Оптимизация стратегии технического обслуживания и ремонта

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Затраты труда и средств на поддержание и восстановление работоспособности машин за весь срок службы могут во много раз превышают затраты не их изготовление. Большой экономический ущерб экономике наносит длительное нахождение изделий в неработоспособном состоянии в связи с их техническим обслуживанием, плановым и неплановым ремонтом. В последние годы наряду с экономическим аспектом этой проблемы все большее значение приобретает аспект социальный, так как в силу ряда демографических факторов резко сократился приток работоспособного населения. В результате сложившейся ситуации со всей остротой встала задача экономии и более рационального использования трудовых ресурсов, в частности, на ремонтных работах. Аналогичная ситуация наблюдается и за рубежом. В настоящее время техническое обслуживание приняло огромные масштабы и стало самостоятельной отраслью экономики, в которой заняты сотни тысяч и миллионы рабочих и инженерно-технических работников. Таким образом, проблема технического обслуживания и ремонта приобрела во всем мире чрезвычайно важное значение, а в пределах нашей страны ее можно рассматривать как проблему государственную. Уровень эффективности использования изделий по назначению, в том числе затраты на их техническое обслуживание и ремонт, в значительной степени определяются выбранной стратегией обслуживания и ремонта, т.е. системой правил, по которым осуществляется управление их техническим состоянием, принимается решение о моменте начала и объеме операций обслуживания и ремонта всех видов. Цель данной работы - обобщение и систематизация результатов исследований в области оптимизации стратегии технического обслуживания и ремонта.



1. Анализ проблемы оценки технического состояния оборудования

1.1Модели технического обслуживания

1.1.1 Классификация моделей технического обслуживания

В зависимости от момента замены составных частей машин, модели технического обслуживания и ремонта можно классифицировать следующим образом:

1) модель типа "A", замена производится только по потребности;

2) модель типа "B", замена осуществляется в заранее запланированные моменты времени независимо от возраста используемых составных частей - при отказе составная часть заменяется по потребности;

3) модель типа "C", составная часть заменяется, когда ее возраст достигнет заданного - при отказе составная часть заменяется по потребности;

4) модель типа "D", составная часть заменяется, когда ее возраст достигнет заданного - при возникновении отказа машина простаивает до заранее запланированного момента начала технического обслуживания;

5) модель типа "E", составная часть заменяется, когда величина износа достигнет установленной величины - при отказе составная часть заменяется по потребности;

6) модель типа "F", контроль технического состояния машины осуществляется в заранее запланированные моменты времени и,если величина износа достигла установленной величины, составная часть заменяется - при отказе составная часть заменяется по потребности.

Приведенные модели рассматривались многими исследователями. [4,10,11,17,30] Полученные при этом формальные модели в ряде случаев существенно отличаются друг от друга.

В зависимости от момента начала выполнения технического обслуживания и ремонта и объема операций на основании ГОСТ 18322-78 "Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения" классификация моделей технического обслуживания и ремонта может иметь следующий вид:

1. Регламентные техническое обслуживание и ремонт, когда периодичность и объем работ, задаются в эксплуатационной документации на изделие и не зависят от его технического состояния.

2. Планово-предупредительные техническое обслуживание и ремонт, когда в эксплуатационной документации на изделие указываются периодичность выполнения технического обслуживания, ремонта и объем контрольных операций, а полный объем операций технического обслуживания и ремонта определяется техническим состоянием машины.

3.Техническое обслуживание и ремонт по состоянию, когда в эксплуатационной документации устанавливаются признаки, по которым определяется необходимость проведения требуемых работ. Частным случаем этой модели являются техническое обслуживание и ремонт по отказам, когда операции технического обслуживания и ремонта выполняются только после возникновения отказа изделия.

4. Комбинированные техническое обслуживание и ремонт, когда имеются различные сочетания перечисленных выше моделей.

