Повышение работоспособности мобильных машин в структурах агропромышленного комплекса на основе ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, доктор технических наук Озорнин, Сергей Петрович

• Озорнин, Сергей Петрович
• доктор технических наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор технических наук Озорнин, Сергей Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУТЕЙ И МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОБИЛЬНЫХ МАШИН.

1.1. Анализ уровня развития и основных положений системы технического обслуживания и ремонта парков мобильных машин в структурах

1.2. Мобильные машины, их основные элементы, узлы, агрегаты и системы, как объекты обслуживания и диагностирования.

1.3. Анализ исследований в области технической эксплуатации отечественных и зарубежных мобильных машин, обслуживания их основных систем, агрегатов и узлов.

1.4. Анализ исследований в области теории обслуживания сложных технических систем и их элементов.

1.5. Анализ методов оптимизации периодичности ТО машин.

1.6. Распознавание функциональных состояний мобильных машин и их элементов при организации контроля технического состояния.

1.7. Использование информационных технологий при организации

ТО и ремонта парков машин.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение работоспособности мобильных машин в структурах агропромышленного комплекса на основе ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта»

Обеспечение нормального функционирования агропромышленного комплекса (АПК) страны невозможно без использования разнообразных средств механизации технологических процессов сельскохозяйственного производства. Совокупность средств механизации является наиболее важным и крупным подкомплексом АПК. Структура подкомплекса сложилась преимущественно из парков мобильных машин (ПММ) различного назначения. Механизация большинства технологических и производственных процессов сельскохозяйственного производства не мыслится без автомобилей, тракторов, комбайнов, погрузчиков, тягачей и других мобильных средств механизации отечественного и зарубежного производства. Численность машинотракторного парка АПК составляет порядка 1,5 млн. единиц [110, 348, 349], поддержание его в работоспособном состоянии очень важная и актуальная задача. Она усложняется тем, что большинство тракторов и других мобильных сельскохозяйственных машин в структурах АПК морально устарели и находятся на грани физического износа [110, 348, 350]. За последние пять лет в России обновление машинотракторного парка практически не ведется, а остаточный ресурс используемых мобильных машин не превышает 15. 25 % исходного [348, 350]. Сезонная нагрузка на пропашные тракторы, зерноуборочную и кормоуборочную технику АПК более чем в 2,5 раза превышает нормативные показатели [348, 349, 350].

В немалой степени развитию системного кризиса в АПК способствуют устаревшие (традиционные) подходы к организации обслуживания и ремонта используемого парка машин и механизмов. Время простоев по техническим причинам составляет на сегодняшний день 25. 30 % от общего рабочего времени [277, 348, 350], в результате чего техническая готовность тракторов и других мобильных сельскохозяйственных машин снижается на 60. 70 %, удлиняются сроки выполнения полевых работ, увеличиваются потери сельскохозяйственной продукции [277, 348, 350].

Обеспечение высокой производительности, работоспособности и других качественных показателей функционирования мобильных машин (ММ) невозможно без совершенствования существующих и поиска новых стратегий и организационных форм их технического обслуживания и ремонта, т.е. эффективно организованного технического сервиса.

Серьезную проблему в поддержании надежности и обеспечении работоспособности ММ в эксплуатации представляет своевременность и эффективность выполнения для машин различных технических воздействий, прежде всего технического обслуживания (ТО) и текущего ремонта (TP) [1, 110, 111, 277, 297, 348, 349, 390, 399, 408, 423, 424, 430 и др.].

При этом следует учитывать, что мобильные машины в структурах АПК играют определяющую роль в обеспечении своевременного и полнообъемного выполнения большинства технологических процессов в растениеводстве и животноводстве [110, 293, 348, 372].

Существенным, почти неиспользованным резервом повышения работоспособности ММ является применение новых информационных технологий, которые позволяют обрабатывать информационные потоки и формировать информационную базу данных технической эксплуатации машин, включающую в себя информационно-справочные базы данных, информационные системы диагностики и прогнозирования, системы выработки и анализа управленческих решений.

В связи с вышеизложенным, проблема совершенствования и повышения эффективности систем поддержания и восстановления работоспособного состояния (СПВРС) ММ за счет разработки и внедрения новых информационных технологий, стратегий и технологических методов организации ТО и TP имеет важное народнохозяйственное значение.

