CC BY
27
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Заикин А.Н. (БГИТА, г.Брянск, РФ) Definition of reliability of wood procuring systems.
Работа любого технологического оборудования оценивается по производительности, качеству продукции и затратам на производство единицы продукции. Для прогнозирования работы оборудования и управления технологическим процессом важно знать, как изменяются эти показатели с течением времени. Свойство технологического процесса сохранять показатели точности в заданных пределах в течение некоторого времени называется стабильностью технологического процесса. Когда речь идет об оборудовании, его свойство сохранять свои показатели в заданных пределах называется надежностью.
Надежность системы зависит от надежности ее элементов и от того, каким образом элементы объединены в системы и какова функция каждого из них. Надежность системы - это вероятность того, что система сохранит работоспособность, по крайней мере, на протяжении заданного промежутка времени при использовании ее в определенных условиях. В зависимости от того, каким образом элементы объединены в систему и как они в ней функционируют, могут быть два типа систем: простая система (или система без резервирования), т.е. такая техническая система, отказ любого элемента которой равносилен отказу системы в целом, и резервированная система, т.е. система, в которой применяется дублирование (резерв) элементов, чем достигается повышение надежности системы.
На лесосеках машины и механизмы, выполняющие отдельные операции, объединяются в комплекты машин. В зависимости от принятого технологического процесса в ЛПХ и применяемого оборудования, лесосечные работы могут выполняться различными комплектами машин, которые представляет собой поточные линии смешанного агрегатирования с гибкими связями (рисунок 1). Эффективность использования комплектов машин может быть достигнута при правильном их комплектовании по типам и численности машин, объемам межоперационных запасов и соответствующей организации их работы.
Гибкие связи потока обеспечивают межоперационные запасы, которые рассчитываются, создаются и поддерживаются в конкретных производственных условиях на определенном уровне. Межоперационные запасы деревьев (хлыстов, сортиментов) способствуют сглаживанию неравномерности производственного процесса, повышению объемов выработки на отдельных операциях и комплекта машин в целом, улучшению условий труда и технико-экономических показателей всего комплекса работ. В результате проведенные нами исследований установлено, что межоперационные запасы имеют несколько уровней. Первый уровень - страховые запасы, состоящие из технологических и технических. Второй уровень - гарантийные запасы, состоящие из страховых и организационных. Предлагаемая нами методика расчета режимов работы лесосечных машин [1], заключается в определении оптимальных объемов
гарантийных запасов и поддержании их на определенном для конкретных условий уровне, с учетом обеспечения максимальной выработки комплекта машин и минимальных затратах и вредного воздействия машин на лесные экосистемы. Подержание объемов гарантийных запасов на рассчитанном для конкретных условий уровне обеспечивается за счет подключения на отстающих операциях дополнительных машин и (или) увеличения сменности работы основных машин и оборудования. Гарантийный уровень запасов обеспечивает бесперебойную работу технических средств (ТС) на смежных операциях. Т.е., когда одно из ТС выходит из строя (останавливается), другое продолжает работать, потребляя запасы, или пополняя их, следовательно, продолжает работать весь комплект машин. В этом случае запасы выполняют роль резервного оборудования и поэтому комплект лесосечных машин можно рассматривать как резервированную систему (рисунок 2). При независимых отказах ТС и наличии достаточного объема для конкретных условий древесины в запасе надежность работы системы из двух элементов за некоторое время t определится по формуле:
n
Ptc (t )= 1 ГО - РЭ (t))
i=1
а)
ЗЧ2Ж
41
OEbG>l
ОЕКЖ1Х
в)
г)
№ ) - технические средства для выполнения операций Зi - оперативный запас объектов труда
- запас сырья неограниченного объема Рисунок 1- Схемы возможных вариантов лесозаготовительных систем:
З
4
З
4
а) схема последовательного агрегатирования с гибкими связями;
б, в) то же ветвящиеся и сходящиеся;
г) то же смешанного типа с гибкими связями
Зс
Зг
Зс
Зг J
к
О
► Зс
Зг J
к
П )
Рисунок 2 - Схема смешанного (параллельно-последовательного) резервируемого соединения п элементов
Надежность системы из нескольких элементов (рисунок 2) можно определить по формуле:
Рс =[1 "(1 - Рв Х1 - Рзс )■(! - Рзг )]-[1 "(1 - Рт1 )-(1 - Рт2 )■(! - Рс )-(1 - Рзг )]
(1)
■[1 -(1 - Р0 )-(1 - Рзс )-(1 - Рзг )]■ Рп
Если для данного примера принять надежность валочно-пакетирующей машины равную 0,85; трелевочных тракторов - 0,8; сучкорезной машины 0,9; погрузчика 0,85; а запасов 0,7, то надежность приведенный системы составит: Р = [1 - (1 - 0,85) ■ (1 - 0,7) ■ (1 - 0,7)] ■ [1 - (1 - 0,8) ■ (1 - 0,8)(1 - 0,7) ■ (1 - 0,7)] ■
[1 - (1 - 0,9) ■ (1 - 0,7) ■ (1 - 0,7)] ■ 0,85 = 0,83 '
С другой стороны для поддержания запасов на определенном уровне дополнительно подключается на волке и на обрезке сучьев бензопила, а на трелевке чокерный трактор, что обеспечивает максимальную выработку комплекта в целом. Такая система, например, для комплекта машин состоящего из одной валочно-пакетирующей, двух трелевочных, и одной сучкорезной машины будет иметь следующую схему (рисунок 3).