1.1.2 Виды и исследование моделей технического обслуживания

Классификации видов, исследованиям и вопросам оптимизации моделей технического обслуживания и ремонта посвящено большое количество исследований. [6,10,15]

Модель "С", а также модификацию этой модели (модель "C_I"), по которой операции технического обслуживания проводятся периодически через определенную наработку, независимо от числа наблюдавшихся за это время отказов, рассматривали ряд исследователей. В качестве критериев оптимизации при этом использовались коэффициент готовности, удельные затраты на обслуживание и ремонт, а также другие показатели.

Для моделей "С" и "C_I" на основе критерия "коэффициент готовности" (при условии, что затраты на техническое обслуживание меньше затрат на устранение последствий отказов и не зависят от времени) в зависимости от соотношений среднего времени, затрачиваемого на техническое обслуживание и ремонт, имеются рекомендации по выбору предпочтительной модели технического обслуживания и ремонта, которые сводятся к следующему:

а) если и , то модель "С" предпочтительнее модели "C_I" (обслуживание по наработке),гдеТ и Т_n, - средняя продолжительность соответственно плановых операций и устранения последствий отказов; Т_m - средняя продолжительность минимального необходимого ремонта;

б) если и распределение времени безотказной работы нормальное, со средним значением , дисперсией и, то модель "С" также предпочтительней модели "C_I";

в) если , то не следует выполнять предупредительные работы (реализовать модель "А").

Модели типа "А", "С" и "C_I" рассмотрены в работе [2]. В ней предпринята попытка определить условия организации обслуживания сложных машин, при которых параметры, характеризующие качество их работы, принимают экстремальные значения. Описывается ряд моделей обслуживания машин как сложных систем. Приведены материалы исследования модели "C_I" для случаев, когда время самостоятельного проявления отказаслучайная величина. Представлены также модели обслуживания двух и более последовательно соединенных подсистем и модели обслуживания систем с резервированием.

Рассмотрим некоторые другие модели. Интересная модель технического обслуживания и ремонта предложена в работе [14]. Особенность ее заключается в необходимости учета того, что при перемонтаже оборудования машины затраты на плановые замены ее составных частей меньше затрат на замену этих же частей в процессе использования. технический обслуживание оптимизация машина

Из приведенного краткого перечня моделей технического обслуживания и ремонта видно, что они, как правило, учитывают два состояния обслуживаемого и ремонтируемого объектов: работоспособное и неработоспособное. При таком подходе существенно упрощается решение задачи оптимизации модели технического обслуживания и ремонта, но резко сужается область применения данной модели. Область применения модели значительно расширяется, если учитываются промежуточные состояния работоспособности изделия.

Следует подчеркнуть, что в основном исследовался дискретный процесс перехода составных частей машин из одного состояния в другое. Однако изменение технического состояния машин, эксплуатируемых в реальных условиях, представляет собой в большинстве случаев процесс непрерывный. В последствии появились работы, в которых анализируются модели, учитывающие непрерывный характер изменения технического состояния составных частей изделий. Именно этот аспект принимается во внимание при классификации моделей технического обслуживания и ремонта в зависимости от момента начала работ.

Специфическая особенность этих моделей состоит в том, что оптимизация их, как правило, сводится к оптимизации периодичности выполнения плановых операций технического обслуживания и ремонта. Рассмотрим некоторые, из этих моделей.

С практической точки зрения важны модели регламентированного технического обслуживания и регламентированного ремонта. Однако такие модели еще недостаточно изучены, хотя выполнен ряд серьезных исследований, связанных с определением периодичности операций регламентированных технического обслуживания и ремонта.

Наиболее широко распространена модель планово-предупредительных технического обслуживания и ремонта, для которых характерны сочетание операций обязательных (контрольных) и операций, необходимость проведения которых определяется техническим состоянием изделия по результатам контрольных операций, например: "проверить и при необходимости отрегулировать".

При обосновании периодичности плановых операций обслуживания и ремонта рекомендуется учитывать технические, экономические и технологические факторы.

В качестве критерия, учитывающего технические факторы, рекомендуется использовать резкое повышение интенсивности изнашивания деталей или безотказность изделия.

