Автоматизація прийняття рішень при управлінні періодичністю технічного обслуговування технологічних комплексів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизація прийняття рішень при управлінні періодичністю технічного обслуговування технологічних комплексів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність. Проблема підтримки й підвищення надійності технологічних комплексів (ТК) залишається найбільш актуальною в механообробці. Одним з напрямків її реалізації є підвищення рівня автоматизації технічного обслуговування (ТО) цих комплексів, експлуатація яких сполучена з можливістю виникнення різних відмов й аварійних ситуацій, що приводять до значних економічних втрат.

Реалізація технологічного процесу (ТП) виготовлення деталей характеризується складною взаємодією людини-оператора з технологічним об'єктом управління. Формування керуючих впливів у цих умовах сполучено з контролем великої кількості різних параметрів. Крім того, процес управління значно ускладнюється необхідністю безперервного збору й обробки великого обсягу інформації про технічний стан об'єктів, що входять до складу ТК. Дана інформація є підставою для прийняття рішень по призначенню ТО, тобто підтримки працездатності або справності, а також для визначення інтервалу часу або наробітки між даним видом ТО й наступним таким же видом або іншим більшої складності. Забезпечення ефективного управління ТК у таких умовах є актуальною задачею, успішне рішення якої можливо шляхом розробки й впровадження спеціалізованих систем підтримки прийняття рішень у різних ситуаціях й їхній реалізації з одночасним зменшенням помилок людини-оператора.

Найбільш значні результати в теорії ТО отримані в роботах Барзіловча Є.Ю., Каштанова В.О., Герцбаха І.Б., Шнуркова П.В., Стійковой Л.С., Дружініна Г.В., Барлоу Р., Степанова С.В., Хантера Л., Франкена П., Прошана Ф., Байхельта Ф.

У цей час розроблений ряд вітчизняних і закордонних систем автоматизованого управління ТК різного призначення, як, наприклад, «Вітрило» (Україна), SAP R/3 (Німеччина), які впроваджені на деяких діючих підприємствах України й країн СНД. Однак ці автоматизовані системи керування (АСУ) не враховують специфічних особливостей експлуатації ТК і не містять досить розроблених програмних модулів по попереджувальному ТО, періодичності його проведення.

Таким чином, розробка АСУ ТО ТК різного призначення, алгоритмично-програмного забезпечення і програмно-технічних засобів управління періодичністю ТО дозволить значно підвищити надійність й економічну ефективність ТК в умовах технологічної невизначеності, обумовленої нестабільністю сировини, устаткування, вихідних заготівель і твердих обмежень точності виготовлення деталей, відхилень форми й взаємного розташування поверхонь.

ЗВ'ЯЗОК РОБОТИ З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ. Дисертація виконана в рамках наукового напрямку кафедр Вищої математики й Приладобудування СевНТУ «Стохастичні моделі автоматизованих виробничих систем». Результати роботи відображені у звітах по держбюджетним НДР «Полум'я», дєрж. реєстрація №0100U002312 й «Міра - 1», дєрж. реєстрація №0101U001237.

Об'єктом досліджень є автоматизована система керування періодичністю ТО одно- і двокомпонентних ТК. Предметом досліджень - автоматизована система прийняття рішень (АСПР) при управлінні періодичністю ТО ТК, її структура, інформаційне й алгоритмично-програмнє забезпечення.

МЕТА І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕНЯ. Метою дослідження є розробка теоретичної концепції й практичних рекомендацій підвищення надійності й ефективності ТК на основі автоматизації прийняття рішень при керуванні періодичністю ТО одно- і двокомпонентних ТК.

Для досягнення поставленої мети сформульовані й вирішені наступні завдання:

1. Аналіз структур і функціональних можливостей сучасних систем автоматизованого управління ТК різного призначення.

2. Огляд існуючих моделей і теоретичних підходів до рішення завдань підвищення ефективності управління ТО ТК.

3. Розробка стохастичних й імітаційних моделей функціонування ТК із урахуванням ТО.

4. Зіставлення розроблених однокомпонентних моделей технологічного об'єкту управління з відомими моделями.

5. Розробка й дослідження технічних й економічних критеріїв оцінки якості функціонування ТК із урахуванням ТО.

6. Розробка алгоритмів управління періодичністю ТО одно- і двокомпонентних ТК.

7. Створення АСПР при управлінні періодичністю ТО ТК різного призначення, структури і принципів її реалізації.

НАУКОВА НОВИЗНА отриманих результатів полягає в розвитку й удосконалюванні теоретичних і методологічних основ створення АСПР при керуванні періодичністю ТО одно- і двокомпонентних ТК і полягає в наступному:

Розроблено метод моделювання ТК із урахуванням ТО, заснований на використанні теорії напівмарковських процесів із загальним фазовим простором й алгоритмів фазового укрупнення, що дозволяє створювати моделі багатокомпонентних ТК із різними стратегіями ТО. Побудовано математичні моделі одно- і двокомпонентних ТК із урахуванням ТО.