В
Зс
Зг ►1
О
Ч2г
Зс
Зг
> ►1
Рисунок 3- Схема смешанного (параллельно-последовательного) резервируемого соединения п элементов
(2)
Надежность системы из нескольких элементов (рисунок 3) можно определить по формуле:
Рс =[1 -(1 - Рв )■(! - РдВ )(1 - Рзс )■(! - Рзг )]■[!-(1 - Рт1 )■(! - Рт 2 )^(1 - РдТ )-(1 - Рс )■(! - Рзг )] ■[1 -(1 - Ро )-(1 - Рд0 )(1 - Рс )-(1 - Рзг )]■ Рп '
Если принять надежность бензиномоторных пил 0,3 (в связи с тем, что они не полностью заменяют машины) и чокерного трактора - 0,85, то надежность приведенный системы составит:
Р = [1 - (1 - 0,85)- (1 - 0,3)- (1 - 0,7)- (1 - 0,7)]- [1 - (1 - 0,8)- (1 - 0,8)- (1 - 0,85)- (1 - 0,7)- (1 - 0,7)]-[1 - (1 - 0,9)- (1 - 0,3)- (1 - 0,7)- (1 - 0,7)]- 0,85 = 0,84 '
З
с
З
г
В тех случаях, когда запасы создаются недостаточного объема и дополнительные машины не подключаются, схема комплекта примет следующий вид (рисунок 4).
Рисунок 4 - Схема смешанного (параллельно-последовательного) не резервированного соединения п элементов
Надежность такой системы можно определить по формуле:
Р = Рв • Рз •[! "(1 - РТ1 )•(! - РТ2 )]■ Рз • РО , (3)
подставив значения вероятности безотказной работы каждой машины в формулу (3) получим вероятность не резервируемой системы:
Р = 0,85 • 0,7 • [1 - (1 - 0,8)(1 - 0,8)] • 0,7 • 0,9 = 0,36. Если же учесть, что запасы даже недостаточного объема служат резервом и при остановке машин на предыдущей операции, машины на следующей операции будут какое-то время продолжать работу, то формула 3 примет следующий вид: Рс =[1 -(1 - Рв )(1 - Рзс )]•[!-(1 - Рт1 )•(! - Рт2 )•(! - Рзс )] (4)
•[1 -(1 - Ро >(1 - Рзс )]• Рп '
Подставим значение надежности отдельных элементов системы в формулу 4, получим надежность системы:
Р = [1 - (1 - 0,85) • (1 - (0,1 0,7)] • [1 - (1 - 0,8) • (1 - 0,8)(1 - (0,1 0,7)] •
[1 - (1 - 0,9) • (1 - (0,1 0,7)] • 0,85 = 0,64 0,78 .
Сравнивая значение вероятности безотказной работы комплекта машин как резервированной (1) так и не резервированной системы (3) легко заметить, что надежность резервированной системы в 2,3 раза выше, чем не резервированной. Даже если учесть, что запасы создаются недостаточного объема надежность системы повышается в 1,8Отсюда следует, что создание и поддержание на определенном рассчитанном для конкретных условий уровне запасов за счет маневрирования численностью и (или) сменностью работы машин значительно повышает надежность работы комплекта машин, а следовательно, целесообразно!
Литература
1. Заикин, А. Н. Технология лесозаготовок / А. Н. Заикин. - Брянск: БГИТА. Ч.1. Управление межоперационными запасами, расчет режимов работы машин и технико-экономических показателей: учеб. пособие.- 2001. - 80с.