Стремление решить эту проблему вступает в противоречие с недостатком знаний о закономерностях процессов формирования информационных потоков, характеризующих условия эксплуатации (УЭ), изменения технического состояния мобильных машин (ТС ММ) и их связей с показателями эффективности СПВРС. Взаимосвязи информационных потоков в СПВРС с качеством функционирования парков мобильных машин (КФ ПММ) изучены недостаточно, отсутствуют какие-либо количественные характеристики оценочных показателей, слишком большое количество разнообразных факторов определяют положение дел в данной сфере и многие из них вступают в противоречие между собой.

Поэтому тема исследований, направленных на решение проблемы повышения работоспособности и в целом качества функционирования мобильных машин в структурах АПК на основе применения подсистемы ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта (СКОР) с использованием новых информационных технологий, является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.

Представленная работа выполнена в соответствии с планом решения отраслевой научно-технической программы на тему «Совершенствование организации и технологии технического сервиса парков машин в сельскохозяйственном производстве» (№ ГР 01982528752). Результаты работы также использованы при формировании региональной программы восстановления промышленного потенциала Забайкалья «Комплексное обеспечение качества продукции машиностроительного назначения Забайкальского региона». Работа явилась основой для выполнения госбюджетной темы Читинского государственного университета «Совершенствование систем технического обслуживания дорожно-строительных машин, эксплуатируемых в условиях холодного климата, с целью приближения их к фирменному обслуживанию» (№ ГР 01994356541) и разработки планов НИР ЧитГУ.

Для решения сформулированной проблемы в качестве рабочей гипотезы принято предположение о том, что существенное повышение работоспособности ММ в структурах АПК может быть достигнуто использованием подсистемы ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта, в которой основными связующими звеньями между уровнем работоспособности, условиями эксплуатации, динамически изменяющимся техническим состоянием и качеством функционирования мобильных машин являются организованные информационные потоки. Применение новых информационных технологий позволит реализовать принципы ситуационного реагирования СПВРС, что на основе учета динамики регистрируемых информационных процессов, отражающих причинно-следственные связи изменения ТС ММ и КФ ПММ с условиями их эксплуатации, приведет к повышению работоспособности ММ.

Цель исследований: обосновать эффективные методы и средства повышения работоспособности мобильных машин при эксплуатации в структурах АПК на основе применения подсистемы ситуационно-комбиниро-ванного обслуживания и ремонта.

Объект исследований. Процесс обеспечения работоспособности мобильных машин в структурах АПК на основе реализации принципов подсистемы ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта.

Предмет исследований. Закономерности, взаимосвязи, количественные характеристики и статистические оценки процесса изменения работоспособности мобильных машин в структурах АПК.

Методы исследований. Общая методология исследований основана на системном подходе. Иссследования проводились с использованием математического моделирования, математических методов теории вероятностей, численных методов математического анализа, исследования операций, теории надежности машин, логистики, дисперсионного и технико-экономического анализа, а также методов теории информации. При проведении экспериментальных исследований использовались методы длительных эксплуатационных испытаний на надежность, методы имитационного моделирования условий эксплуатации ММ и процессов изменения их технического состояния, а также технического обслуживания и ремонта ПММ. Обработка полученных экспериментальных данных осуществлялась при помощи вероятностных методов и методов математической статистики (корреляционный, регрессионный, кластерный и дис-криминантный методы анализа, а также анализ временных рядов). При этом использованы математические пакеты Mathcad 11 и Statistica 5.0.

Работа обобщает результаты многолетних исследований автора, выполненных в Читинском политехническом институте, Саратовском политехническом институте, Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете), Читинском государственном университете, Иркутском государственном техническом университете с 1977 по 2004 гг.

Исследования выполнялись в рамках научно-технических программ, связанных с повышением надежности сельскохозяйственной, автомобильной, строительной, дорожной техники; по темам, направленным на разработку более совершенных систем управления надежностью машин в эксплуатации, систем технического обслуживания и ремонта парков машин, на разработку систем поправочных коэффициентов к нормативам периодичности и трудоемкости обслуживания и ремонта машин, исполнителем, ответственным исполнителем или научным руководителем которых являлся автор. Основные из этих тем: per. № 01810011283, инв. № 02830045239; per. № 0183005658, инв. № 0286673432, выполненные при непосредственном участии автора под руководством проф. A.M. Шейнина; per. № 01822014450, инв. № 02850020078; per. № 01890017831, инв. № 02900015095, выполненные при научном руководстве автора.