Уперше запропонована структура АСПР при управлінні періодичністю ТО одно- і двокомпонентних ТК, що сприяє усуненню відмов і зниженню їхнього шкідливого впливу на технологічний процес у цілому.

Сформульовані й вирішені завдання визначення оптимальної періодичності ТО одно- і двокомпонентних ТК.

Удосконалено алгоритмично-програмнє забезпечення АСПР шляхом подальшого розвитку алгоритмів формування оптимальних періодичностей обслуговування, що забезпечує мінімізацію часу простоїв і реалізацію оптимальних режимів безвідмовної роботи.

Виконано розрахунки економічних критеріїв оцінки якості функціонування одно- і двокомпонентних ТК із урахуванням ТО.

Одержали подальший розвиток стохастичні моделі ТК, які дозволяють ураховувати їхню структуру і вид ТО та забезпечують підвищення адекватності моделювання реальних ТП.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОТРИМАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ. Запропонована структура АСПР, алгоритмично-програмнє забезпечення і програмно-технічні засоби покладені в основу розробки АСУ ТО в машино-приладобудуванні. Розроблені теоретичні положення і моделі ТК становлять основу алгоритмів і математичного забезпечення програмних комплексів для планування ТО, вибору виду і визначення оптимальної періодичності його проведення. Впровадження здійснене в держбюджетних НДР «Полум'я» і «Міра - 1», а також на заводі «ВАТ «Сімферопольсільмаш». Отримані теоретичні результати впроваджені в навчальний процес у СевНТУ при вивченні курсів, пов'язаних з моделюванням ТК.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК ЗДОБУВАЧА. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно, а окремі - у співавторстві з колегами за місцем роботи. Особистий внесок здобувача в роботах, виконаних у співавторстві, складається в розробці математичних моделей одно- і двокомпонентних ТК із урахуванням ТО [1-3, 5-7,12]; розрахунку технічних й економічних критеріїв оцінки якості їхнього функціонування [4, 8-10]; розробці імітаційних моделей ТК із урахуванням ТО; створенні АСПР при управлінні періодичністю ТО; проведенні експериментальних досліджень на виробництві [11].

АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ. Результати дисертаційної роботи доповідалися на: IV Міжнародної конференції «Техніка й технологія зборки машин» 22-25 травня 2001 р. у м. Жешуві (Польща); Міжнародній науково-технічній конференції «Нові технології в машино-приладобудуванні і на транспорті» 10-14 вересня 2001 р. (м. Севастополь); Міжнародній науково-практичній конференції «Автоматизація виробничих процесів» 16-19 травня 2002 р. (м. Хмельницький); III Міжнародній науково-технічній конференції «MTK2002» 25-28 травня 2002 р. у м. Жешуві (Польща); Міжнародній науково-технічній конференції «Автоматизація: проблеми, ідеї, рішення» 20-24 вересня 2002 р. (м. Севастополь); розширеному семінарі кафедр ПБ, АТПВ, Маш і Т, ІС, КіОТ, ТК, ВМ, ТММ, СПАС і МЕММ СевНТУ, на семінарі кафедри «Автоматизація теплоенергетичних процесів» Одеського національного політехнічного університету.

ПУБЛІКАЦІЇ. По темі дисертаційної роботи опубліковано 15 робіт, у тому числі 9 у збірниках ВАК України.

СТРУКТУРА Й ОБСЯГ ДИСЕРТАЦІЇ. Дисертаційна робота складається із введення, чотирьох глав, висновку, списку використаних джерел з 112 найменувань, 8 додатків, включає 26 малюнків, 26 таблиць, 13 фотографій. Загальний обсяг роботи становить 226 сторінок.

Зміст роботи

технічний управління алгоритм автоматизація

ВСТУП містить коротке обґрунтування актуальності теми, наукової новизни, практичної значимості роботи, а також перелік вирішених завдань і винесених на захист основних положень.

У першому розділі «ОСНОВНІ НАПРЯМКИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ТЕХНІЧНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ КОМПЛЕКСІВ НА СУЧАСНОМУ ЕТАПІ» як об'єкт дослідження й розробки програмного забезпечення для автоматизованого керування ТО й оптимізацією його періодичності проаналізований ТК «ЛБ - 0278» для виготовлення вилки механізму хитної шайби (МХШ), що є основною деталлю вузла приводу ножів зернозбирального комбайна «Дон». Виконано огляд структур і функціональних можливостей існуючих систем автоматизованого управління ТК різного призначення з урахуванням достоїнств і недоліків. Розглянуто можливості програмного управління. Наведено класифікацію характеристик і стратегій ТО, а також виконано аналіз теоретичних досліджень у даній області. Сформульовано мету й завдання досліджень.

