Оценка надежности и техническое перевооружение технологической линии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА КУРСОВОЙ РАБОТЫ

по дисциплине: "Надежность технологических линий"

на тему: "Оценка надежности и техническое перевооружение технологической линии"



Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Построение эквивалентной структурно-логической схемы линии

3. Расчет показателей надежности технологической линии

4. Расчет коэффициента готовности объекта

5. Расчет коэффициента готовности при последовательном соединении объектов

6. Расчет коэффициента производительности системы

7. Техническая модернизация технологической линии

8. Расчет показателей надежности соединений с резервом

9. Расчет показателей надежности при последовательном соединении объектов с промежуточным бункером-накопителем

10. Подбор вариантов технологического перевооружения линии

11. Расчет экономического эффекта от технической модернизации

12. Выбор оптимального варианта технического перевооружения технологической линии

Список использованных источников



Введение

Совершенствование строительного производства, индустриализация строительства вызывают существенное усложнение управления этой отраслью народного хозяйства.

Номенклатура строительных изделий чрезвычайно велика: материалы, детали, конструкции. Это обуславливает большое разнообразие технологических линий и, соответственно, машин и оборудования, входящих в эти комплексы.

Для получения требуемой эксплуатационной производительности технологической линии необходимо при заданной технологической производительности обеспечить достаточную надежность комплексов машин и оборудования.

Для решения поставленной задачи в лаборатории Управления надежностью Ростовского инженерно-строительного института была разработана система управления заводами строительной индустрии [1, 2, 3], основанная на принципах системного анализа, как на самом мощном инструменте управления производством.

Система имеет четыре уровня управления, каждый из которых также представляет собой систему (подсистему).

На первом (нижнем) уровне находится подсистема управления запасами, на втором - две подсистемы: управления технологической производительностью технологической линии и управления надежностью и эксплуатационной производительностью линии. На третьем уровне - управление всем заводом. На четвертом уровне осуществляется управление запасами строительной базы.

В рамках данной курсовой работы решаются задачи второго уровня управления.

Развитие индустриализации строительства потребовало совершенствования методов определения надежности и эксплуатационной производительности всей технологической линии, исходя из надежности и производительности отдельных машин. Для этого лабораторией Управления надежностью РИСИ была разработана соответствующая модель. В течение ряда лет лаборатория проводила наблюдения за работой технологической линии предприятий стройиндустрии, в результате чего был собран богатый материал о надежности и линии в целом, а разработанная модель получила практическое подтверждение.

Целью данной работы является определение надежности и эксплуатационной производительности технологической линии предприятия стройиндустрии и подбор оптимального варианта её технического перевооружения.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Построить эквивалентную структурно-логическую схему технологической линии.

2. Определить коэффициент готовности и коэффициент производительности технологической линии.

3. Подобрать варианты технологической модернизации линии.

4. Определить коэффициент готовности и коэффициент производительности для каждого из выбранных вариантов модернизации линии.

5. Рассчитать экономический эффект для каждого из выбранных вариантов модернизации линии и выбрать оптимальный вариант технической модернизации технологической линии.



1. Исходные данные

Рассчитать в соответствии с заданием показатели надежности технологической линии по производству плит перекрытия с напрягаемой арматурой конвейерным способом при часовой производительности 9 м ³/ч.

Первичная информация о надежности представлена в табл. 1.

Структурно-логическая схема технологической линии изображена на рис. 1.

Таблица 1. Средняя наработка на отказ и среднее время восстановления технологической линии по изготовлению плит перекрытия конвейерным способом

№ п/п	Наименование оборудования	Т, ч	Тв, ч
1	Станок для гибки сеток	52	1,5
2	Пила для резки трением	43	1
3	Машина для высадки головок	39	1,5
4	Станок для вертикального сверления	120	0,5
5	Пресс кривошипный	52	3
6	Бетоноукладчик	61	1
7	Подъемник с цепным толкателем	72	3
8	Установка для нагрева стержней	110	0,3
9	Установка для нагрева стержней	110	0,3
10	Машина с заглаживающим валиком	93	0,5
11	Затирочная машина	79	0,4
12	Снижатель с цепным толкателем	49	2
13	Кран мостовой	60	2
14	Кран мостовой	65	1,2
15	Тележка механическая	91	1,5
16	Кран башенный	70	1,3
17	Бетонораздатчик	82	1,4
18	БСЦ	74	2

2. Построение эквивалентной структурно-логической схемы линии

Технологическая линия может быть представлена в виде схемы, которая является математической моделью надежности технологической линии как системы.

