CC BY
81
УДК64-83;64.069.8
ВЛИЯНИЕ СООТНОШЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНИКИ И ЗАПАСНЫХ ЧАСТЕЙ НА НАДЁЖНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ
В.И. Росляков
Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская,7
Аннотация - Рассмотрена связь между надёжностью технического оборудования и характеристикой системы ЗИП. Показано, что потребность в запасных частях для нужд эксплуатации и ремонта техники зависит от возрастного состава парка техники и показателей долговечности их элементов.
Ключевые слова: надёжность, долговечность, техническое обслуживание, запасные части.
THE INFLUENCE OF CORRELATION FOR PRODUSTION TECHNIQUE AND EXTRA
PARTS ON RELIABILITY OF EQUIPMENT
V.I. Rosliakov
The St.-Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, streetKavalergardsky, 7
The summary - The relation between reliability of technical equipment and description of extra parts are considered. It is considered that requirement in the extra parts for the needs of exploitation and of repairs of technique depends on age structure of technical park and from longevity of their elements.
Keywords: reliability; longevity; maintenance service; extra parts.
При эксплуатации техники одним из основных путей обеспечения надёжности машин является своевременное и качественное выполнение технического обслуживания и ремонта, что требует определённого количества запасных частей (ЗИП).
Рассмотрим связь между надёжностью оборудования и характеристиками ЗИП.
Если для технического обслуживания объекта предполагается использование системы ЗИП, то эффективность эксплуатации зависит не только от показателей надёжности объекта, но и от показателей эффективности системы ЗИП. Однако, существующая практика предполагает процесс раздельного проектирования техники и относящейся к ней системы ЗИП. Так при проектировании системы ЗИП учитывают проектные характеристики технической системы, к которым можно отнести интенсивность отказов агрегатов, узлов, элементов, интенсивность их поступления на техническое
обслуживание и ремонт, сложность выполнения ремонтов. В таких случаях совокупность изделия и системы ЗИП можно рассматривать как единую систему и, соответственно, определять эффективность и надёжность её функционирования.
Ограниченность системы ЗИП, прежде всего, сказывается на времени восстановления объекта. Так, при отсутствии в системе ЗИП необходимого запасного элемента, время ремонта увеличивается. Поэтому эффективность системы ЗИП можно характеризовать средним временем задержки в выполнении заявки на запасной элемент. В связи с этим для построения моделей эксплуатации технических систем, учитывающих применение системы ЗИП, обычно применяют методы теории массового обслуживания.
В этом случае каждое состояние объекта (использование по назначению, техническое обслуживание, ремонт и т.д.) соответствует узлу обслуживания, а смена состояний - циркуляции требований
по узлам, которое описывается случайным процессом:
40 = [«1(0,«2(0,...«т(01, (!)
где: и(^) - т-мерный вектор; Яу(0 - число требований в ] -м узле в момент времени 1; т - число узлов в системе.
Поскольку число требований в системе массового обслуживания равно числу объектов сложной технической системы Ы, то в любой момент времени:
«1(0+ «2(0)+ • • • + «т(0=Ы. (2)
Наибольший практический интерес обычно представляет стационарный (установившийся) режим функционирования системы массового обслуживания, при котором распределение вероятностей случайного вектора п(¿) не зависит от времени. Стационарный режим достигается через некоторое время после начала эксплуатации и составляет большую часть всего времени эксплуатации, вследствие чего он определяет показатели надёжности эксплуатации сложной технической системы. [3]
Показатели надёжности и эффективности функционирования технической системы в значительной степени зависят от обеспечения необходимым количеством запасных элементов. Однако, создание больших запасов экономически невыгодно, так как требует значительных средств на их производство и хранение. Поэтому при определении норм запасных элементов необходимо учитывать два противоположных подхода: с одной стороны увеличение числа запасных частей приводит к повышению надёжности и эффективности функционирования техники, с другой - увеличивает расходы на эксплуатацию. В связи с этим, при расчёте производства запасных частей необходимо решать задачу оптимизации номенклатуры и количества запасных элементов.
Наряду с этим, производство запасных частей должно обеспечивать потребности эксплуатации в заменяемых деталях. Для выполнения этого требования необходимо при проектировании технической системы определять ежегодные предполагаемые объёмы производства запасных частей и сравнивать их с производственными возможностями промышленных предприятий, где предполагается выпуск изделий и запасных частей к ним.
Объём производства запасных частей Мз по сравнению с объёмом выпускаемой основной продукции на предприятии определяется в сопоставимых
единицах соотношением: [2] м3
а„ =
V- и™.