Научную новизну представляют:

- методологические положения, включающие комплекс технологических процессов подсистемы ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта мобильных машин с информационным мониторингом условий эксплуатации и технического состояния ММ, оптимизируемый с использованием показателя качества функционирования;

- совокупность математических моделей мобильных машин, технологических и информационных процессов, используемая для оценки эффективности комплекса технологических процессов ТО и ремонта, применяемого для обеспечения работоспособного состояния парков мобильных машин;

- закономерности изменения плотностей информационных потоков и формирования динамических информационных полей, включающих параметры технического состояния и результаты диагностирования, зависящие от показателей условий эксплуатации, используемые для повышения работоспособности мобильных машин.

Практическая значимость работы заключается в повышении работоспособности мобильных машин применением принципов подсистемы ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта (СКОР), в основу разработки которых заложен комплекс информационных и технологических процессов, позволяющий сократить простои машин в ТО и ТР, снизить расход запасных частей, топлива, масел и других эксплуатационных материалов. Разработанные методические рекомендации способствуют повышению эффективности функционирования парков мобильных машин в структурах АПК.

Результаты исследований могут быть использованы директивными органами и структурами АПК при: организации эффективной технической эксплуатации парков мобильных машин, разработке технологии технического сервиса парков мобильных машин, проектировании и организации работы предприятий технического сервиса, разработке рекомендаций машиностроительным предприятиям по повышению контролепригодности и эксплуатационной надежности мобильных машин, а также вузами при организации учебного процесса подготовки инженеров-механиков и сервисных инженеров для сельскохозяйственного производства и других хозяйственных отраслей, использующих мобильную технику.

Реализация результатов работы. Материалы исследований одобрены Комитетом сельского хозяйства и продовольствия администрации Читинской области, внедрены в технической службе МУП ЧитарегионОПР и в РСТП При-аргунского района Читинской области, а также в ряде эксплуатационных предприятий ГУП «Читинские автомобильные дороги». Результаты исследований приняты к внедрению Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на автотранспортном факультете Читинского государственного университета.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и получили одобрение на 5 - 7-й (1979 - 1981 гг.), 12 - 16-й (1985 - 1990 гг.) научно-технических конференциях Читинского политехнического института, обсуждались на 38-й (1978 г.) научно-технической конференции Саратовского политехнического института, на 41-й (1983 г.) и на 42-й (1984 г.) научно-исследовательских конференциях Московского автомобильно-дорожного института (МАДИ), где также были одобрены. В 1986 г. материалы исследований были доложены на VI Республиканской конференции по качеству Минавтодо-ра РСФСР в г. Верхний Уфалей, Свердловской области. Результаты исследований рассмотрены и одобрены на 18 - 24-й научно-технических конференциях ЧитПИ, ЧитГТУ, ЧитГУ; на международных конференциях: «АГРОИНФО -2003», РАСХН. Сиб. отд-ние. - Новосибирск, 22 - 23 октября 2003 г.; X Международная научно-практическая, ВлГУ, г. Владимир, 27-29 мая 2004 г.; на конференциях государственного и регионального уровней: Вторая межрегиональная научно-практическая конференция, ЧитГТУ, г. Чита, 5-6 декабря 2002 г.; Третья межрегиональная научно-практическая конференция, ЧитГУ, г. Чита, 23 - 24 октября 2003 г.; Межрегиональная научно-техническая конференция, БрГТУ, г. Братск, 19-23 апреля 2004 г.; 1У Межрегиональная научно-практическая конференция «Кулагинские чтения», ЧитГУ, г. Чита, 30 ноября -1 декабря 2004 г.; на заседаниях научно-технических советов: Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия; Комитета сельского хозяйства и продовольствия администрации Читинской области; на заседаниях ученых советов: ЧитГУ, Читинского аграрного института (филиала Ир-ГСХА); на заседаниях кафедр: Автомобильного транспорта и Строительные и дорожные машины ЧитГУ, Эксплуатации МТП и Ремонта машин ИрГСХА, Автомобильного транспорта ИрГТУ; на научных семинарах МАДИ, СибАДИ, ИрГТУ, ИрГСХА, БГСХА, ЧитГУ.