В качестве экономического - минимум затрат на все виды обслуживания и ремонта или максимум производительности изделия и в качестве критерия оптимизации периодичности плановых технического обслуживания и ремонта - коэффициент оперативной готовности,то есть вероятность того, что к началу работы изделие будет находиться в исправном состоянии и в течение определенного времени не откажет.

В ряде работ рассматриваются зависимость удельных затрат от времени работы аппаратуры и оптимизация периодичности по минимуму удельных затрат [7,13].

При оптимизации моделей технического обслуживания составных частей машин, разработке нормативов расхода запасных частей, затрат труда и т.п. возникает потребность в определении числа обслуживании (регулировок), замен отказавших деталей и так далее. Опубликовано несколько работ, посвященных решению выделенной задачи в следующей трактовке.

Предположим, что составная часть некоторого механического изделия при наработке ₁ (в общем случайной) потребовала обслуживания (восстановления). После восстановления указанная составная часть через некоторое время снова может потребовать обслуживания. Работоспособность ее восстанавливается вторично, и процесс продолжается.

Моменты времени возникновения требований на обслуживание образуют случайный поток, называемый обычно процессом восстановления. При анализе процесса восстановления решается основная задача - находится среднее число восстановлений составной части машины, выполненных за время его наработки.

Известны решения сформулированной задачи при следующих допущениях:

1) случайные значения времени ₁, ₂,…_n имеют одинаковый закон распределениядля которого существует непрерывная плотность распределения;

2) значения времени ₁, ₂,…_n безотказной работы составной части машины независимы (некоррелированы);

3) интервал времени эксплуатации машины неограничен (бесконечный процесс восстановления);

4) среднее время работы составной части между восстановлениями и его дисперсия конечны;

5)рассматриваемая совокупность составных частей (изделий) консервативна.

В зависимости от полноты выполнения первого допущения различают три основных процесса восстановления: простой, квазипростой и сложный (общий).

Процесс восстановления называют простым, если он удовлетворяет приведенным ограничениям. Процесс восстановления называют сложным, или общим, если после каждого восстановления функция распределения ресурса меняется (или меняются значения ее параметров).

Если обслуживание составной части осуществляется в рамках планово-предупредительной модели, то зависимость суммарного числа восстановлений имеет ступенчатый вид.

Определение суммарного числа восстановлений (регулировок) на нестационарном участке процесса даже при принятых (жестких) допущениях - задача сложная и решается классическим путем до конца только в простейших случаях. Поэтому рассматриваемую задачу решают методом моделирования процесса на компьютере или путем применения различных табличных алгоритмов.

Особые классы моделей представляют собой модели диагностирования и поиска неисправностей. В литературе [6,16] приведены результаты исследований различных моделей такого вида. При анализе простейших моделей предполагается, что диагностируемая машина состоит из несвязанных между собой составных частей, а множество операций включает диагностирование технического состояния каждой составной части и изделия в целом. Таким образом, в этой модели не принимаются во внимание структурные связи диагностируемого изделия.

Ряд авторов рассматривали модели диагностирования, в которых неявно учитывают структурные связи объекта [2,5]. Основная модель, учитывающая структуру диагностируемого изделия, приведена в работе [6] др.В них рассматриваются задачи построения оптимальных диагностических алгоритмов. Некоторые основные положения этих работ находят применение в практике.

В последнее время выполнены интересные исследования, связанные с решением задач оптимизации процесса поиска неисправностей, в том числе для наиболее сложного и общего случая - случая непересекающихся проверок. В отечественной литературе по данному вопросу,также, имеется ряд статей.

1.2 Стратегии технического обслуживания

1.2.1 Оптимизация стратегии технического обслуживания

При оптимизации стратегии технического обслуживания и ремонта, важное значение имеет решение задачи объединения разнородных операций, направленных на поддержание и восстановление работоспособности или исправности машин механического действия, в отдельные комплексы, т.е. формирование определенных видов плановых технического обслуживания и ремонта и установление последовательности выполнения операций.