По структурной классификации технических систем технологические линии по производству строительных материалов представляю собой последовательные системы, но некоторые из подсистем могут содержать различные виды резервирования (параллельное соединение, нагруженный, ненагруженный, облегченный, временной резерв).

Объект в такой системе определяется исходя из его функции в технологической линии и влияния данного объекта на надежность системы в целом. Чаще всего объект - это единица технологического оборудования, такая как кран, станок, форма или бетоносмеситель. В качестве объекта может быть выбрана целая подсистема - бетоносмесительный цех, арматурный цех, склад готовой продукции и т.п.

Связи между объектами отражают технологическую последовательность выполнения объектами (оборудованием) присущих им функций. Связи устанавливаются с учетом их влияния на надежность системы. Функциональные связи, не влияющие на надежность, на схеме не отражаются.

Структурная схема системы состоит из кругов, изображающих объекты (подсистемы), и стрелок, соединяющих выходы и входы объектов согласно связям между объектами в системе.

Все объекты на схеме нумеруются. Нумерация объектов расшифровывается в таблице первичной информации о надежности. Номер объекта не влияет на его надежность и надежность системы в целом, но номер следует учитывать при дальнейших преобразованиях структурно-логической схемы и при модернизации линии, так как за каждым номером стоит объект с определенными технологическими характеристиками и показателями надежности.

Типовым узлом называется такое соединение объектов в системе, которое имеет смысл объединить в подсистему для упрощения структуры всей схемы.

Типовыми узлами могут быть: параллельной соединение, соединение с резервом, последовательное соединение внутри параллельного или функционально обособленное от основного соединения.

Подсистема, полученная в результате объединения объектов типового узла, обозначается на схеме кругом с соответствующими номерами или буквой. Информация об объектах, включенных в подсистемы, выносится в таблицу типовых узлов.

Эквивалентная структурно-логическая схема получается из заданной путем последовательного объединения объектов в типовых узлах на подсистемы.

Последовательность объединения объектов типовых узлов в подсистемы и их размещение в общей структуре технологической линии отражается на последовательности вычисления показателей надежности типовых узлов и системы в целом.

На структурно-логической схеме преобразуются два типовых узла: объекты 8, 9 (установки для нагрева стержней) и объекты 13, 14 (мостовые краны). Очевидно, что установки работают параллельно, при отказе одного из них линия продолжит работу, но с меньшей производительностью. В пояснительной записке изображается типовой узел и эквивалентный ему объект, как показано на рис. 2 (аналогично для объектов 13, 14).

Объект 18 (БСЦ) технологически работает параллельно с объектами 1, 2, 3, 4, 5, но при отказе объекта 18 производство плит невозможно, следовательно, с точки зрения надежности БСЦ можно разместить последовательно в общей схеме технологической линии. Объект 18 можно поставить до объекта 1 или после объекта 5, для последующего вычисления коэффициента готовности это не имеет значения.

Эквивалентная структурно-логическая схема линии по производству стеновых панелей представлена на рис. 3.

Рис. 2. Обозначение типовых узлов на исходной схеме (а) и на эквивалентной схеме (б)

3. Расчет показателей надежности технологической линии

При расчете показателей надежности технологической линии используются следующие обозначения: Т_i - средняя наработка на отказ i-го объекта; Т_вi - среднее время восстановления i-го объекта; К_гi - коэффициент готовности i-го объекта; П_i - техническая производительность i-го объекта, м ³/ч; Т - средняя наработка на отказ системы; Т_в - среднее время восстановления системы; К_г - коэффициент готовности системы.

При вычислении показателей надежности подсистемы рекомендуется добавлять к обозначению индексы, соответствующие обозначению подсистемы.

