Основы работоспособности технических систем
..pdf
6. Определим удельные затраты на предупреждение и устранение отказов как отношение взвешенной стоимости ТО и Р к взвешенной наработке выполнения операций ТО и Р:
CI-1 = |
cР+ dR |
, |
(1.10) |
|
|
||||
|
p Р+ |
p |
|
|
|
L′ |
L R |
|
|
где сР + dR – средневзвешенная стоимость выполнения операции ТО и ремонта; R – вероятность выполнения операции ТО; d – разовая стоимость операции ТО; Р – вероятность отказа при выполнении ТО с периодичностью Lр и вероятность выполнения ремонтной операции (устранение отказа); с – стоимость устранения отказа; LрР + LрR – средневзвешенная наработка выполнения операции ТО и Р; Lр – периодичность ТО при выполнении по наработке; L′ – средняя наработка отказавших с вероятностью Р элементов (хi < Lр).
7. Аналитически из условия dCi−1 = 0 или графически оп- dL
ределим оптимальную периодичность LО, соответствующий ей риск РО и вероятность безотказной работы RО.
8. Определим величину целевой функции при оптимальной периодичности ТО LО1:
CIО-1 |
= |
cРО + dRО |
|
= min. |
(1.11) |
||
|
|
||||||
|
|
L′ Р |
+ L |
R |
|
||
|
|
p О |
О1 |
|
О |
|
|
9. Сравним полученные удельные затраты с удельными затратами при выполнении только ремонтных работ, т.е. устранении отказов без ТО (СII): СII = с/ x .
Если СII > CIО-1 , то для данного элемента рационально проводить ТО по наработке с оптимальной периодичностью LО1.
Если CIО-1 > СII, то для данного элемента нерационально
предупреждать отказы (ТО), а достаточно их устранять, т.е. реализовать стратегию II – ремонт по потребности со средней наработкой до отказа х.
41
Рис. 1.11. Схема профилактической операции
10. Построим схему профилактической операции (рис. 1.11), которая показывает зависимость суммарных удельных затрат на ТО и ремонт при тактике профилактики. На схеме профилактической операцииможновыделить три характерные зоны.
Зона А – зона экономической нецелесообразности профилактической стратегии, так как СI-1 > СII. Это также внеэкономическая зона, используемая при определении LО, когда необходимо гарантировать высокую безотказность, несмотря на затраты (например, специальные операции, доставку особо опасных грузов, военные операции и т.д.).
Зона Б – зона предпочтительности по экономическим показателям профилактической стратегии над ремонтной, так как СI-1 ≤ СII. Внутри этой зоны по организационным причинам (например, одновременному выполнению группы операций ТО, имеющих разную оптимальную периодичность) можно изменять фактическую периодичность, сохраняя условие СI-1 ≤ СII.
Зона В – зона относительной стабильности профилактической стратегии, внутри которой колебания фактической периодичности (от L′О до L"О) приводят к незначительному изменению СI-1. Это допуск при планировании ТО, который обычно составляет ±10 % от LО.
42
Рис. 1.12. Изменение суммарных удельных затрат СΣ
ивероятности отказа в межосмотровой период Р
взависимости от периодичности ТО
Втабл. 1.5 и на рис. 1.12 приведены результаты определения периодичности ТО рассмотренным методом при следующих исход-
ных данных: х = 10 тыс. км; σх = 3 тыс. км; с = 10 расчетных единиц (р.е.); d = 2 р.е.; распределениенаработкидоотказа– нормальное.
Полученные данныепозволяют сделатьследующиевыводы: 1. Минимальные удельные затраты (СI-1) min = 0,47 р.е./1000 км
соответствуют оптимальной периодичностиТОLО= 6 тыс. км.
2.Применение профилактической стратегии с оптимальной периодичностью ТО сокращает удельные затраты по сравнению с ремонтом по потребности в 2,1 раза (100 и 47 %).
