CC BY
9
имеющиеся рядовые металлизованные материалы вполне пригодны для такого получения из них кондиционного металла, однако не удается выполнить достаточно полное и глубокое их спекание.
Работа выполнена при поддержке гранта Минобразования № ТОО-5.1-2912 .
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Регель А.Р., Слуикер А. Б., Томашевский В.Д. Кинетическая теория прочности твердых тел. -М.: Наука, 1989.- 620 с.
2. Павлов В. В. О "кризисе" кинетической теории жидкости и затвердевания: Научное издание.-Екатеринбург: Изд-во УГГГА. 1997.- 392с. Электронный вариант книги имеется в Интернете по адресу: diblan.8m.com, а также http: www.usmga.ru/rus$iangmГ gmf-him.htm.
3.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс M. Фейнмановскне лекции по физике. - М.: Мир. 1979.
4. Ющенко B.C., Гривцов А.Г., Щукин Е.Д. Моделирование хрупкого разрушения //ДАН СССР. - 1976. - Т.219, №1. - С.162-165.
5. Гегузин Я.Е. Физика спекания. -М.: Наука, 1967.- 360 с.
РАЗВИТИЕ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО И РЕМОНТНОГО
ПРОИЗВОДСТВ
Заведующий кафедрой ЭГО профессор БОЯРСКИХ Г А.
Кафедра эксплуатации горного оборудования имеет многолетний опыт общепрофессиональной, общетсхничсской и специальной подготовки инженеров для горной промышленности, машиностроительного комплекса, научно-исследовательских и проектно-технологических организаций. Основу этого опыта традиционно составляет высокий уровень теоретической и практической подготовки специалистов по дисциплинам "Материаловедение", "Технология конструкционных материалов". "Метрология, стандартизация и сертификация". "Надежность горных машин". С момента образования в 1933 году базовой кафедры технологии металлов и по настоящее время многие поколения выпускников Уральского горного института получили такую подготовку. Значительный вклад в развитие базовых дисциплин в системе подготовки горных инженеров механических и технологических специальностей внесли заведовавшие кафедрой М.И.Сирота. проф.. д-р техн. наук Н.И.Блинов, доц., канд. техн. наук С.М.Антонов, доц.. канд. техн. наук Л.Г.Куклин. За время их работы сохранялись традиции подготовки, повышались квалификационные требования к научной и производственной подготовке профессорско-преподавательского состава кафедры, а также совершенствовалась ччебно-методичсская база кафедры. До настоящего времени большую значимость в практической подготовке специалистов представляют созданные ранее лаборатории металловедения и термообработки, стандартизации и
132
логии, механическая мастерская Основные дидактические методы обучения сохранились до ящего времени в учебно-методических разработках кафедры. В этот же период работы кафедры (заведующий доц., канд. течн. наук Л.Г.Куклин) получил итие в практике подготовки горных инженеров-механиков комплексный подход, основанный на лировании системы управления надежностью при проектировании, изготовлении и эксплуатации ошахтного оборудования (ГШО).
Сложившиеся в этот период предпосылки и опыт подготовки горных инженеров-механиков стали основой преобразования в 1987 году кафедры в выт екающую. Разработанный кафедрой учебный алан специализации "Эксплуатация и ремонт горных машин" по специальности 17.01.00 "Горные машины и оборудование" был ориентирован в период с 1987 по 1992 гг. на выпуск специалистов для предприятий Министерства топливной промышленности. В результате экономического кризиса в этой отрасли заказ на специалистов в последующие годы практически прекратился.
Актуализация содержания и методологии дальнейшей подготовки горных инженеров-механиков проведена кафедрой в течение 1993-1996 гг. по результатам участия в экспертизе организационной и технической готовности 34 горных предприятий осуществлять лицензируемые виды деятельности, связанные с изготовлением, эксплуатацией и ремонтом ГШО. Создание базы данных экспертизы горных предприятий имело принципиальное значение для совершенствования системы подготовки специалистов, развития эффективных систем управления надежностью ГШО и стратегий его ремонта.