У другому розділі «ТЕОРЕТИЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ АВТОМАТИЗАЦІЇ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ПРИ УПРАВЛІННІ ПЕРІОДИЧНІСТЮ ТЕХНІЧНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ ОДНО- І ДВОКОМПОНЕНТНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ КОМПЛЕКСІВ» розроблено моделі ТК із урахуванням ТО, що дозволяють аналізувати їхню надійність за коефіцієнтом готовності К_Г і управляти періодичністю обслуговування. Особливо актуальні багатокомпонентні моделі, що враховують реальну структуру ТК. Для побудови моделей використався математичний апарат теорії напівмарковських процесів із загальним фазовим простором і наближений метод розрахунку характеристик системи, заснований на алгоритмах фазового укрупнення.

Моделі побудовані при наступних допущеннях: ТО проводиться тільки для відновлюваних вузлів й агрегатів ТК; функції розподілу характеристик надійності - загального виду; процес функціонування ТК обмежений строком його служби (до списання); відновлення починається відразу після миттєвого виявлення відмови; параметри ТК після кожного відновлення або ТО відповідають нормативним значенням; ТО може містити в собі заміну окремих елементів, регулювання, змащення й т.д., але вона не заміняє плановий ремонт; простої по організаційних причинах не враховуються.

Отримані стохастичні моделі однокомпонентних ТК із урахуванням стратегій ТО, а також двокомпонентні з урахуванням структури.

Моделі однокомпонентних ТК із урахуванням стратегій ТО:

а) ТО по наробітку

Порядок функціонування розглянутої системи полягає в наступному. Час безвідмовної роботи системи - випадкова величина (ВВ) з функцією розподілу (ФР) , час відновлення системи - ВВ із ФР . Якщо наробіток системи досягла значення ( = const), проводиться ТО, тривалість ТО - ВВ із ФР ; якщо система відмовила до моменту , то починається відновлення системи. Після проведення ТО й відновлення властивості системи повністю обновляються. ВВ , , передбачаються незалежними, що мають кінцеві математичні очікування й дисперсії; у ФР , , існують щільності , , .

Для опису функціонування системи уведений наступний простір напівмарковських станів: Е={1,0,2}, де 1 - відбулося відновлення системи або завершення ТО, система початку працювати; 0 - відбулася відмова системи, почалося відновлення; 2 - почалося ТО, робота системи перервана.

Тимчасова діаграма функціонування системи наведена на рис. 1.

Імовірності переходів вкладеного ланцюга Маркова з тимчасової діаграми функціонування системи: ; ; , , де - періодичність ТО; - ФР часу безвідмовної роботи системи, .

Складемо систему рівнянь для стаціонарного розподілу вкладеного ланцюга Маркова , використовуючи формулу , jE:

Система має наступне рішення:

=; =; =.

Середні значення часів перебування системи в станах визначаються з тимчасової діаграми функціонування системи (рис. 1); тому що , і , де - знак мінімуму, те

де - середній час відновлення системи; - середній час профілактики системи.

Стаціонарний коефіцієнт готовності системи обчислений по формулі:

Для всіх наступних стратегій стаціонарні коефіцієнти готовності мають вигляд:

б) Календарне ТО

де = - функція відновлення; - ФР часу відновлення системи, .

в) Безперервне ТО

де - ФР часу ТО, ; - щільність ФР часу безвідмовної роботи системи; - щільність функції відновлення.

г) Календарне ТО системи з миттєво поповнюваним резервом часу (нагромаджувач, цілком наповнюваний до чергового відмовлення)

де h - величина тимчасового резерву; - математичне очікування мінімуму двох величин.

Моделі двокомпонентних ТК із урахуванням структури.

Для кожного конкретного технологічного процесу при заданих вимогах до номенклатури, кількості і якості випускає продукції, що, може існувати велика кількість варіантів побудови ТК, що відрізняються методами й маршрутами обслуговування, ступенем диференціації й концентрації технологічних операцій, видом міжагрегатних зв'язків і т.д. Тому ефективність експлуатації ТК, обумовлена такими показниками, як якість виробів, надійність і продуктивність, ритмічність роботи, істотно залежить від її структури й характеру внутрішніх зв'язків, а також зв'язків із зовнішніми виробничими системами.

Отримано результати: для послідовної двокомпонентної системи з ТО (з відключенням і без відключення працюючого компонента), для паралельної двокомпонентної системи з ТО (тільки для двох працюючих компонентів), для паралельної двокомпонентної системи з ТО (для двох і для одного працюючого компонента).