3.Отклонение от оптимальной периодичности сокращает эффективность профилактической стратегии. Например, при Lр = х = 10 тыс. км затраты:
–увеличиваются по сравнению с оптимальными в 1,5 раза
(с 0,47 до 0,7 р.е.);
–сокращаются по сравнению с ремонтной стратегией примерно только на 30 % (100 и 70 %).
4.При постановке автомобилей на ТО целесообразно
иреально интервальное планирование периодичности. Напри-
мер, при LТО, равной 4–8 тыс. км, затраты изменяются в преде-
лах (0,55 – 0,47) / 0,47 = 0,17, или 17 %.
43
Таблица 1 . 5
Определение оптимальной периодичности ТО экономико-вероятностным методом при стратегии ТО по наработке
LTO , тыс. км |
Р(L) |
|
СI-1 |
|||
р.е./1000 км |
|
% |
||||
|
|
|
|
|
||
2 |
|
|
0,004 |
1,00 |
|
100 |
4 |
|
|
0,023 |
0,55 |
|
55 |
6 = LО |
0,095 |
0,47 |
|
47 |
||
8 |
|
|
0,250 |
0,54 |
|
54 |
10 = |
|
|
0,500 |
0,70 |
|
70 |
x |
|
|||||
12 |
|
|
0,740 |
0,86 |
|
86 |
14 |
|
|
0,920 |
0,97 |
|
97 |
16 |
|
|
0,980 |
0,99 |
|
99 |
18 |
|
|
1,996 |
≈1 |
|
≈100 |
5. При оптимальной периодичности риск отказа составляет
9,5 %; Р (х = 6 тыс. км) = 0,095 (см. табл. 1.5). При увеличении периодичности по сравнению с оптимальной риск увеличивается (в пределе до 1), а при сокращении уменьшается. Таким образом, при профилактике наблюдается смешанная (I и II) стратегия обеспечения работоспособности.
В экономико-вероятностном методе, как и при определении оптимальной периодичности по безотказности, используют понятие коэффициента рациональной периодичности
|
L |
|
2k |
υ |
x |
|
υx |
|
||
β0 = |
|
О |
= |
п |
|
|
при υx < 1, |
(1.12) |
||
|
|
|
2 |
|
|
|||||
|
|
x |
|
(1+ υx )(1− υx ) |
|
|
||||
где kп = d / c; υх – коэффициент вариации наработки на отказ при стратегии II (восстановление работоспособности).
Например, для объекта, имеющего показатели kп = 0,4,
х = 15,5 тыс. км, υх = 0,4, получаем β = 0,78, LО = 12 тыс. км.
44
Экономико-вероятностный метод позволяет рассчитать рациональную периодичность ТО исходя из заданного сокращения потока отказов в межосмотровые периоды, т.е. между двумя последовательными ТО. При наличии ограничений безотказности
|
|
|
|
|
υx |
|
|
|
k |
2 |
|
1− υx |
при υx |
<1, |
(1.13) |
||
β0 ≤ |
|
|
|
|
||||
|
|
ω |
|
|
|
|
|
|
0,5(υx |
+1) |
|
|
|
|
|||
где kω = ωI / ωII – коэффициент заданного сокращения параметра потока отказов; ωI – параметр потока отказов при использовании предупредительной стратегии; ωII – параметр потока отказов при устранении отказов по потребности.
Если в рассматриваемом примере задано сокращение параметра потока отказов при использовании предупредительной стратегии в 5 раз (kω = 0,2), то коэффициент рациональной периодичности определяется по формуле (1.11) и составит β0 = 0,48, а рациональная периодичность LО = 0,48 · 15,5 = 8,4 тыс. км. Следует отметить, что принятие дополнительных требований по безотказности сокращает рациональную периодичность по сравнению с использованием только экономических критериев.
Эта же задача может быть решена графически. Задаваясь значениями υх = 0,4, kω = 0,2 (рис. 1.13), определяем β0 ≈ 0,48.