Состояние основного горношахтного оборудования предприятий характеризуется следующими показателями: из 97 шахтных подъемных установок 40,2 % имеют истекший срок службы; из 58 вентиляторов главного проветривания - 36.3 %; из 335 шахтных электровозов - 70.2 %: из 68 единиц самоходной техники - 54,4 %. При этом надежность элеетротехничсских узлов ГШО значительно ниже, чем механических. Физический износ аппаратуры управления, защиты и сигнализации часто является основной причиной аварийных остановок оборудования и возникновения аварийных ситуаций. В целом техническое состояние ГШО остается неудовлетворительным, модернизация и реновация основных фондов практически прекратились, темпы старсния оборудования опережают его восстановлснис. Существующая экономическая ситуация, отсутствие развитого рынка машиностроительной продукции и рементных услуг, а также действующий механизм ценообразования не стимулируют изменения сложившихся тенденций. Техническая оснащенность, нормативно-техническое обеспечение и уровень квалификации кадров ремонтных подразделений на большинстве горных предприятий остаются неудовлетворительными. Наряду с экологическими последствиями эксплуатации ГШО с истекшим сроком службы и в предельном состоянии нарастают проблемы обеспечения технической и экологической безопасности дальнейшего его использования.
В результате аналитической работы и взаимодействия с предприятиями сложились следу ющие перспективные направления развития системы подготовки специалистов:
- обеспечение выпуска дипломированных специалистов по количеству, целевому заказу и формам подготовки (очной, заочной, индивидуальной);
- формирование номенклатуры и содержания специальных дисциплин учебного плана в соответствии с видами деятельности е местах трудоустройства;
133
- применение методов моделирования и оптимизации надежности ГШО с учетом всех этапов его жизненного цикла;
- подготовка кадров высшей квалификации в единой системе "магистратура-аспирантура-
докторантура";
- углубление фундаментальной научной подготовки специалистов на различных квалификационных уровнях выпускников (бакалавр, инженер и магистр);
- обеспечение комплексности подготовки студентов по общепрофессиональным, общеинженерным и специальным дисциплинам;
- ускорение адаптации выпускников в различных сферах их профессиональной деятельности.
- участие кафедры в системе дополнительного непрерывного образования специалистов горных предприятий.
Ниже приведены наиболее значительные результаты работы кафедры в этих направлениях (рис.1). л
/ ч4» / ^ ^ ^ ^ / ^ / ^ / ^
2)12,5 -21- Ш. Ш
81.2 38. ' 0 19.0 0 0 0 0 0 58.3 47.8 47.1 38.1 34.2
Рис. I. Вытек специалистов для машиностроительного ремонтного производства;
1) число выпущенных специалистов за год; 2) соотношение долей выпуска специалистов дня рсмонтно-машиностроительных (в числителе) и горных предприятий (в знаменателе). %
Как видно из гистограммы, доля выпуска специалистов кафедры, ориентированных на горную промышленность и горное машиностроение, составляет в указанные годы 85 %, в том числе 61 % выпуска специалистов заняты видами деятельности, регламентированными Государственным образовательным стандартом и Положением о порядке лицензирования горных предприятий. После четырехгодичной паузы с 1996 года значительно возросла доля выпускаемых кафедрой специалистов по заказам рсмонтно-машиностроительных предприятий. Такое изменение потребности в горных инженерах-механиках сопровождается в этот период соответствующим повышением показателей конкурса по новому приему, о чем свидетельствуют данные табл.1.
Таблица 1
Показатели конкурса по новому приему
Год Конку рс, чел/место Проходной балл
1992 1.2 6
1993 1.9 8
1994 1.1 9
1995 1,2 10
1996 1.2 12.5
1997 1.4 12
1998 2.9 21
1999 3,1 23
В период 2000-2001 гг., отмеченный заключением академией генеральных договоров с риятиями по целевой подготовке специалистов, доля их выпуска по кафедре составила 20-30 %. Квалификационные требования к выпускаемым специалистам обеспечиваются кафедрой в соответствии с образовательными стандартами и нормативной базой лицензируемых видов деятельности горных и машиностроительных предприятий. Перечень и объем учебного времени специальных дисциплин в действующем плане подготовки дипломированных специалистов отражает базовые квалификационные требования:
Технология горного машиностроения 130 часов .
Организация и технология ремонта горного оборудования 150 часов
Проектирование ремонтных баз 150 часов
Техническая диагностика машин и оборудования 110 часов
Проектирование технологической оснастки 130 часов
За годы работы кафедры в статусе выпускающей сложились основные направления научно-исследовательской работы, отражающие актуальные проблемы горного машиностроения:
- повышение надежности и долговечности бу рового инструмента:
- моделирование заданных свойств материалов ГШО;
- исследование и разработка энергосберегающих воздухораспределительных узлов компрессорных установок;
- имитационное моделирование и разработка методик мониторинга технического состояния типовых механических систем горного производства.
В результате многолетних исследований по этим направлениям защищены в 1997 году докторская диссертация Г А. Боярских "Обоснование, выбор параметров и создание буровых коронок для машин ударного действия" и в 2000 г. - М.Л.Хазиным ' Обоснование и выбор конструктивно-технологических параметров электронной аппаратуры у правления в горной промышленности".