Стаціонарні коефіцієнти готовності мають вигляд:

Послідовна двокомпонентна система з календарним ТО

а) З відключенням працюючого компонента (К)

де - середній час ТО системи; - ФР часу відновлення К1, ; - ФР часу відновлення К2, .

б) без відключення працюючого компонента

де - щільність функція відновлення; - розподіл прямого залишкового часу для процесу відновлення, .

Паралельна двокомпонентна система з урахуванням ТО (для двох працюючих компонентів)

де - щільність розподілу прямого залишкового часу для процесу відновлення.

Паралельна двокомпонентна система з урахуванням ТО (для двох й одного працюючого компонента)

Вирази (1) - (8) можуть бути використані для знаходження значень періодичності ТО, при яких досягає найбільшого значення.

Виконано перевірку правильності побудови напівмарковських моделей одно- і двокомпонентних ТК із урахуванням календарного ТО шляхом порівняння їх з існуючими відомими моделями.

Узагальнені результати обчислень зведені в табл. 1. На їхній підставі можна зробити висновок про те, що значення К_г, отримані по моделях даної дисертаційної роботи, відрізняються від значень, отриманих по відомих моделях, не більше ніж на 2%, тобто моделі є адекватними.

Таблиця 1. Результати обчислень

Система	Відомі моделі	Напівмарковськая модель	Погрішність
	опт, (г)	Кг(опт)	Кг()	опт, (г)	Кг(опт)	Кг()
Однокомп-а	50,8	0,9505	0,9375	46	0,957	0,9375	0,7%
Двокомп-а	31	0,929	0,875	31	0,945	0,875	1,7%

Розроблені аналітичні моделі перевірялися за допомогою імітаційного моделювання поводження одно- і двокомпонентних ТК із урахуванням ТО мовою GPSS/PC. Результати зведені в табл. 2.

Таблиця 2. Перевірка за результатами імітаційного моделювання

Модель	Математична модель	Імітаційне моделювання	Погрішність
	опт, (г)	Кг(опт)	опт, (г)	Кг(опт)
Однокомпонентна	3	0,923	3	0,903	1,9%
Двокомпонентна	3	0,906	3	0,85	6,1%

Порівняння результатів аналітичного й імітаційного моделювання показує, що при однаковій оптимальній періодичності ТО, рівної 3 ч, максимальні значення коефіцієнта готовності становлять 0,906 й 0,85 відповідно. Розбіжність цих значень становить 6,1%.

Отримані значення відносних погрішностей не перевищують припустимих і відповідають гарному збігу результатів аналітичного й імітаційного моделювання в дослідженій області характеристик ТК, підтверджуючи правильність побудови аналітичних моделей.

У третьому розділі «РОЗРОБКА І ДОСЛІДЖЕННЯ АЛГОРИТМІВ І КРИТЕРІЇВ ОЦІНКИ ЯКОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ОДНО- І ДВОКОМПОНЕНТНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ КОМПЛЕКСІВ» вирішені завдання, пов'язані з оптимальною організацією ТО, що зводиться до вибору його оптимальної періодичності як на стадії проектування нових, так й експлуатованих ТК таким чином, щоб забезпечити екстремальні значення обґрунтованих критеріїв якості з урахуванням накладених обмежень.

Економічними критеріями оцінки якості функціонування ТК із урахуванням ТО на нескінченному інтервалі часу є: S - середній прибуток в одиницю календарного часу; C - середні витрати в одиницю часу справного функціонування, які в рамках напівмарковських моделей визначаються наступними залежностями:

де - стаціонарний розподіл вкладеного ланцюга Маркова напівмарковського процесу; - середні значення часів перебування системи в різних станах; , - функції, що визначають доход (витрати) у кожному стані.

Розглянуто наступні завдання оптимізації.

1. Визначення періодичності ТО, що забезпечує максимальний середній прибуток в одиницю календарного часу одно- і двокомпонентних ТК (_опт) max S(_опт).

2. Визначення періодичності ТО, що забезпечує мінімальні середні витрати в одиницю часу справного функціонування одно- і двокомпонентних ТК (_опт)min С(_опт).

У цьому випадку як середній прибуток в одиницю календарного часу, так і середні витрати в одиницю часу справного функціонування є функціями однієї змінної - періодичності ТО. З необхідної умови екстремуму знайдені коріння й перевірені за допомогою достатньої умови. Для перевірки в деяких випадках при знаходженні екстремуму (_опт) функції використався метод перебору; пошук екстремуму здійснювався в області , де - математичне очікування часу безвідмовної роботи ТК.