Преимущества метода:
–учет вероятностных и стоимостных факторов;
–гарантия при проведении ТО с оптимальной периодич-
ностью определенных уровней безотказности Rд и риска Рд при известных затратах на реализацию этой стратегии;
–возможность реализовать предупредительный ремонт. Основной недостаток – недоиспользование ресурса элемен-
тов, которые имеют потенциальную наработку до отказа xi > 2Lр (см. рис. 1.11). Эти элементы достаточно только контролировать (диагностировать), а исполнительскую часть операции производить при последующем ТО, т.е. при х = 2Lр. Таким образом реа-
45
лизуется стратегия обслуживания по состоянию, т.е. определение периодичности ТО экономико-вероятностным методом с учетом технического состояния.
Рис. 1.13. Выбор оптимальной периодичности ТО экономико-вероятностным методом при заданном уровне безотказности в межосмотровом периоде
Удельные затраты при реализации тактики ТО по нара-
ботке (I-2):
CI-2 |
= |
cР+ R1 (dк + dи ) + R2dк |
. |
(1.14) |
|
||||
|
|
РLp + Lp R1 + 2Lp R2 |
|
|
46
Действительно, для части изделий, имеющих потенциальную наработку до отказа xi > 2Lр, можно было бы не проводить исполнительскую часть операции с периодичностью Lр и не доводить при этом параметр технического состояния до номинального или близкого к нему значения (Yi → Yн). Но для этого необходимо при периодичности Lр провести контроль технического состояния всех изделий (за исключением уже отказавших с вероятностью Р, для которых реализуется стратегия II, связанная с восстановлением работоспособности), т.е. применить тактику проведения профилактики по состоянию (I-2).
При данной тактике все изделия можно разделить на три группы:
♦изделия, отказавшие с вероятностью Р при наработке
х< Lр (стратегия II);
♦изделия, имеющие с вероятностью R1 потенциальную наработку на отказ 2Lр > хi > Lр. Если им не проводить ТО при Lр, то они с вероятностью R1 откажут в интервале Lр–2Lр. Следовательно, этим изделиям при Lр необходимо выполнить контрольную операцию стоимостью dк и исполнительскую часть операции стоимостью dи, а разовая стоимость профилактической операции составит dп – изделия, имеющие с вероятностью R2 = 1 – Р – R1 потенциальную наработку на отказ хi > 2Lр, для которых при Lр достаточно ограничиться контролем (dк), а исполнительскую часть операции отложить, по крайней мере до наработки 2Lр. Для них стоимость профилактической операции dп = dк.
Далее графически или аналитически (формула (1.14)) опре-
деляют оптимальную периодичность LО2 и минимальные удельные затраты при реализации тактики ТО по состоянию С.
Величина СIО-2 сравнивается с СII = c / x (только ремонтом) и СIО-1 (ТО по наработке), затем выбирается тактика, обеспечивающая работоспособность изделия (табл. 1.6).
47
|
|
|
|
|
Таблица 1 . 6 |
|
|
Стратегии и тактики обеспечения работоспособности |
|||||
|
|
|
|
|||
Соотношение |
Стратегия |
Тактика |
Содержаниеработ |
|||
|
затрат |
|
|
|
||
СI-1 |
> CI-2 |
> CII |
II |
– |
Устранение отказа при |
|
СI-2 |
> CI-1 |
> CII |
II |
– |
его возникновении |
|
CII |
> CI-2 |
> CI-1 |
I |
1 |
Проведение ТО по наработке |
|
|
|
|
|
|
с оптимальной периодично- |
|
СI-2 > CI-1 |
I |
1 |
||||
стью LO1 |
||||||
CII |
> CI-1 |
> CI-2 |
I |
2 |
Проведение ТО по состоянию |
|
|
|
|
|
|
с оптимальной периодично- |
|
CI-1 > CI-2 |
I |
2 |
||||
стью LO2 |
||||||
|
|
|
|
|
||
В соответствии с указанной методикой можно рассматривать изделия, которые потенциально потребуют выполнения исполнительской части при 3Lр, 4Lр и т.д. Такой подход повысит требования к точности контрольной части операции, увеличит ее стоимость dк и серьезно усложнит расчеты и организацию работ, не внеся значительных уточнений в их результаты.