По этим же направлениям работают магистратура и аспирантура на кафедре. В настоящее время под руководством профессоров Г А.Боярских и Н.П.Дергунова обучается X аспирантов по очной и заочной формам и соискатель. Весь профессорско-преподавательский состав кафедры участвует в единой системе подготовки научных кадров "ассистент профессора - магистратура -аспирантура - докторантура '. Имеется первый положительный опыт прохождения трех студентов через эту систему. Выпуск первых четырех магистров в 1999 году позволил кафедре оценить высокую эффективность и перспективность этой формы научной подготовки специалистов с точки зрения формирования резерва научно-педагогических кадров. Благодаря этому в структуре кадров кафедры произошли благоприятные изменения по возрасту и квалификации преподавателей.
На кафедре обращается внимание увеличению числа выпускных квалификационных работ инженера (ВКРИ) по научной тематике: в 1999 году выполнена одна исследовательская ВКРИ. в 2000 и в 2001 гг. - три. Тематика этих работ в основном посвящена решению актуальной проблемы горного производства - оптимизации надежности горношахтного оборудования. Показательными в этом отношении являются следующие работы:
A.Д.Севостьянов. Разработка комплексной имитационной модели карьера Качканарского ГОКа с учетом остаточного ресурса большегрузного автосамосвала (рук. проф.. д-р техн. наук Н. П.Дергунов);
B.Б. Габигер. Разработка комплексной имитационной модели карьера Качканарского ГОКа с учетом изменения технического состояния конвейерного транспорта (рук. проф.. д-р техн. наук Н. П. Дергунов);
А.С.Заостровных. Исследование динамики подъемных машин (рук. доц.. канд. техн. наук В.Т.Дмитриев).
Наряду с этим усилению научного потенциала кафедры содействует участие профессорско-преподавательского состава, аспирантов и магистрантов в исследовательских работах прикладного характера для СУБР и Высокогорского ГОКа.
Благодаря взаимодействию всех форм и направлений научно-исследовательской работы повысилась ее результативность:
- улучшился кадровый состав кафедры за счет специалистов высшей квалификации, и создан резерв кадров в системе "магистратура - аспирантура - докторантура";
- возросло ежегодное число публикаций до 10-15. ведется изобретательская работа (получены патенты и поданы заявки на предполагаемые изобретения);
- разрабатываются фундаментальные научные основы решения прикладных задач и подготовки специалистов.
Результаты экспертной и научной работы кафедры дали весьма ощутимый импульс для совершенствования учебно-методической и практической базы подготовки специалистов на всех квалификационных уровнях образования. Наиболее значимыми в решении этой задачи можно считать следующие результаты:
- усиление фундаментальной теоретической подготовки путем включения новых дисциплин "Трибология и триботехника", "Теория старения машин", "Теория и методы восстановления машин". "Теория и методы диагностирования машин";
- разработка учебных планов и учебно-методической базы по подготовке специалистов на основе комплексной системы управления надежностью ГШО [2]. созданной кафедрой в соответствии с лицензируемыми видами деятельности горных и машиностроительных предприятий;
- издание учебных пособий по фундаментальным и общепрофессиональным дисципли-нам : "Материаловедение и технология конструкционных материалов" (автор В.С.Балин), "Допуски и посадки" (автор В.Ю.Рябов). "Теория старения машин" (авторы Г.А.Боярских, Л.Г.Куклин), "Надежность и диагностика систем управления" (авторы М.Л. Хазин. Г.А.Боярских), "Надежность торфяных машин" (авторы Г.А.Боярских. Л.Г.Куклин). "Восстановление деталей машин и проектирование ремонтных баз" (авторы В.Т.Дмитриев. Г.А.Боярских). "Надежность и ремонт горных машин" (под грифом УМО по горному образованию, автор Г.А.Боярских);
- разработка учебно-методического комплекса для подготовки магистрантов, состоящего из методических документов по 8 дисциплинам:
- создание программно-методических докуменов и применение в учебном процессе компьютерных технологий контроля текущей успеваемости, курсового и дипломного
проектирования и выполнения магистерских диссертаций;
136
- создание лабораторной, практической и производственной базы целевой подготовки специалистов, содействующей быстрой их адаптации в условиях профессиональной деятельности.