Дані економічні критерії якості функціонування ТК із урахуванням ТО визначені для всіх моделей, представлених у розділі 2. Нижче наведений приклад розрахунку цих критеріїв для послідовного двокомпонентного ТК із відключенням працюючого компонента.

Уведено наступні позначення: с₁ - прибуток, одержуваний за одиницю часу справного функціонування ТК; с₂ - витрати за одиницю часу відновлення К1; с₃ - витрати за одиницю часу відновлення К2; с₄ - витрати за одиницю часу ТО ТК, тоді f(y) і f(y) мають вигляд:

Середній прибуток в одиницю календарного часу обчислюється так:

Середні витрати в одиницю часу справного функціонування:

Вирази (9) і (10) використані для знаходження оптимального значення , при якому S і С досягають екстремальних значень. Результати зведені в табл. 3.

Таблиця 3. Оптимальна періодичність ТО _опт і значення S(_опт) і С(_опт)

№	Вихідні дані	Результати
	M1	M1	M2	M2	M3	с1	с2	с3	с4	опт	S(опт)	опт	C(опт)
	г	г	г	г	г	у. о.	у. о.	у. о.	у. о.	г	-	г	-
1	60	6	26	4	2	3	3	2	1	18	2. 482	13	0. 198
2						3	2	2	1	18	2. 485	13	0. 197
3	60	6	36	4	2	3	3	2	1	21	2.55	16	0. 164
4						2	3	2	1	19	1. 645
5						2	2	2	1	20	1.65	17	0. 162
6									0.8	20	1. 669	15	0. 136
7									0.7	20	1. 678	15	0. 122
8									0.5	19	1. 697	14	0. 094
9	80	6	36	4	2	2	2	2	1	21	1. 663	17	0. 158
10						3	3	2	1	22	2. 573	17	0. 159
11						3	3	2	0.8	22	2. 589	17	0. 135
12	80	6	66	4	2	3	3	2	1	31	2. 651	25	0. 115

На основі даних табл. 3 і рис. 2 можна зробити висновок про те, що зменшення доходу за одиницю часу справного функціонування (с₁) і (або) підвищення вартості обслуговування в одиницю часу відновлення й ТО (с₂, с₃, с₄) приводять до зниження середнього прибутку S і зростанню середніх витрат С.

Тривала експлуатація ТК має на увазі виконання комплексу заходів, спрямованих на збереження його працездатності протягом усього терміну служби. Природно, що при цьому підвищується значимість прогнозування оптимальної періодичності ТО, що забезпечує екстремальне значення надійністних показників функціонування одно- і двокомпонентних ТК.

Оптимальні періодичності _опт ТО розраховані для всіх моделей, отриманих у главі 2. Нижче наведені приклади розрахунку _опт для однокомпонентного ТК із урахуванням ТО по наробітку по формулі (1) і для послідовного двокомпонентного ТК із урахуванням ТО (з відключенням працюючого компонента) по формулі (5).

Результати розрахунку для першого випадку наведені в табл. 4.

Таблиця 4. Оптимальна періодичність ТО _опт і значення (_опт)

Вихідні дані	Результати
Вид розподілу	M1	M1	M2	опт	KГ(опт)
	г	г	г	г	-
1. Показовий	56	30	5		0. 651
2. Ерланга IV порядку	56	30	5	24.21	0.76
3. Ерланга IV порядку	56	30	8	30.32	0.71
4. Ерланга IV порядку	50	30	5	20.8	0. 739
5. Ерланга VI порядку	56	30	5	25.92	0. 796

За результатами табл. 4 можна зробити висновок про те, що при показовому розподілі характеристик ТК немає необхідності проводити ТО. З фізичної точки зору експонентний розподіл описує раптові відмови, не обумовлені старінням або нагромадженням ушкоджень, а пов'язані з різкими коливаннями зовнішнього навантаження й наявністю слабких місць. Тому примусова заміна працюючого елемента на новий явно марна. Ріст тривалості ТО веде до зниження надійності ТК, а збільшення часу відновлення й (або) зменшення часу безвідмовної роботи, як і слід було сподіватися, приводить до частішання проведення ТО й зниженню надійності ТК.

На рис. 3 представлений графік залежності коефіцієнта готовності від періодичності ТЕ для вихідних даних №3 табл. 4. Із залежності видно, що якщо ТО проводиться часто ( < 10 г.) або досить рідко ( > 35 г.), то надійність ТК знизається. Коефіцієнт готовності максимальний, якщо ТО ТК проводити з періодичністю 25,92 г.

Результати розрахунку для послідовного двокомпонентного ТК із урахуванням ТО (з відключенням працюючого компонента) представлені в табл. 5.