Публикации. По результатам исследований опубликовано около 40 работ общим объемом 54 п.л., в том числе монография (14,3 п.л.), два учебных пособия (5,54 и 6,85 п.л.) с грифом ДВ РУМЦ по инженерному образованию, методические рекомендации (2,8 п.л.) для практического применения СКОР ПММ с использованием результатов исследований.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 393 страницы машинописного текста, 83 рисунка и 38 таблиц. Библиография состоит из 447 наименований (включая труды автора). В приложениях приведены документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований и расчетно-информационные материалы.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве», Озорнин, Сергей Петрович

1. Работоспособность мобильных машин в структурах АПК изменяется под воздействием природно-климатических, технических, эксплуатационно технологических, производственных, организационно-экономических факто ров. В результате анализа ранее выполненных исследований выявлено, что тра диционные системы и стратегии ТО и ремонта не в полной мере обеспечивают работоспособность ПММ и имеют затратный характер реализации. Коэффици енты технического использования мобильных машин остаются на низком уров не (Кти 0,55... 0,65), не обеспечивается соблюдение сроков выполнения поле вых работ, растут потери (до 15... 25 %) сельскохозяйственной продукции.Структурно-весовой анализ целереализующих систем показал, что при ограниченных обп^их ресурсах наибольшее влияние на генеральную цель АПК страны - эффективное производство сельскохозяйственной продукции имеет подсистема организации ТО и ремонта мобильных машин, вес которой состав ляет 28,5 %, а достижение цели повышения работоспособности ММ в 20 % случаев определяется информационным обеспечением процессов управления техническим состоянием машин. Поэтому формируемый в структурах АПК рынок услуг технического сервиса должен быть ориентирован на использова ние различных альтернатив с учетом природно-климатических и производст венно-экономических условий эксплуатации мобильных машин, которые должны отслеживаться и анализироваться с использованием информационного мониторинга.2. Обоснован комплексный показатель качества функционирования пар ков MM(KITK<S}j/^^i^-^max), объективно отражающий взаимодействие и значи мость факторов условий эксплуатации, изменения технического состояния ММ и величины затрат на реализацию комплекса информационных и технологиче ских процессов ТО и ремонта, позволяющий оптимизировать периодичность контрольных и профилактических воздействий по парку ММ, что дает возмож ность, с учетом возникающих ситуаций, поддерживать работоспособность ПММ на уровне Кти- 0,78... 0,85, приводит к снижению затрат на обеспечение работоспособности ММ на 20,.. 25 %.3. Разработаны методологические положения, включающие комплекс ин формационных и технологических процессов подсистемы ситуационно комбинированного обслуживания и ремонта ММ, содержащий функциональ ные, математические, имитационные модели, а также методику оптимизации периодичности контрольных и профилактических воздействий по парку ММ с использованием комплексного показателя качества фуцнкционирования, позво ляющие повысить работоспособность ММ на основе системного подхода к ре шению проблемы. Своевременное реагирование на изменение условий эксплуа тации и технического состояния ММ приводит к повышению работоспособно сти ПММ до уровня вероятности безотказной работы P(t) - 0,75... 0,80.4. Разработана совокупность математических моделей ММ и оптимиза ции параметров комплекса технологических процессов подсистемы СКОР ММ, позволяющая не только анализировать, но и прогнозировать изменение техни ческого состояния ММ в эксплуатации, определять потребность в технических воздействиях с оптимизацией параметров функционирования подсистемы СКОР для обеспечения заданного уровня работоспособности ПММ. Установ лено, что характер снижения работоспособности ММ наиболее адекватно и полно отражается экспоненциальным законом. Определено, что для каждого из четырех периодов эксплуатации ММ параметр экспоненциального закона «, = Я имеет свое значение. При этом принято, что параметр Я является средним зна чением случайной функции потери работоспособности отдельных ММ на дан ном периоде их эксплуатации. Значения параметра Я для наиболее распростра ненных марок ММ находятся в пределах 0,197... 0,245.5. Обосновано применение процессов информационного мониторинга ус ловий эксплуатации и изменения технического состояния ММ, включающих методики сбора, обработки, анализа и накопления необходимой для реализации принципов ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта информации, позволяющих формировать локальные и объединенную базы данных тех нической эксплуатации ММ, использование которых существенно повышает эффективность процессов управления работоспособностью парков ММ. Коэф фициент готовности EDVIM при этом увеличивается на 10... 15 %.6. Оценено влияние изменения технико-эксплуатационных показателей (ТЭП) на качество функционирования ММ, что позволило выполнить анализ технико-экономических показателей функционирования ПММ и определить технический J/"^''" и экономический J/^ индексы жесткости условий эксплуата ции, которые дают возможность интегрального оценивания технико экономических ситуаций эксплуатации парков ММ относительно выбранных временного интервала и качества функционирования. Их численные значения находятся в пределах: J.'"^ "^ = 0,375... 3,750; У,^ = 0,25... 2,00, что говорит о зна чительном разбросе воздействия случайных факторов на уровень работоспо собности ПММ. Определены предельно допустимые численные значения ком плексного показателя качества функционирования ПММ, которые находятся в пределах 1,5... 13,5 мото-ч/руб., что свидетельствует о потенциальных воз можностях реализации комплекса технических воздействий подсистемы СКОР для повышения работоспособности ПММ.