Дополнительными преимуществами определения периодичности ТО экономико-вероятностным методом по состоянию изделия являются:
♦более полное использование потенциального ресурса изделия;
♦возможность увеличения периодичности ТО по сравнению с методом по наработке (LО2 > LО1);
♦возможность сокращения средней трудоемкости профилактической операции, так как ее исполнительская часть выполняется по потребности в зависимости от технического состояния.
Основной недостаток (вернее, условие применения этой тактики) связан с ростом стоимости профилактической операции dп из-за более сложного и дорогостоящего контрольно-
48
диагностического оборудования и необходимости иметь персонал высокой квалификации.
Сферы применения:
–определение периодичности ТО дорогостоящих операций, оказывающих существенное влияние на безотказность, дорожную и экологическую безопасность автомобилей;
–разграничение сфер рационального использования профилактических тактик по наработке (I-1) и состоянию (I-2);
–оценка стоимости сокращения риска Р возникновения
отказа;
–определение эффективности использования и сравнения диагностического оборудования;
–оценка возможности применения предупредительного ремонта (замены) деталей, агрегатов, систем автомобиля;
–использование методического подхода при решении других задач ТЭА: определения размера запасов, численности персонала, пропускной способности средств обслуживания, резервирования и т.д.
1.7. ТРУДОЕМКОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА МАШИН
Трудоемкость представляет собой затраты труда на выполнение операции (или их группы) технического обслуживания или ремонта, измеряемые в человеко-часах или нормо-часах.
Норматив трудоемкости необходим для определения числа исполнителей и оплаты их труда за фактически выполненную работу с учетом квалификации рабочего (тарифной ставки).
На автомобильном транспорте применяются следующие нормы трудоемкости:
♦ дифференцированные – устанавливаемые на отдельные операции, с учетом их расчленения при необходимости на переходы, приемы и трудовые движения;
49
♦укрупненные (или комплексные при бригадной форме организации труда) – устанавливаемые на группу операций или работ, вид обслуживания и ремонта;
♦удельные – отнесенные к выполненной работе или наработке (чел.-ч/1000 км пробега автомобиля).
Последние два вида норм корректируются в зависимости от условий эксплуатации, пробега с начала эксплуатации, условий оптимизации труда и других факторов. Нормативы трудоемкости ограничивают трудоемкость сверху, т.е. фактическая трудоемкость должна быть не больше нормативной при условии качественного выполнения работ.
Норма трудоемкости (Нт) выполнения операций технического обслуживания или ремонта определяется с учетом коэффициента повторяемости (k) и складывается из времени на выполнение следующих работ: подготовительно-заключительных, оперативных, по обслуживанию рабочего места, а также перерывов на отдых и личные потребности:
Hт = toп (1+ |
aпз + аобс + аотд |
)k, |
(1.15) |
|
|||
100 |
|
|
|
где toп – оперативное время, чел·мин; aпз – доля подготовитель- но-заключительного времени, %; aобс – доля времени обслуживания рабочего места, %; aотд – доля времени на отдых и личные потребности, %.
Подготовительно-заключительное время необходимо для ознакомления исполнителя с порученной работой, подготовки рабочего места, сдачи наряда, инструмента, материалов и др.
Оперативное время, необходимое для выполнения производственной операции, подразделяется на основное и вспомогательное. В течение основного (или технологического) времени осуществляется собственно операция, например: регулирование тормозов, замена масла в агрегатах, снятие агрегата с автомобиля и т.д. Вспомогательное время необходимо для обеспечения
50