Формирование видов плановых технического обслуживания и ремонта с формальной точки зрения является сложной задачей, однако, разрешимой при наличии необходимой информации [12,13]. Объем информации, которую следует получить для ее решения, применительно к изделию, состоящему из большого количества обслуживаемых и ремонтируемых составных частей, путем теоретических и экспериментальных исследований чрезвычайно велик. Поэтому очень большое значение имеют методы, позволяющие использовать опыт эксплуатации изделия-прототипа, знания и интуицию разработчиков системы технического обслуживания и ремонта данного изделия.

На сложность практического решения данной задачи указывали Е.Ю. Барзилович и В.А. Каштанов [2], Н.Н. Смирнов и А.А. Ицкович [17] и др. Для ее решения был предложен метод "стержневых работ", сущность которого заключается в том, что применительно к каждому виду плановых технического обслуживания и ремонта выбирается основная работа, относительно которой определяется периодичность обслуживания и ремонта. Модификацией этого метода является метод "основных работ".

Вопросами, связанными с решением задачи формирования плановых технического обслуживания и ремонта, на протяжении многих лет занимался Н.С. Пасечников [11]. Результаты его исследований показали эффективность метода "стержневых работ", который дает возможность при минимальных затратах времени на исследования подготовить ориентировочную базу для принятия основного решения о периодичности и структуре плановых технического обслуживания и ремонта.



1.2.2 Стадии оптимизации и целевые функции технического обслуживания

Оптимизация технического обслуживания машины - процесс динамичный и многостадийный. Опыт показывает, что обоснование технического обслуживания машины должно состоять из пяти основных стадий:

1) проектирование технического обслуживания при подготовке конструкторской документации;

2) уточнение установленной на первой стадии периодичности и объема работ технического обслуживания машины по материалам предварительных (заводских и ведомственных) испытаний;

3) уточнение технического обслуживания машины в ходе приемочных (государственных) испытаний;

4) уточнение перечня работ технического обслуживания и их периодичности по материалам эксплуатационной проверки;

5) определение реальной периодичности и перечня работ технического обслуживания по данным рядовой эксплуатации большого числа машин конкретной конструкции.

Постадийная оптимизация технического обслуживания машины позволяет существенно уменьшить стоимость данного процесса и повысить эффективность принятого решения. Наиболее ответственны последние три стадии рассматриваемого процесса, а с точки зрения принятия решения наиболее трудна первая.

Перечень работ и периодичность технического обслуживания на первой стадии устанавливаются на основе априорной информации о безотказности, долговечности и ремонтопригодности составных частей машины. Вероятность принятия ошибочного решения на этой стадии большая и зависит от надежности априорных данных, опыта и интуиции разработчика конструкторской документации. На первой стадии часты, случаи принятия решения при полном отсутствии информации о надежности объекта технического обслуживания.

Наиболее распространенный случай, когда стратегию технического обслуживания и ремонта необходимо оптимизировать по критерию "суммарные приведенные удельные затраты на техническое обслуживание и ремонт комплекса машин, эксплуатируемых в данной отрасли", по результатам исследований, которые приведены в работе [11].В таком плане решить проблему очень трудно из-за недостаточного объема знаний о зависимости эффективности функционирования машин от наработки и периодичности их технического обслуживания, а также высокой стоимости исследований.

Основная трудность заключается в том, что при оптимизации распределения ресурсов по подсистемам исследуемой системы технического обслуживания необходимо одновременно оптимизировать доремонтный и межремонтный ресурсы, объем, периодичность и технологию обслуживания и ремонта, всего комплекса машин, охватываемых системой. Наряду с этим к системе технического обслуживания предъявляются противоречивые требования неформального порядка.

На практике используются различные частные критерии, учитывающие требования, предъявляемые к данной части системы. При этом стремятся, чтобы частный оптимум улучшал характеристики, как части системы, так и всей системы технического обслуживания и ремонта и в идеальном случае совпадал с глобальным минимумом. Как правило, выбирают решения, минимизирующие математическое ожидание суммарных удельных приведенных затрат на техническое обслуживание, ремонт и реновацию машины определенной марки. При оптимизации j-го мероприятия системы технического обслуживания и ремонта возможны упрощения целевой функции.