< а,
■предэ
(3)
где: ^ед - предельное соотношение для всей номенклатуры запасных частей (обычно принимаемое 0,05 < оц^д < 0,35); - объём производства данной
модели в ц -м году их производства шт.; Ж - масса (или цена) одной системы, кг (тысяч рублей).
Объём производства запасных частей для каждого года выпуска технических систем М3к1 и для потребности в замене деталей в каждом году эксплуатации техники вычисляется по выражению:
л^=эд.-а»1^;;!Й (4)
где: а - последний год эксплуатации системы; Ь - последний год выпуска систем.
Объём производства запасных частей для систем первого года выпуска (ц. =1) и для удовлетворения потребности в первом году эксплуатации (т=1), тогда М = Ыу д!.
Объёмы производства запасных частей для каждого года выпуска технических систем Мзпц и для потребности в замене деталей в каждом году эксплуата-
ции техники вычисляются по выражениям:
ц = 2; М2 = М2д1+Ы1д2 ^ = 3; М3 = Щд1+Щд2+^9з (5) ц = 4; М4 = ^^дг+Щд2 +Щд3+ ■ ■■ ... + ^4.
Объёмы производства запасных частей при ц > а, т.е. когда первый выпуск оборудования достиг предельного возраста и подлежит списанию, должны обеспечить потребность в замене деталей Ъ оставшихся в парке единиц оборудования более поздних выпусков:
\1 = а, Мц =N^1 + N^2+ • •+^да;
[1 = а+1М^= ^дг +
^-1^2+.........+^9а> (6)
ц = а + 2М^ = +^^д2 +•
. +Щ9а и т.д.
В тех случаях, когда продолжительность производства оборудования превышает продолжительность его эксплуатации
ц = Ь =а + 6; Мь= Мь • д± +•
92 +...+М5+2 • 9а-1 +^5+1 • 5а (7)
После завершения производства изделий данной модели должно быть обеспечено производство запасных частей на эксплуатацию действующего парка:
^ = Ы-1; Мь+1 = Мь • д2+ Ыь-! • £3+
■■■ + ^5+3 • 0а-1+ Л^+2 • -За; ц = Ы- 2; Мь+2 = ЛТЬ • дз+Ыь-г • 04+...
+ ^+4 • 0а-1 +^й+3 • 9а ; (8)
ц = Ы-£; Мь+к =ЫЬ дк+1 + ...
• +Мь • 9к+2 + ••• + Мб+2+к'9а.
Если общее число лет производства запасных частей равно а+Ь-1, то в последнем году производство запасных частей равно:
\1 = Ь + а- 1; Мь+а_!= Мь • £а. (9)
Как следует из приведённых расчётных схем, ежегодные объёмы производства запасных частей для нужд эксплуатации и ремонта техники формиру-
ются в зависимости от возрастного состава парка и показателей долговечности их элементов. При этом потребное число запчастей вначале возрастает, а затем по мере списания выработавшего свой срок оборудования, уменьшается.
В целях рационального использования запчастей необходимо при проектировании новой техники заранее определять предполагаемые объёмы производства запасных частей для изменяющейся численности единиц техники в парке. Если уровень производства запчастей окажется недостаточным, то предполагаемый дефицит производства может быть ликвидирован путём расширения производства или путём совершенствования конструкции изделия.
Рассмотрим в качестве примера расчёт ежегодной потребности в производстве запасных частей для бытовых машин одной модели, срок службы которых до списания Та равен 5 лет, планируемых к выпуску в течение 4 лет с объёмами выпуска Np = 100; 200; 500 и 1000 штук. Масса машины без комплектующих узлов составляет W= 1000кг. Масса заменяемой детали w = 5 кг, число одновременно заменяемых деталей пз=3; предельный относительный уровень производства запчастей не должен превышать
0.05 объёма основного производства.
В работе [2] приведён расчёт потребности в запасных частях, срок службы, до списания которых, составляет 5 лет. Данные по годовой потребности в запасных частях Afm, приведены в таблице
1.