Таблиця 5. Оптимальна періодичність ТО _опт і значення (_опт)

Вихідні дані	Результати
№	Вид розподілу	M1	M1	M2	M2	M3	опт	KГ(опт)
		г	г	г	г	г	г	-
1	Ерланга IV порядку	60	6	26	4	2	16	0. 858
2		60	6	36	4	2	19	0.88
3		60	8	36	4	3	15	0. 842
4		80	6	66	4	2	36	0. 921

На рис. 4 представлений графік залежності коефіцієнта готовності від періодичності ТО для вихідних даних №4 табл. 5. Із графіка можливо побачити, що якщо ТО проводиться часто ( < 18 ч), то надійність ТК буде низкою; якщо ТО проводиться рідко ( > 42 ч), то надійність ТК буде повільно знижуватися. Коефіцієнт готовності буде максимальний, якщо ТО проводити з періодичністю 36 г.

У четвертому розділі «АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ПРИ УПРАВЛІННІ ПЕРІОДИЧНІСТЮ ТЕХНІЧНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ КОМПЛЕКСІВ» розроблена багаторівнева система, яка призначена для організації й керування технічним обслуговуванням ТК, і заснована на оцінці технічного стану об'єкта управління на стадії експлуатації й ураховує відмовні виробничі ситуації, а також матеріальні й фінансові витрати.

Загальна концепція побудови АСПР при управлінні періодичністю ТО базується на ієрархічному принципі, що передбачає розподіл функцій управління між взаємозалежними структурними рівнями: інформаційним, стратегічним, тактичним і виконавчим.

АСПР реалізується у вигляді програмної системи, що містить два основних модулі: статичний і розрахунковий, і містить у собі велика кількість алгоритмів, об'єднаних в обчислювальні моделі, що дозволяють вирішувати різні завдання ТО. У зв'язку з тим, що дана система розрахована на користувача, що не є кваліфікованим програмістом, вона має зручний для застосування багатовіконний інтерфейс і керуючу програму, що містить загальне меню функцій і має довідкову систему. На вхід системи інформація надходить від людини-оператора й з бази даних. При використанні АСПР передбачається, що в користувача є інформація про кількість компонентів системи і їхніх взаємозв'язків.

АСПР дозволяє: накопичувати статистичні дані по відмовах, проводити їхню обробку, а також визначати вибіркове середнє, вибіркову дисперсію й інші характеристики; визначати закони розподілу часу безвідмовної роботи, часу відновлення і ТО досліджуваного технічного об'єкта. На виході системи можна одержувати відомості про оптимальну періодичність виконання ТО, а також екстремальні значення показників якості функціонування ТК.

Одним з достоїнств АСПР є використання сучасного програмного забезпечення, що організує взаємодію всіх модулів системи і полегшуючий процес прийняття рішень при управлінні періодичністю ТО.

З метою перевірки адекватності розроблених математичних моделей у виробничих умовах розглянуто процес функціонування ТК «ЛБ-0278» виготовлення вилки МХШ.

Таблиця . Експериментальні характеристики ТК «ЛБ-0278»

Характеристики надійності	Математичне очікування, , г	Порядок закону Ерланга	Коефіцієнт готовності
Наробіток	4,21	6	0,867
Відновлення	0,49	3
Профілактика	0,16 (періодичність 4 г)	-

При цьому виявлені найбільш характерні відмови по механічній, електричній, пневматичній і гідравлічній частині та по інструменті. В експерименті досліджувалася профілактична заміна інструмента, як найбільш частий вид відмов у процесі обробки вилки МХШ, які спостерігалися 2-3 рази в зміну. У виробничому експерименті були визначені функції розподілу часу безвідмовної роботи й часу відновлення, а також середні значення цих характеристик і середня тривалість профілактичної заміни інструмента. По експериментальним характеристикам ТК (табл. 6) обчислено коефіцієнт готовності К_г = 0,867.

По цім же характеристикам розрахований коефіцієнт готовності за допомогою моделі (2) К_г = 0, 912.

Порівняння значень розрахункових й експериментальних даних по надійності ТК наведене в табл. 7. Розрахункові результати відрізняються від експериментальних по стаціонарному коефіцієнті готовності не більше ніж на 5%, що підтверджує адекватність моделей, розроблених у главі 2.

Таблиця 7. Перевірка адекватності моделей з обліком ТО

Система	Експеримент	Напівмарковська модель	Погрішність
		( =4)	(опт = 2 г 45 хв)
Однокомп-а	0,867	0,912	0,923	4,8%

Розглянуто можливості АСПР у такій проблемній ситуації, як оптимізація профілактичної заміни інструмента. На діючому технологічному комплексі рішення про профілактичну заміну інструмента приймалося інженером-наладчиком на основі його досвіду і кваліфікації.