В работе [7] показано, что в случаях слабой зависимости капитальных затрат от периодичности проведения j-го мероприятия периодичность можно находить из условия минимума удельных затрат.

1.2.3 Алгоритмы оптимизации технического обслуживания

Прежде чем приступить к оптимизации стратегии технического обслуживания и ремонта, необходимо выполнить исследования по определению величин, входящих в целевую функцию и систему ее ограничений. Последовательность расчетов рассмотрим на примере алгоритма оптимизации технического обслуживания управляемой машины механического действия (рисунок 1.1).

На базе имеющихся данных (оператор 1) формируется список работ ТО (оператор 2). Затем задаются первым значением (равным двум) кратности периодичности (оператор 3) и выбирают опорную периодичность первого ТО (оператор 4). При этом учитываются соответствующие ограничения на периодичность и кратность периодичности (логический оператор 5). Далее, вся работа проводится в соответствии с приведенной блок-схемой алгоритма оптимизации, представленной на рисунке 1.1.



Рисунок 1.1 - Блок-схема алгоритма оптимизации технического обслуживания машин:l- кратность периодичности выполнения комплекса операций ТО, - периодичность опорных операций

В целевую функцию входит значительное число величин, формируемых путем обобщения опыта эксплуатации изделий-аналогов машин и анализа результатов соответствующих исследований. По материалам исследований обосновывается перечень неисправностей (отказов) изделия, появление которых можно предотвратить за счет проведения соответствующих операций технического обслуживания.

Все отказы машины классифицируются и разбиваются по группам сложности. Из общей массы отказов выделяются в первую очередь ожидаемые и такие, появление которых можно предотвратить путем выполнения различных операций в порядке планового обслуживания. Для обоснования стратегии технического обслуживания составных частей машины, как правило, недостаточно информации, накопленной в процессе эксплуатационных наблюдений за ней. Возникает необходимость в дополнительном изучении физической природы отказов, анализе условий их появления и характера развития неисправностей, а также сопутствующих им процессов по мере увеличения наработки изделия.

Методика исследований, связанных с обоснованием периодичности технического обслуживания составных частей, разрабатывается с учетом их конструктивных особенностей и физико-химических процессов, протекающих в них в процессе работы машины.

Следующий этап - накопление статистических данных о фактической продолжительности работы составных частей изделия между техническими обслуживаниями при использовании его по назначению. Затем приступают к формированию списка работ и определению оптимальной периодичности обслуживания составных частей, а потом машины в целом.

Определение комплекса предупредительных операций сопряжено с выполнением большого объема экспериментальных работ. В зависимости от целей эксперимента все исследования можно разбить на два направления:

1) определение закономерностей изменения простых физических свойств материала деталей или физико-химических свойств применяемых нефтепродуктов;

2) определение закономерностей изменения потребительской ценности материала, детали, составной части.

Следует иметь в виду, что техническое обслуживание не восстанавливает начальные свойства составных частей машин механического действия, поэтому необходимо учитывать изменение начальных условий, например, изменение концентрации механических примесей в масле, зазора в соединениях и т.д., нельзя также исключать связи между отказами.

При обосновании периодичности работ технического обслуживания важно правильно определить их полную стоимость. При этом нормы времени, разряд рабочих и другие данные берутся в соответствии сединой тарифной сеткой.

Список операций формируется на стадии проектирования машины на основании данных сравнения конструкции и надежности ее составных частей и конструкции и надежности изделия-аналога. Для сходных составных частей назначают близкие по содержанию операции технического обслуживания. Список операций должен быть по возможности полным и содержать операции, направленные на поддержание надежности машины. Не рекомендуется включать операции по наружной мойке и очистке изделия.

В списке должны предусматриваться основные операции с известной зависимостью удельных затрат денежных средств от наработки изделия, для которых известна максимальная периодичность их проведения (установленная из различных соображений технического характера). При формировании удельных приведенных затрат по машине учитывают затраты по всем видам операций, входящих в список.