7. Предложена методика кластеризации информационных потоков техни ческой эксплуатации ММ, представляющая собой динамическое «сжатие» ин формации с уменьшением ее объема в 4... 5 раз без ущерба для антиэнтропий ности, позволяющая формировать динамические информационные поля со стояний среды эксплуатации ММ и использовать их для повышения эффектив ности управления работоспособностью ПММ. Установлено, что максимальной плотностью обладают информационные потоки, возникающие в ситуациях, связанных с отказами ММ, эксплуатируемых в жестких условиях с j . ' " ^ ^ " > 3, при этом в локальной области динамического информационного поля заявок на ТО и ТР возникает максимальная напряженность (кластерный скачок).Комплексы технических средств информационного мониторинга и технологических средств, являющиеся необходимыми структурными элементами РСТП, позволяют реализовать преимущества технологических процессов подсистемы СКОР для повышения работоспособности ПММ на обслуживаемой РСТП территории. Это приводит к снижению затрат на обеспечение работоспособности ПММ на 20... 25 %. Затраты на запасные части и эксплуатационные материалы сокращаются при этом на 15... 25 %.8. С помощью экспертных оценок конструктивных, технологических и эксплуатационных параметров обоснованы состав, структура и технология использования комплекса технических средств информационного монито ринга условий эксплуатации и технического состояния мобильных машин, предназначенного для своевременного и качественного формирования, регистрации и обработки информационных потоков, образующих динамические информационные поля заявок на выполнение ТО и ремонта ММ. Суммарные затраты на приобретение и установку рационального комплекса технических средств информационного мониторинга в РСТП составляют около

1,5 млн руб.; сельскими товаропроизводителями обслуживаемого РСТП района использование этого комплекса позволяет получить дополнительную прибыль в размере 2... 5 мня руб. в год.9. Разработана методика реализации комплекса технологических процессов подсистемы СКОР ММ, что привело к повышению эффективности процессов выработки и принятия управленческих решений с целью обеспечения работоспособности ММ в условиях функционирования РСТП, при этом время, затрачиваемое на выработку и принятие управленческих решений, сокращается в 2.. . 3 раза.Подсистема СКОР представлена в виде организованного адаптивного множества формально-аналитических, технических и программных средств, воспринимающих входные информационные, материальные и энергетические потоки, преобразующих их под воздействием живого труда производственного персонала в совокупность услуг технического сервиса, реализация которых позволяет повысить эффективность существующей системы поддержания и вос становления работоспособного состояния ММ в структурах АПК на 22... 28 %, что приводит к повышению работоспособности ПММ до уровня Кти 0,78...0,85. При этом на 14... 22 % возрастает периодичность выполнения плановых ТО, что позволяет снизить затраты на эксплуатационные материалы на 10...15 % и сократить количество отказов ММ в наиболее напряженные периоды их эксплуатации.10. Оценка эффективности реализации основных результатов исследова ний позволила установить, что в отличие от стратегий традиционной системы ТО и ремонта машин подсистема СКОР является ресурсосберегающей и приво дит к повышению качества функционирования ПММ. Затраты на запасные час ти и эксплуатационные материалы сокращаются на 15... 25 %, комплексный показатель качества функционирования ММ увеличивается до 11,5... 15,5 мо то-ч/руб. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке трех отраслевых программ, одобрены Комитетом сельского хозяйства и продовольствия администрации Читинской области, внедрены в трех районах Читинской области, приняты к внедрению Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия.Разработаны и опубликованы методические рекомендации по реализации результатов исследования в практической деятельности региональных структур АПК. Их использование в производстве приводит к повышению уровня работоспособности ПММ до Кти= 0,78... 0,85, росту качества функциониро вания ПММ, сокращению простоев мобильных машин по техническим причинам на 20... 25 % , С учетом этого годовой экономический эффект составил по трем районам Читинской области 33,1 млн/туб. Ожидаемый годовой экономический эффект в расчете на парк ММ Читинской области составляет 215,1 мяпруб. В расчете на парк ММ Республики Бурятия ожидаемый годовой экономический эффект составил 228,92 млн/туб.