Для определения коэффициента готовности всей технологической линии необходимо:

1. Определить коэффициент готовности каждого объекта системы по исходной структурно-логической схеме.

2. Определить коэффициенты готовности последовательно для всех типовых узлов, выделенных на структурно-логической схеме.

3. Определить коэффициент готовности всей системы по эквивалентной структурно-логической схеме.

4. Расчет коэффициента готовности объекта

Коэффициент готовности объекта К_гi определяется по формуле:

.

Значения Т_i и Т_вi приведены в таблице исходной информации о надежности. Результаты вычислений занесены в табл. 2.

Таблица 2. Результаты вычислений коэффициентов готовности объектов технологической линии по производству плит перекрытия конвейерным способом

№ п/п	Наименование оборудования	Т, ч	Тв, ч	Кгi
1	Станок для гибки сеток	52	1,5	0,971963
2	Пила для резки трением	43	1	0,977273
3	Машина для высадки головок	39	1,5	0,962963
4	Станок для вертикального сверления	120	0,5	0,995851
5	Пресс кривошипный	52	3	0,945455
6	Бетоноукладчик	61	1	0,983871
7	Подъемник с цепным толкателем	72	3	0,960000
8	Установка для нагрева стержней	110	0,3	0,997280
9	Установка для нагрева стержней	110	0,3	0,997280
10	Машина с заглаживающим валиком	93	0,5	0,994652
11	Затирочная машина	79	0,4	0,994962
12	Снижатель с цепным толкателем	49	2	0,960784
13	Кран мостовой	60	2	0,967742
14	Кран мостовой	65	1,2	0,981873
15	Тележка механическая	91	1,5	0,983784
16	Кран башенный	70	1,3	0,981767
17	Бетонораздатчик	82	1,4	0,983213
18	БСЦ	74	2	0,973684

При параллельном соединении объектов система отказывает только при отказе всех объектов. При отказе одного объекта падает производительность, но отказ системы не наступает.

Рассмотрим систему из n параллельно соединенных объектов.

Если нет другой информации о производительности объектов, П_i определяются как n - я часть технической производительности параллельной системы П_сист:

.

Коэффициент готовности параллельного соединения К_г(1-n) определяется по формуле:

. (1)

Необходимо определить коэффициенты готовности параллельных соединений из двух объектов К_г(8-9) и К_г(13-14) по формуле (1).

Можно принять, что объекты имеют одинаковую часовую производительность . Результаты вычислений представлены в табл. 3.

Таблица 3. Результаты вычислений коэффициента готовности параллельных соединений

№ п/п	Наименование оборудования	Т, ч	Тв, ч	Кгi	Кг пар. соед.
8	Установка для нагрева стержней	110	0,3	0,997280	0,997280
9	Установка для нагрева стержней	110	0,3	0,997280
13	Кран мостовой	60	2	0,967742	0,974800
14	Кран мостовой	65	1,2	0,981873

5. Расчет коэффициента готовности при последовательном соединении объектов

Последовательное соединение объектов характерно, например, для конвейерного производства.

Предположим, что при отказе одного объекта, остальные отключаются. С момента восстановления система начинает работать так, как если бы восстановление произошло мгновенно.

Можно определить коэффициент готовности последовательной системы через коэффициенты готовности объектов:

. (2)

Определить коэффициент готовности технологической линии необходимо по формуле (2) для всех объектов, включенных в эквивалентную схему (рис. 3). Вместо двух коэффициентов готовности объектов 8,9 и 13,14 используется один коэффициент готовности подсистемы (8-9) и подсистемы (13-14). перевооружение технологическая надежность производительность

Коэффициент готовности линии:

.

6. Расчет коэффициента производительности системы

Коэффициент производительности технологической линии К_П учитывает все факторы, снижающие техническую производительность, как простои из-за отказов оборудования, так и простои по организационным причинам. Технические и организационные причины являются независимыми факторами.

Коэффициент готовности К_г характеризует технические причины снижения производительности линии.

Коэффициент организационной готовности К_орг характеризует уровень организации производства на предприятии и представляет собой вероятность того, что производство окажется подготовленным к выполнению технических процессов.