При эксплуатации изделия необходимость в проведении операций технического обслуживания возникает в разные моменты времени в широком интервале наработки изделия. Как показывает практика, оптимальная периодичность варьируется и редко бывает одинаковой. Как правило, разброс периодичности операций является следствием различной интенсивности изменения технического состояния составных частей изделия.

Однако техническое обслуживание составных частей изделия в те моменты, когда они в этом нуждаются, резко снизило бы эффективность использования изделия. В результате встает вопрос о наиболее целесообразной группировке операций в отдельные комплексы, отличающиеся периодичностью, стоимостью, техническим содержанием и сложностью операций. Вопрос группировки операций по видам технического обслуживания решается одновременно с обоснованием их кратности и периодичности.

Предположим, что известно множество операций технического обслуживания, их периодичность и максимально допустимые пределы отклонения от установленной периодичности. Находятся такие значения перечисленных параметров, при которых в пределах выбранных эксплуатационных допусков оказывается максимальное количество операций. В каждой группе из числа основных выбирают операцию, ограничивающую максимальные значения групповой их периодичности проведения.Такая операция называется опорной. Затем вычисляют пределы отклонения опорной операции.

Увеличение стоимости технического обслуживания изделия за счет группировки операций по его видам и появления дополнительных операций можно избежать или свести к минимуму, если их периодичность, кратность периодичности и количеств видов обосновать на стадии проектирования изделия.

1.2.4 Формирование циклов технического обслуживания (определение длительности, периодичности, кратности и количества видов ТО)

При проектировании цикла технического обслуживания устанавливаются его длительность, периодичность, кратность периодичности и количество видов обслуживания изделия.

При обосновании длительности цикла исходят из результатов анализа надежности машины и условий ее применения. Длительность должна быть увязана с ремонтным циклом машины, доремонтным и межремонтным ресурсами ее основных составных частей. Она не должна быть больше половины доремонтного ресурса основных составных частей машины [8,9].

Периодичность технического обслуживания существенно зависит от безотказности изделия и величины доремонтного и межремонтного ресурсов. Любое техническое обслуживание должно иметь периодичность, кратную периодичности следующего, более сложного вида обслуживания. Наибольшая периодичность должна быть кратной доремонтному и межремонтному ресурсам основных составных частей изделия.

Проведение планового технического обслуживания, будучи следствием ненадежности машины, обусловливается постепенными отказами ее составных частей и внезапными отказами.

Формирование цикла зависит от особенностей проявления внезапных отказов составных частей и закона распределения вероятности наработки между отказами. Если распределение вероятности наработки между внезапными отказами четко выражено, периодичность выбирают такой, чтобы максимально использовать эффект контрольных операций, проводимых при каждом техническом обслуживании, и экономическую эффективность перепланировки моментов времени технического обслуживания изделия.

Первую посылку используют, когда большинство внезапных отказов составных частей изделия имеет различимые при визуальном контроле признаки, вторую реализуют, когда эффективность контрольных операций низка, затраты на устранение последствий отказов изменяются в широких пределах. При большой стоимости (трудоемкости) устранения последствий отказов в ряде случаев экономически выгодно одновременно с неплановым ремонтом выполнять операции очередного технического обслуживания, например, если до него осталось немного времени. Периодичность обслуживания должна быть несколько больше средней наработки на отказ изделия. При обосновании периодичности обязательно должно быть учтено изменение затрат на неплановые ремонты. Желательно, чтобы периодичность ТО была равна средней наработке на полный независимый непредотвращенный отказ изделия.

На практике для сложных изделий, как правило, устанавливают ступенчатую структуру периодического технического обслуживания: ежесменное и номерные. [3,5,18] При этом периодичность и трудоемкость первого - наименьшая периодичность технического обслуживания составных частей, которая должна выбираться с учетом снижения их надежности в процессе эксплуатации машины.

Возможны следующие пути решения такой задачи[2]:

1) установление разной периодичности технического обслуживания для доремонтного и межремонтного ресурсов;

2) установление ступенчатой периодичности технического обслуживания в пределах данного ресурса машины;

3) установление неизменной для всего ресурса машины периодичности технического обслуживания.