Преподаватели кафедры участвуют в экспертной работе на предприятиях Уральского региона м в совещаниях под эгидой Правительства Свердловской области по проблемам развития горного и машиностроительного производства, в том числе с докладами. Перспектива новой структуризации этих отраслей в современных экономических условиях потребовала адекватной кадровой политики и системного профессионального развития специалистов. В этом аспекте кафедра имеет достаточно фактов, подтверждающих свое активное участие в работе академии по совершенствованию системы подготовки и переподготовки кадров, ориентированной на целевой выпуск специалистов и непрерывность повышения их квалификации на факультете дополнительного образования.
За прошедшие 2 года работы академии по генеральным договорам доля выпуска инженеров для предприятий-партнеров составила 20-30%. около 50 % специалистов целевой подготовки выполнили реальные выпускные квалификационные работы по заданию предприятий. Кафедрой выполняются обязательства по договорам академии с ОАО "Урал маш" и ОАО "СУБР" на обучение аспиранта и соискателя.
Профессорско-преподавательский состав кафедры участвует в выполнении обязательств академии по гендоговорам. по повышению квалификации и аттестации специалистов всех предприятий-партнеров. Форма и масштабы сотрудничества в этоу направлении постоянно расширяются.
Как показали проведенные экспертные оценки технического состояния ГШО, при отсутствии возможностей горных предприятий в ближайшей перспективе его реновации требуется изменение стратегий ремонта. Характер этого изменения обусловлен тем. что применяемые системы ремонтов не согласуются с реальными темпами старения и интенсивностью отказов ГШО это не позволяет оптимизировать затраты на ремонт и поддерживать состояние ГШО на технически и экологически безопасном уровне эксплуатации. Дальнейшее развитие методологии подготовки специалистов потребовало создания более эффективной системы управления надежностью и эффективностью ГШО.
Научные труды кафедры по раззитию теории надежности и старения сложных механических систем [ I -3] позволили разработать в наиболее обобщенном виде структурную систему управления надежностью ГШО на различных этапах жизненного цикла (рис.2)
При управлении надежностью объектов ГШО последние рассматриваются как сложные технические системы, общая структурная схема которых представляется в виде двух групп подсистем: основная (минимальная структура) и инсурсистема (избыточная структура). Введение конкретного типа подсистем (инсурсистем) производится по результатам анализа связей в структуре системы и физической модели надежности структурных элементов и всей системы. Инсурсистемы вводятся на этапе проектирования - для достижения точности прогнозирования и достоверности моделирования надежности системы, на этапе изготовления - для обеспечения заданной (расчетной) надежности системы и повышения надежности отказных элементов системы, на этапе эксплуатации для поддержания надежности на заданном уровне, повышения надежности отказных элементов системы и обеспечения благоприятных условий функционирования системы.
На первом этапе производится оценка надежности минимальной структуры исследуемой ил создаваемой системы. Вероятность обеспечения надежности минимальной структуры системь^ состоящей из последовательно взаимодействующих подсистем и элементов, выражае зависимостью
1-1
(1
где Р1 - вероятность обеспечения надежности /-й подсистемы или /-го состояния системы.
Условные классы подсистем вводятся в соответствии с нормируемыми показателями надежности и решаемыми задачами этапов жизненного цикла системы.
Проектирование
(/¿еотобление Ро»г *0п2
¿«еллуа/пация
т
г
"Л -
Ртз р-ю
.т
РрП
ТЗ
МР,
мрп
эп
МР,
МРЯ
тп
МР,
РП
- р, -на
ЧЕг
МРП -1
ИИ
Оп
Оп -р,
4«./ "От
-Ь Оп
р, " - Л •
УК, ук, -
Рп
У*пГ ч--
Рип
ИП
ТО
Л
- дв,
ТР
Л
4®
Л1
ДВп
КР
дв,
лвп -
структура
■
I
------
I
9ЯНОЯ
¡оДОдог
I I
Рм
ИЗ
Рис.2. Структурная схема управления надежностью объектов ГШО на различных этапах жизненного цикла: проектирование (ТЗ - техническое задание. ЭП - эскизный проект. ТП -технический проект. РП - рабочий проект), изготовление (Оп - операции технологического проекта) и эксплуатация (ТО - техническое оборудование. ТР - текущий ремонт, КР -капитальный ремонт); ИИ - испытания исследовательские; ИП - испытания производственные; ИЭ - испытания эксплуатационные (после изготовления или ремонта): МР - метод расчета
надежности, УК - упрочняющая и контрольная операции. ДВ - диагностическая и восстановительная операции, Р - вероятность обеспечения расчетной величины показателя надежности с индексом, соответствующим этапу обеспечения надежности
На этапе проектирования надежность системы определяется достоверностью прогнозирования параметров, которые обеспечиваются применением альтернативных методов расчета, выбираемых на каждой стадии проектирования в соответствии с качеством исходной формации. Достигаемое таким путем повышение точности расчета рассматривается как раздельное резервирование подклассов, а исследовательские испытания образцов, макетов или моделей системы на этом этапе считаются как общее резервирование подсистемы.