Значение К_орг должно быть не менее 0,97, т.е. простои по организационным причинам должны занимать не более 3 % рабочего времени.

Учитывая, что и техническая, и организационная причины вызывают остановку производства и являются независимыми друг от друга, рассмотрим эти два фактора как объекты одной последовательной системы. Тогда коэффициент производительности линии можно найти по аналогии с коэффициентом готовности системы:

.

Можно считать технологическую линию эффективной, если коэффициент производительности К_П не меньше 0,95.

Коэффициент производительности технологической линии по производству плит перекрытия:

.

Так как коэффициент производительности линии К_П меньше 0,95, то технологическую линию по производству стеновых панелей можно считать неэффективной и требующей технической модернизации.

7. Техническая модернизация технологической линии

Технологическая линия нуждается в технической модернизации, если её коэффициент производительности ниже 0,95.

Техническая модернизация для повышения надежности линии может осуществляться различными путями.

1. В случае морального износа оборудования может быть предпринята попытка замены оборудования новыми моделями. Коэффициент готовности нового объекта следует принять равным 0.99.

2. Если имеются свободные площади, может быть установлено резервное оборудование. Резерв может быть как нагруженный, так и не нагруженный. Резервная группа может состоять из нового оборудования или "б/у".

3. Если позволяет технология производства, может быть установлен бункер-накопитель. Это самые дешевый способ повышения надежности линии.

При модернизации можно использовать несколько способов одновременно. Для каждого варианта модернизации строят новую структурно-логическую схему, рассчитывают коэффициент готовности системы, коэффициент производительности и затем экономический эффект от модернизации. Оптимального вариант технического перевооружения соответствует максимальному экономическому эффекту.

8. Расчет показателей надежности соединений с резервом

В зависимости от того, в каком состоянии находятся резервные объекты до их включения в работу, резерв подразделяют на нагруженный, облегченный и не нагруженный резерв.

Показатели надежности соединения с нагруженным резервом рассчитываются также, как и при параллельном соединении.

Ненагруженный резерв используется на предприятиях стройиндустрии в ограниченном количестве. Обычно резервная группа состоит из двух объектов: основного и резервного. Увеличение количества резервных объектов экономически и технологически не целесообразно.

Для резервной системы коэффициент готовности определяется по формуле:

(3).

9. Расчет показателей надежности при последовательном соединении объектов с промежуточным бункером-накопителем

Примером бункера-накопителя могут быть бункеры запаса бетоносмесительного отделения, промежуточные склады арматуры у постов формовки и т.п. При отказе объекта подсистемы (1…m), предшествующей бункеру-накопителю система продолжает работу за счет накопителя.

При выходе из строя одного из объектов подсистемы (m+1…n), следующей за накопителем, производительность системы равна нулю, а группа (1…m) работает в накопитель (рис. 4).

Рис. 4. Схема с бункером - накопителем

Объем накопителя V_н определяется из требуемого времени t_рн работы его до полного опорожнения при степени заполнения накопителя =1:

,

где П_сист - техническая производительность технологического участка, м ³/ч.

Время работы накопителя t_рн определяется исходя из следующих соображений:

· учитываются технологические требования допустимой продолжительности хранения материалов или полуфабрикатов в бункере-накопителе;

· принимаются во внимание допустимые геометрические параметры накопителя;

· ограничением для t_рн является максимальное время восстановления:

среди объектов на участке перед накопителем: t_рн ? Т_вmax.

Исходя из значений времени работы накопителя и максимального времени восстановления, определяется коэффициент снижения влияния объектов, предшествующих накопителю:

.

Коэффициент готовности последовательной системы с бункером-накопителем К_г определяется по формуле:

.

Полученное значение коэффициента готовности соединения с бункером-накопителем является приближенным, так как не учитывает надежность самого бункера.

10. Подбор вариантов технологического перевооружения линии

Первый вариант технологического перевооружения линии:

1. Установим резервное оборудование на объекты 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, купив б/у оборудование.

Повысим К_орг до 0.98.

Структурно-логическая схема изображена на рис. 5.