Наиболее логичным следует считать последнее решение, по которому в пределах данного ресурса изделия по мере увеличения его наработки последовательно, на дискретную величину, должна уменьшаться периодичность обслуживания. Однако такое технически оправданное решение на практике является трудно реализуемым, в результате более сложной организации планирования технического обслуживания изделия. Вместе с тем всегда можно стратегию последовательного изменения периодичности заменить эквивалентной стратегией с постоянной периодичностью обслуживания.

Для большинства составных частей изделий используется техническое обслуживание с периодическим контролем параметров. В данном случае корректировка сводится к изменению периодичности диагностирования данной составной части. При этом по мере роста наработки изделия будет увеличиваться вероятность того, что данная составная часть нуждается в проведении определенных операций обслуживания. Представляется логичным использовать первый путь. Однако при его реализации неизбежно возрастут плановые затраты денежных и материальных средств на техническое обслуживание машины.

Кратность периодичности выбирается в процессе оптимизации периодичности, она должна быть целым числом. Целесообразно выбирать кратность, одинаковую для всех видов обслуживания данного изделия. В том случае, если минимум удельных приведенных затрат имеется при нескольких значениях кратности, периодичности, предпочтение следует отдавать той кратности, которая лучше увязывается со средними показателями безотказности и долговечности основных составных частей изделия. Если же и с этой точки зрения, кратности равноценные, предпочтение следует отдавать кратности, большей по абсолютной величине.

Обычно, стремятся к максимально простой структуре цикла технического обслуживания и сводят к минимуму специальное многопозиционное планирование операций. При выборе количества видов обслуживания следует исходить из результатов анализа о безотказности изделия, полученной в реальных условиях его эксплуатации. Задача решается на основе исследования и классификации отказов изделия с выделением предотвращаемых и непредотвращаемых отказов. Независимые предотвращаемые отказы служат базой формирования видов цикла технического обслуживания, непредотвращаемые - текущего и капитального ремонтов. Непредотвращаемые отказы разделяют на однородные группы исходя из распределения наработки между отказами, средней наработки на отказ составных частей машины и трудоемкости или стоимости устранения последствий отказов.

Реализация изложенной схемы группировки отказов оправдана, если анализируется надежная информация о безотказности машины в реальных условиях эксплуатации за полный ресурс. Такое решение задачи неэффективно применительно к изделиям с большим ресурсом, так как длительность эксперимента может оказаться близкой продолжительности серийного выпуска производства изделия. Поэтому следует находить общие закономерности, на основании которых имелась бы возможность выбирать более эффективные пути сокращения длительности соответствующих экспериментов.

1.2.5 Приближенная оптимизация стратегии технического обслуживания

Нахождение зависимости суммарных удельных приведенных затрат денежных средств на техническое обслуживание и ремонт изделия от его наработки сопряжено с проведением длительных и дорогостоящих исследований. Как правило, исследователь вынужден идти на ряд серьезных упрощений, приводящих в ряде случаев к принятию ошибочных решений. Например, очень трудно установить зависимость удельных затрат от периодичности проведения таких операций, как наружная очистка и мойка силовых агрегатов, контрольные операции и тому подобное. [3,8].

Пусть имеется список операций технического обслуживания. Необходимо все операции сгруппировать по некоторому количеству видов обслуживания, определить количество этих видов и периодичность их проведения таким образом, чтобы обеспечивался минимум (или максимум) критерия оптимальности при системе ограничений, например, машин сельскохозяйственной техники. Методика решение задачи выбирается в зависимости от объема и содержания анализируемой информации. Возможны следующие варианты:

1) заданы периодичность выполнения всех работ данного списка и допустимые пределы отклонения от установленной периодичности;

2) известны периодичность операций обслуживания, математические ожидания прямых затрат (или денежных средств, или труда, или эксплуатационных материалов) при выполнении этих операций;

3) известны список основных операций технического обслуживания и функции математического ожидания удельных приведенных затрат денежных средств на обслуживание и ремонт составных частей.