На этапе эксплуатации надежность системы поддерживается в соответствии с интенсивностью ее старения путем введения избыточной (резервной) структуры, е которой подклассы раздельного резервирования минимальной структуры формируются по видам эксплуатационных и ремонтно-восстановительных воздействий на систему. Испытание системы после капитальных ремонтов расцениваются так же, как общее резервирование подсистемы.
Рассмотренная структурная схема управления надежностью объекта ГШО на различных этапах его жизненного цикла представляет собой систему с параллельным взаимодействием.
Вероятностная модель состояния системы позволяет рассчитать надежность сложного объекта ГШО по обобщенной формуле
где Рп1 - вероятность /-го состояния подкласса; п - число подклассов в подсистеме: т - число классов в подсистеме; к - число подсистем в системе; /^.-вероятность состояния подсистемы после испытания объекта.
Эффективность разработанной системы управления надежностью ГШО обеспечивается на всех этапах жизненного цикла и реализуется при эксплуатации на основе системы организации ремонта (восстановления) ГШО, адаптированных к интенсивности изменения его технического состояния.
В разработанной адаптивной системе ремонта управление надежностью осуществляется путем согласования периодичности ремонта с закономерностями изменения технико-экономических эксплуатационных показателей машин. Система ремонта будет полностью соответствовать реальному состоянию парка оборудования предприятия при ведении постоянного сбора, учета и обработки информации о надежности машин, тем самым будет отражать динамику изменения технического состояния оборудования в процессе эксплуатации. В результате каждый ремонтный цикл будет базироваться на собственной уточненной модели предельного состояния по параметрам затрат на ремонт (восстановление).
Для определения момента выхода затрат за установленные пределы необходимо в предложенную адаптивную систему восстановления включить элементы диагностирования, что. по существу, создает основу для мониторинга технических параметров машины по критерию затрат на ремонт и позволяет исключить влияние необратимости процесса старения благодаря введению верхнего значения предельного состояния [0.7*пс].
Решение задачи определения моментов диагностирования предельного состояния сводится к определению таких моментов времени Хх, Х2, XХ%, которые оптимизируют величину полных затрат на устранение отказов и от проведения диагностирования ГШО[2].
Стоимостную величину на ремонт в описанной ситуации можно вычислить:
к т п
Л: = 77[М1-№ - ПР - Рт)М - КЛ
(2)
/=1 /=1 /=1
А-0 хк
причем решение удовлетворяет условию
С?
с,
с2 ЛЛ-А.)
где 1.2.... - порядковый номер диагностирования; моменты наступления диагностирования. С, - потери от выхода эксплуатационных параметров за установленные нормы; С, - затраты на диагностику; У7- закон распределения контролируемых параметров в интервале времени [0. Т*п.).
Пользуясь минимаксным методом и обозначив конечное число моментов диагностирования через п. получаем выражение для определения момента диагностирования [2]
Число моментов диагностирования п выбирается как наибольшее целое число, удовлетворяющее следующему неравенству
После того, как п выбрано, определяются моменты проведения диагностирования Хг Л',, Ху ... , Хк, соответствующие условию (6). Рассчитанное оптимальное число моментов диагностирования позволяет при любой интенсивности изменения технического состояния на участке эксплуатации в интервале [0, Твпс\ установить оптимальную продолжительность эксплуатации за межремонтный период, ремонтный цикл и срок службы.
Таким образом, изложенные модели и принципы управления надежностью ГШО позволяют акту ализировать учебный план и содержание подготовки специалистов на различных квалификационных уровнях образования на основе мониторинга соотношений "стоимость изготовления - надежность" и "стоимость эксплуатации (ремонта) - надежность". Моделирование этих соотношений создает основу для принятия решений по модернизации и реновации ГШО.
1 Ьоярскнх Г.А.,Куклин Л.Г.Теория старения машин.-Екатеринбург: Изд-воУГГГА, 1998.- 192с.
2. Ьоярскнх Г.А. Надежность и ремонт горных машин. - Екатеринбург: Издво УГТГА. 1998. - 340 с.
3. Хазин МЛ., Боярских Г.А. Надежность и диагностика систем управления. - Екатеринбург: Изд-
(5)
л(и-1)<2—-
(6)
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
во УГГГА. 1998.- 170 с.