Рассмотрим установку резервного оборудования. Резервные группы изображены на схеме, как показано на рис. 7. Эквивалентная структурно-логическая схема изображена на рис. 8.

Предполагая, что в резерв установлено оборудование с такими показателями надежности, как и у основного, определяем коэффициент готовности резервной группа по формуле (3). В расчетах коэффициент готовности б/у оборудования принимаем равным коэффициенту готовности нашего оборудования. Результаты вычислений коэффициентов готовности объектов и резервных групп занесены в табл. 4.

Таблица 4. Результаты вычислений коэффициентов готовности объектов и резервных групп технологической линии по производству плит перекрытия для первого способа модернизации

№ п/п	Наименование оборудования	Кгi	Кг пар.соед.	Кг рез.гр.
1	Станок для гибки сеток	0,971963		0,999597
2	Пила для резки трением	0,977273		0,999736
3	Машина для высадки головок	0,962963		0,999290
4	Станок для вертикального сверления	0,995851		0,999992
5	Пресс кривошипный	0,945455		0,998432
6	Бетоноукладчик	0,983871		0,999868
7	Подъемник с цепным толкателем	0,960000		0,999167
8	Установка для нагрева стержней	0,997280	0,997280	0,999996
9	Установка для нагрева стержней	0,997280
10	Машина с заглаживающим валиком	0,994652		0,999986
11	Затирочная машина	0,994962		0,999987
12	Снижатель с цепным толкателем	0,960784		0,999201
13	Кран мостовой	0,967742	0,974800	0,999674
14	Кран мостовой	0,981873
15	Тележка механическая	0,983784		0,999867
16	Кран башенный	0,981767		0,999831
17	Бетонораздатчик	0,983213		0,999856
18	БСЦ	0,973684

Коэффициент готовности линии:

.

Коэффициент производительности технологической линии по производству плит перекрытия:

.

Второй вариант технологического перевооружения линии.

1. Разместим бункер-накопитель после пресса кривошипного (5) на 3 часа.

2. Установим резервное оборудование на объекты 6, 7, 8, 9, 10,

11,12,13,14,15,16,17, купив б/у оборудование.

3. Повысим К_орг до 0,98.

Структурно-логическая схема изображена на рис. 9.

Рассмотрим установку резервного оборудования. Резервные группы изображены на схеме, как показано на рис. 11. Эквивалентная структурно-логическая схема изображена на рис. 12.

Предполагая, что в резерв установлено оборудование с такими показателями надежности, как и у основного, определяем коэффициент готовности резервной группа по формуле (3). В расчетах коэффициент готовности б/у оборудования принимаем равным коэффициенту готовности нашего оборудования. Результаты вычислений коэффициентов готовности объектов и резервных групп занесены в табл. 5.

Таблица 5. Результаты вычислений коэффициентов готовности объектов и резервных групп технологической линии по производству плит перекрытия для второго способа модернизации

№ п/п	Наименование оборудования	Кгi	Кпар.соед.	Крез.гр.
1	2	3	4	5
1	Станок для гибки сеток	0,971963
2	Пила для резки трением	0,977273
3	Машина для высадки головок	0,962963
4	Станок для вертикального сверления	0,995851
5	Пресс кривошипный	0,945455
6	Бетоноукладчик	0,983871		0,999868
7	Подъемник с цепным толкателем	0,960000		0,999167
8	Установка для нагрева стержней	0,997280	0,997280	0,999996
9	Установка для нагрева стержней	0,997280
10	Машина с заглаживающим валиком	0,994652		0,999986
11	Затирочная машина	0,994962		0,999987
12	Снижатель с цепным толкателем	0,960784		0,999201
13	Кран мостовой	0,967742	0,974800	0,999674
14	Кран мостовой	0,981873
15	Тележка механическая	0,983784		0,999867
16	Кран башенный	0,981767		0,999831
17	Бетонораздатчик	0,983213		0,999856
18	БСЦ	0,973684

Рассмотрим размещение бункера-накопителя после пресса кривошипного:

Выберем t_рн =3 ч.

Тогда .

Коэффициент готовности линии с бункером-накопителем:

.

Коэффициент производительности технологической линии по производству плит перекрытия.