У цих умовах пропонована АСПР дозволяє автоматизувати процес ухвалення рішення, а самі рішення приймаються на основі кількісних оцінок технічних і економічних критеріїв оцінки якості функціонування ТК.

При відсутності АСПР періодичність профілактичної заміни інструмента на ТК «ЛБ-0278», яка обумовлена інженером-наладчиком по інтуїції, становила 4 години. Коефіцієнт готовності в цьому випадку, розрахований за допомогою моделі (2), = 0,912.

На рис. 6 наведена залежність коефіцієнта готовності від періодичності ТО для вихідних даних, узятих з пасивного виробничого експерименту. Із графіка добре видно, що періодичність ТО , рівна 4 г, не є оптимальною.

Перевірка даного результату за допомогою АСПР показала, що оптимальна періодичність ТО _опт = 2 г 45 хв, і відповідний їй коефіцієнт готовності = 0,923. Це дало можливість зробити рекомендації з поліпшення ТО ТК «ЛБ-0278»: при цьому повинне скоротитися на 22% час відмов, підвищитися коефіцієнт готовності ТК на 1,2%. Використання цих рекомендацій у виробничих умовах викликало підвищення коефіцієнта готовності ТК «ЛБ-0278» на 2%. Економічний ефект склав 32450 грн. у рік.

Рішення про оптимальну періодичність профілактичної заміни інструмента може прийматися не тільки по технічному критерію оцінки якості функціонування ТК - коефіцієнту готовності , але й по економічним: середнього прибутку й середніх витрат, що визначається виробничою необхідністю.

Загальні висновки

У результаті досліджень у даній дисертаційній роботі встановлено, що можливо підвищення надійності одно- і двокомпонентних ТК за рахунок автоматизації ТО на основі розробки багаторівневої АСПР і критеріїв оцінки якості їхнього функціонування. Реалізація запропонованих моделей, критеріїв, програмних засобів і алгоритмічного забезпечення АСПР дозволяє істотно підвищити ефективність управління ТО ТК різного призначення на стадії їхньої експлуатації.

Основні наукові результати і висновки полягають у наступному:

1. Формалізовано завдання управління періодичністю ТО одно- і двокомпонентних ТК.

2. Розроблен метод моделювання ТК із урахуванням ТО, заснований на використанні теорії напівмарковських процесів із загальним фазовим простором і алгоритмом фазового укрупнення, що дозволяє створювати моделі багатокомпонентних ТК із різними стратегіями ТО.

3. Побудовані стохастичні та імітаційні моделі ТК із урахуванням ТО: однокомпонентні - з різними стратегіями ТО і двокомпонентні - з урахуванням структури, які дозволяють визначати оптимальні періодичності обслуговування одно- і двокомпонентних ТК.

4. Розроблено технічні і економічні критерії оцінки якості функціонування одно- і двокомпонентних ТК із урахуванням ТО.

5. Вирішено завдання оптимального проведення ТО. Критеріями оптимізації періодичності ТО є: стаціонарний коефіцієнт готовності, середній прибуток в одиницю календарного часу і середні витрати в одиницю часу справного функціонування. Періодичність ТО, оптимальна по одній з характеристик, може бути не оптимальна по іншій. Відмінність оптимальних періодичностей ТО по кожній з характеристик може становити до 20%. ТО підвищує надійність (коефіцієнт готовності) однокомпонентних ТК на 18…27%. Зі збільшенням часу відновлення надійність системи знижується, однак, якщо чутливість (до збільшення часу відновлення) системи без ТО становить 19%, то в системи з ТО - 2…7%.

6. По даним пасивного виробничого експерименту встановлені теоретичні закони розподілу деяких характеристик ТК «ЛБ-0278»: наробіток на відмову підкоряється закону Ерланга 6-го порядку, а час відновлення - закону Ерланга 3-го порядку. Перевірено адекватність стохастичних моделей на основі даних пасивного виробничого експерименту. Виконано імітаційне моделювання ТК із урахуванням ТО, що підтвердило теоретичні результати.

7. Уперше запропонована структура АСПР при управлінні періодичністю ТО ТК, що заснована на ієрархічному принципі. Створено інформаційне та програмне забезпечення АСПР.

8. Розроблена АСПР, заснована на функціональному і модульному принципах, що забезпечує підвищення безвідмовності функціонування одно- і двокомпонентних ТК за рахунок своєчасної підготовки інформації для прийняття рішень по управлінню періодичністю ТО.