Пользуясь данными таблицы 1, взятыми из работы [3], определяем ежегодную долевую потребность AFm в запасных частях для всех замен по формуле
AFm=5-=1AFm;,
Результаты расчётов приведены в таблице 2
Таблица 1 - Расчёт ежегодной потребности в запасных частях
№ замены, f Средний срок замены, 1® лет Среднее квадрати-ческоеотклонение с®, лет Годы эксплуатации, т Квантиль распределения, 1$Р Интеграл вероятно- стей, гт Кгт ) Годовая потреб- (Г) ность, '
1 0.75 0,250 1 1,00 0,8413 0,8413
2 5,00 1,0000 0,1587
3 9,00 1,0000 0,0000
4 13,00 1,0000 0,0000
5 17,00 1,0000 0,0000
2 1,50 0,352 1 -1,42 0,0778 0,0778
2 1,42 0,4222 0,3444
3 4,26 1,0000 0,5778
4 7,10 1,0000 0,0000
5 9,94 1,0000 0,0000
3 2,25 0,433 1 -2,89 0,0019 0,0019
2 -0,58 0,2810 0,2791
3 1,73 0,9582 0,6772
4 4,04 1,0000 0,0418
5 6,35 1,0000 0,0000
4 3,00 0,500 1 -4,00 0,0001 0,0001
2 -2,00 0,0228 0,0227
3 0,00 0,5000 0,4772
4 2,00 0,9772 0,4772
5 4,00 0,9999 0,0227
5 3,75 0,559 1 - 4,92 0,0000 0,0000
2 -3,13 0,0010 0,0010
3 -1,34 0,0901 0,0891
4 0,45 0,6736 0,5835
5 2,24 0,9875 0,3139
6 4,50 0,612 1 -5,72 0,0000 0,0000
2 -4,08 0,0000 0,0000
3 -2,45 0,0071 0,0071
4 -0,82 0,2061 0,1990
5 0,82 0,7939 0,5878
Ежегодную потребность в запасных частях на одно изделие gm определяем по формуле из [4]:
gщ = Щ] ■ П] -№тд , (10)
где: Щ - масса (цена) ]-й детали, кг(руб.); П -число одновременно заменяемых деталей ]-го наименования; ЛРт - ежегодная потребность в деталях в пределах года эксплуатации.
Ежегодные объёмы производства запасных частей находим по формуле: gm =^^^9т] • (11)
Относительный объём производства деталей ар для каждого года выпуска находим по формуле: а^= ~р
Результаты расчёта объёма производства запасных деталей для указанного изделия приведены в таблице 3.
Таблица 2 - Ежегодная потребность в замене деталей
№ ті Годы эксплуатации
1 2 3 4 5
1 0,8413 0,1587 0,0000 0,0000 0,0000
2 0,0778 0,3444 0,5778 0,0000 0,0000
3 0,0019 0,2791 0,6772 0,0418 0,0000
4 0,0001 0,0227 0,4772 0,0227 0,0000
5 0,0000 0,0010 0,0891 0,5835 0,3139
6 0,0000 0,0000 0,0071 0,1990 0,5878
Итого 0,9211 0,8059 1,8284 0,8470 0,9017
Таблица 3 - Расчёт объёма производства запасных деталей
Ежегодный выпуск машин М Я н г?
1 2 3 4 5
£т,КГ
13,816 12,089 27,426 12,705 13,526
1 0 0 1 1 1382 1,382 100 0,0138
2 N 2= 200 2764 1209 3,973 200 0,0199
3 0 0 = т 6910 2418 2743 Г- 0, ,2 500 2 0, 0,
4 0 0 О =1 ■'3- 13820 6045 5486 1271 26,622 1000 0,0267
5 12090 13713 2542 1353 29,698 1000 0,0297
6 27430 6355 2706 36,491 1000 0,0365
7 12705 3 6 7 6 19,468 1000 0,0195
8 13526 13,526 1000 0,0135
Из таблицы 3 следует, что при полном обеспечении потребности в запасных деталях объёмы их производства не превосходят значения 0,04 от объёма производства основной продукции. Эта величина достаточно хорошо согласуется с рекомендуемым в [1] значением апред. и подтверждает эффективность приведённой методики расчёта объёма производства запасных деталей.
Литература
1. Надёжность и эффективность в технике. Справочник в 10 т., т8 Эксплуатация и ремонт. М. Машиностроение, 1990г.-320с.
2. Росляков В.И. Повышение эксплуатационной надёжности изделий посредством оптимизации технического обслуживания. Доклад на конференции «Формирование университетских комплексов и инновационная деятельность ВУЗов на современном этапе реформирования высшей школы». Сборник научных трудов СПбГУСЭ 2007г.
3. Росляков В.И. Оптимизация систем технического обслуживание и обеспечение работоспособности бытовой техники. «Технико-технологичесике проблемы сервиса» №1(11) СПбГУСЭ, 2010г.
4. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчёту надёжности машин на стадии проектирования. М. Машиностроение,1986г.- 224с.
1 Росляков Валерий Иванович, к.т.н., доцент, доцент кафедры “Сервис торгового оборудования и бытовой техники” СПбГУСЭ. Тел.: (812) 700-72-16.
