам
Ли = 1" (Лто.р +Лм)>
(2)
гДе Лт<
- коэффициент потери времени на
технические осмотры и ремонты; т|м- коэффициент потери времени на простои из-за несвоевременной подачи материалов и энергии (принимается по результатам статистических данных); т|я -коэффициент, учитывающий потери времени по причине недогрузки оборудования(задается условиями эксплуатации); т|3 - коэффициент надежности оборудования 1
М = , . _ , _ . (3)
1 + Лп + Ло
где пп - удельные простои из-за переналадки и регулирования параметров оборудования; по -удельные простои из-за отказов оборудования, определяемые интенсивностью отказов (1/ч) и средним временем их устранения (ч).
Первое слагаемое выражения (1) означает капитальные вложения, отнесенные к одному часу действительного фонда времени работы технологического оборудования, т. е. удельные капитальные вложения (руб./ч). Оно представляет собой многопараметрическую математическую модель, позволяющую оценить удельные затраты на получение единицы объема, в то же время комплексный критерий, акцентирующий внимание на показателях надежности и производительности. При этом минимум G. будет свидетельствовать о высокой экономической эффективности решений, заложенных в технологических процессах.
Математическое описание критерия (1) позволяет ставить задачи оптимизации для технологических процессов, цель которой заключается в определении и анализе основных технико-экономических показателей и технологических характеристик, обеспечивающих G. ^ min.
Предлагаемая методика использована для решения двух типов задач:
прямой - из возможных вариантов технологических процессов выбрать наилучший (наивыгодный) по критерию (1) и выдать рекомендации по совершенствованию процесса;
обратной - осуществлять направленный поиск факторов технологического процесса и моделирование вариантов конструктивно-технологических решений, удовлетворяющих условию оптимизации.
Наибольший интерес представляет постановка и решение второго типа задачи, так как это дает возможность «отбрасывать» неэффективные варианты еще на стадии проектирования, что особенно важно в связи с удорожанием проектно-конструкторских работ и ростом стоимости технологического оборудования.
Для постановки задачи оптимизации необходимо:
1. Задать оптимизируемый параметр G. и цель оптимизации - G. ^-min.
2. Задать варьируемые параметры оптимизации: К; С.; f; h. и Э , выступающие в качестве переменных (таблица).
4' 2015
(вэ)
05.20.01 Технологии и средства механизации сельского хозяйства
Критерии выбораспособов нанесения покрытия
Скорость частиц, м/с Толщина Прочность Производи- Стоимость Пористость, %
Способ покрытия, мм сцепления, МПа тельность, кг/ч энергозатрат, руб./м2
Электродуговая металлизация 20...35 0,5...2,5 5...15 4...5 27,0 8.15
Газопламенное напыление 30...50 0,1...2,0 10...25 3...4 120,0 10.20
Детонационное напыление 700...850 0,05...0,5 75...100 0,9...1,0 400,0 0,05.2
Плазменное напыление (Аг — N2) 40...120 0,1...50,0 20...80 5...15 49,0 1...10
Плазменное напыление (воздух) 40...250 0,1...50,0 15...100 3...25 19,0 1.10
Сверхзвуковоегазопламенное
напыление (HVOF) 500...750 0,1...50,0 > 80 3...4 480,0 0,05.2
Сверхзвуковоевоздушно-плазменное
напыление 450...800 0,1...50,0 > 80 3...25 76,0 0,05.2
3. Сформулировать условия или ограничения, накладываемые на деталь, ее конструктивно-технологические характеристики, особенности технологического процесса и возможности оборудования [2].
Ограничения, вводимые в математическую модель оптимизации, должны определяться спецификой оптимизируемой системы и условиями решаемых задач.
Выводы
Разработана математическая модель оптимизации технологических процессов восстановления деталей, основанная на принципе нейросетевых технологий. Она включает: методы формирование исходных данных о возможностях имеющихся способов восстановления деталей, их предварительного выбора и последующего ранжирования на основании технической и производственной применимости; выбор критерия оптимизации с использованием управляемых факторов, оказывающих влияние не только на затраты технологического процесса восстановления, но и организацию ремонтного производства в целом; комплексную оценку способов восстановления по критерию минимума удельных затрат, приходящихся на единицу наработки.
На основе причинно-следственного и функционального анализа математическая модель оптимизации позволяет ограничить спектр выбора факторов, оказывающих наибольшее влияние на критерий оптимизации.
Аналитическое выражение полученной целевой функций имеет существенные преимущества по сравнению с аналогами и дает возможность оперативно анализировать влияние выходных параметров на удельные затраты; определять с помощью специаль-
ных программ различные коэффициенты, характеризующие изменения в процессе производства; минимизировать затраты на все работы по организации внедрения рационального способа восстановления работо-способностимашин и оборудования.
1. Орлов Б. Н. Исследование износа рабочих элементов машин и строительного оборудования, их исследования по технологическим признакам // Природообу-стройство. - 2013. - № 4.- С. 86-89.
2. Новиченко А. И., Подхватилин И. М. Оценка эффективности функционирования средств технологического оснащения АПК // Природообустройство. - 2013. -№ 2.- С. 92-97.
Материал поступил в редакцию 01.09.2015 Орлов Борис Намсынович, доктор технических наук, профессор кафедры «Эксплуатация, электрификация и автоматизация технических средств и систем природообустройства и защита в чрезвычайных ситуациях» Тел. 8 (499) 976-21-61
Новиченко Антон Игоревич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Эксплуатация, электрификация и автоматизация технических средств и систем природообустройства и защита в чрезвычайных ситуациях» Тел. 8 (499) 976-20-73 E-mail: antonypirs@mail.ru Орлов Намса Борисович, кандидат технических наук, генеральный директор Тел.: 8(909) 398-45-91 E-mail: glonass08@mail.ru