9. Впровадження розроблених рекомендацій на ТК «ЛБ-0278» по оптимальній періодичності профілактичної заміни інструмента дозволило підвищити коефіцієнт готовності на 2%. Економічний ефект склав 32450 грн. у рік.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах

S.G. Gljecz, W. Ja. Kopp, Ju.E. Obzjerin. Niezawodnosc gniazda technologicznego uwzglegniajaca prowadzenie profilaktyki // Technologia i automatizacja montazu, kwartaknik naukowo-techniczny. - Warszawa, 2000. - №4. - c. 14 - 18.

Обжерин Ю.Е., Глеч С.Г. Полумарковская модель технологической ячейки с учетом профилактики // Оптимизация производств. процессов: Сб. науч. тр. - Севастополь, 2001. - Вып.4. - с. 123 - 127.

Обжерин Ю.Е., Глеч С.Г. Построение модели профилактики методом фазового укрупнения // Вестн. ХГТУ: Сб. науч. тр. - Херсон, 2001. - Вып. (3) 12. - с. 197 - 202.

Глеч С.Г. Определение оптимальных моментов профилактики технологической ячейки с мгновенно пополняемым резервом времени // Сборник научных трудов СИЯЭиП. - Севастополь: СИЯЭиП, 2001. - Вып.5. - с. 187 - 193.

Песчанский А.И., Глеч С.Г. Анализ надежности двухкомпонентной технологической системы с учетом профилактики // Новые технологии в машино-приборостроении и на транспорте: Материалы междунар. науч.-техн. конф., 10 - 14 сент. 2001 г. - Севастополь: Изд-во СевГТУ, 2001. - с. 125 - 134.

Глеч С.Г. Определение оптимальных моментов проведения профилактики для технологической ячейки // Вестн. СевГТУ: Сб. науч. тр. - Севастополь, 2002. - Вып.36. - с. 169 - 176.

Обжерин Ю.Е., Песчанский А.И., Глеч С.Г. Определение стационарных характеристик двухкомпонентной системы с учетом профилактики // Автоматизация: проблемы, идеи, решения: Материалы междунар. науч.-техн. конф., 20 - 24 сент. 2002 г. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2002. - с. 75 - 82.

Обжерин Ю.Е., Глеч С.Г. Определение оптимальных моментов профилактики двухкомпонентной технологической системы на основе стоимостных функционалов // Вістнік Технологічного університету Поділля: Науковий журнал. - Хмельницький, 2002. - №3, Т.2. - с. 103 - 107.

Обжерин Ю.Е., Глеч С.Г. Определение оптимальных моментов профилактики технологической ячейки на основе стоимостных функционалов // Сборник научных трудов СИЯЭиП. - Севастополь: СИЯЭиП, 2002. - Вып.6. - с. 162 - 166.

Обжерин Ю.Е., Глеч С.Г., Приходько Р.А. Оптимизация моментов профилактики технологической ячейки с мгновенно пополняемым резервом времени // Оптимизация производств. процессов: Сб. науч. тр. - Севастополь, 2002. - Вып.5. - с. 34 - 42.

Глеч С.Г., Копп В.Я., Обжерин Ю.Е. Экспериментальные исследования автоматической линии «ЛБ-0278» на заводе «СимферопльСельМаш» // Оптимизация производств. процессов: Сб. науч. тр. - Севастополь, 2003. - Вып.6. - с. 115 - 124.

• W. Kopp, J. Obzerin, A. Pieszczanski, S. Glecz. Opracowanie funkcjonalow kosztow rownoleglego dwuskladnikowego systemu z uwzglednieniem profilaktyki // Modulowe technologie i konstrucje w budowie maszyn: Materialy III miedzynarodowej konferencji naukowo-technicznej - MTK2002. - Rzeszow: Zeszyty naukowe politechniki rzeszowskiej, Nr 196; Mechanika, z. 59, 2002. - c. 23 - 28.
• 13. Глеч С.Г., Янчук И.В. Стационарные характеристики последовательной двухкомпонентной системы с учетом влияния различных видов простоев и технического обслуживания // Автоматика 2004: Материалы 11-й междунар. конф. по автоматич. управлен., 27 - 30 сентября 2004 г. - Киев: Изд-во НУПТ, 2004. - с. 38 - 39.
• 14. Песчанский А.И., Глеч С.Г., Приходько Р.А. О стационарных характеристиках многокомпонентных систем с учетом проведения технического обслуживания // Современные проблемы машиноведения: Тезисы докладов V междунар. науч.-техн. конф., 1 - 2 июля 2004 г. - Гомель: Изд-во ГГТУ им. П.О. Сухого, 2004. - с. 52 - 53.
• 15. Глеч С.Г., Янчук И.В. Определение минимума вкладываемых средств для приобретения запасных деталей для достижения заданной производительности // Вестн. СевГТУ: Сб. науч. тр. - Севастополь, 2004. - Вып.58. - с. 41 - 45.
• Размещено на Allbest.ru

...