.

11. Расчет экономического эффекта от технической модернизации

Для первого варианта модернизации. Годовая эксплуатационная производительность технологической линии вычисляется по формуле:

,

где П_Т - техническая производительность линии, м ³/ч; Т_ГРВ - годовой фонд рабочего времени.

Можно принять Т_ГРВ = 4160 ч = 52 недели· 5 дней· 8 часов· 2 смены.

Стоимость произведенной за год продукции:

,

где Ц - стоимость 1 м ³ продукции, р./м ³.

Экономический эффект от проведенной модернизации Э можно определить как разницу между стоимостью произведенной продукции на модернизированной линии С_м и на исходной линии С_исх с учетом затрат на модернизацию З_м:

.

Годовая эксплуатационная производительность технологической линии:

м ³.

Стоимость продукции составляет 7885 р./м ³ [7].

Стоимость произведенной за год продукции:

р.

Годовая эксплуатационная производительность технологической линии после модернизации:

м ³.

Стоимость произведенной за год продукции на модернизированной линии:

р.

Рассчитаем затраты на модернизацию, при условии, что подъемник с цепным толкателем стоит 150000 р., снижатель с цепным толкателем стоит 150000 р. и пила для резки трением стоит 100000 р. Стоимость на б/у оборудование принимаем, как 50 % от стоимости на новое [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].

З_м=25000+100000+225000+54000+624000+258000+150000+177500+177500+64000+183000+150000+5555000+5555000+71000+1900000+295000=

=15564000 р.

Экономический эффект от проведенной модернизации:

р.

Для второго варианта модернизации. Годовая эксплуатационная производительность технологической линии:

м³.

Стоимость продукции составляет 7885 р./м ³ [7].

Стоимость произведенной за год продукции:

р.

Годовая эксплуатационная производительность технологической линии после модернизации:

м³.

Стоимость произведенной за год продукции на модернизированной линии:

р.

Рассчитаем затраты на модернизацию, при условии, что подъемник с цепным толкателем стоит 150000 р., снижатель с цепным толкателем стоит 150000 р. и пила для резки трением стоит 100000 р., стоимость на б/у оборудование принимаем как 50 % от стоимости на новое [12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]

З_м=258000+150000+177500+177500+64000+183000+150000+5555000+

+5555000+71000+1900000+295000=14536000 р.

Экономический эффект от проведенной модернизации:

р.

12. Выбор оптимального варианта технического перевооружения технологической линии

Оптимальный вариант модернизации соответствует максимальному значению экономического эффекта:

.

Следовательно, выбираем второй вариант модернизации.

Рассчитав два варианта модернизации одной и той же технологический линии, мы можем сделать вывод, что второй способ с добавлением бункера-накопителя предпочтительней первого, т.к. его экономический эффект выше на 1028000 р.



Список использованных источников

1. Беленький Д.М. и др. Система управления надёжностью работы и производительностью заводов стройиндустрии// Надежность строительных машин и оборудования предприятий промышленности строительных материалов. - Ростов-на-Дону: РИСИ, 2010. - с. 3-13.

2. Коноплёв В.И. система управления надежностью и производительностью технологических линий заводов стройиндустрии// Надежность строительных машин и оборудования предприятий промышленности строительных материалов. - Ростов-на-Дону: РИСИ, 2011. - с. 5-9.

3. Тодер И.Э. Исследование моделей надежности технологических комплексов предприятий строительной индустрии// Надежность строительных машин. Вып. 7. - Ростов-на-Дону: РИСИ, 2009. - с. 120-131.

4. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине "Надежность технологических линий" для специальности "Механизация и автоматизация строительства". - Ростов-на-Дону: Рост. Гос. Строит. Ун-т, 2011. - 15 с.

5. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине "Надежность технологических линий" для специальности "Механизация и автоматизация строительства". - Ростов-на-Дону: Рост. Гос. Строит. Ун-т, 2009. -24 с.

6. Роговенко Т.Н. Методические указания для выполнения курсовой работы по надежности технологических линий для специальности 270113. Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун. -т, 2014. 16 с.

Размещено на Allbest.ru