На основании такой информации можно только приближенно сгруппировать работы по видам обслуживания и определить периодичность их проведения.

В список основных операций включают операции, по которым имеется опыт оптимизации периодичности их выполнения.

К основным относят операции, от периодичности проведения которых существенно зависит ресурс составных частей и безопасность эксплуатации изделия. Методом основных работ определяют оптимальную периодичность, кратность периодичности, количество видов и наработку за цикл технического обслуживания изделия. Операции не входящие в список основных, распределяют по окончании расчетов по видам обслуживания.

Оптимизацию последовательности операций технического обслуживания и ремонта можно отнести к задачам управления производством, решаемым обычно методом "последовательного приближения".

Разработка российскими и зарубежными учеными теоретических вопросов сетевого планирования и управления производством позволила расширить область примечания сетевых графиков. Над этим работали Ф. Поллачек, А.Я. Хинчин, Б.В. Гнеденко, Ж.Ф.С. Кингман, Р.М. Лойнес, С.М. Росс, В.Л. Смит, Г. Коэн, А.А. Боровков, У. Прабху, П. Франкен, В.А. Малышев и другие. В мире, сетевые графики применяются почти во всех отраслях производства. Известны примеры решения с применением сетевого планирования и управления вопросов организации технического обслуживания автомобилей, самолетов и др.

Исследования, изложенные в работе [3,4] , показали, что последовательность независимых операций конкретных видов обслуживания и ремонта, является стохастической и зависит от:

- средней продолжительности обслуживания или ремонта;

- приоритетных весов и трудоемкости операций;

- числа исполнителей и обслуживаемых или ремонтируемых изделий;

- параметра потока отказов их составных частей;

- периодичности и допуска на периодичность технического обслуживания или ремонта;

- поля допуска на контролируемые параметры.

Рекомендуется следующая схема установления рациональной последовательности операций.

1. Определение безотказности составных частей изделия, трудоемкости технического обслуживания, плановых ремонта и операций по устранению последствий сопутствующих отказов составных частей машины.

2. Установление последовательности операций контроля технического состояния составных частей машины.

3. Присвоение независимым операциям приоритетных весов и составление исходных сетевых моделей процесса.

4. Определение средней оптимальной продолжительности плановых технического обслуживания или ремонта и численности исполнителей.

5. Распределение операций технического обслуживания и ремонта по исполнителям.

6. Нахождение рациональной последовательности выполнения операций конкретных видов обслуживания и ремонта машины.

7. Уточнение средней продолжительности технического обслуживания машины.

8. Если средняя продолжительность технического обслуживания или ремонта равна средней оптимальной продолжительности, или если разница между ними не превышает заданного значения, то поиск рациональной последовательности работ, окончен, если - нет, то поиск продолжается с п. 4.

Независимые операции технического обслуживания и ремонта машин рекомендуется выполнять в последовательности, соответствующей убыванию их приоритетных весов [18].

1.2.6 Оптимизация продолжительности технического обслуживания

Продолжительность технического обслуживания и ремонта зависит от многих факторов и на практике колеблется в довольно широких пределах. Оптимизация средней продолжительности обслуживания и ремонта изделий - задача сложная и актуальная.

Анализ опубликованных работ показал [2,4,11], что все методы оптимизации продолжительности выполнения сложных комплексов операций можно разбить на две группы:

- методы, сводящие процедуру оптимизации продолжительности технического обслуживания и ремонта к оптимизации последовательности работ, входящих в рассматриваемый комплекс;

- методы, основанные на анализе всего процесса технического обслуживания или ремонта изделия.

Методы первой группы, как указывалось выше, предусматривают оптимизации сетевых графиков выполнения операций обслуживания и ремонта. Характерным недостатком данных методов является локальность искомого оптимума, выделенного без учета внешних связей системы технического обслуживания и ремонта, а также большая трудоемкость расчетов.

С помощью методов второй группы определяются оптимальная продолжительность технического обслуживания и ремонта, которая основана на учете всех связей системы, анализе всего процесса обслуживания или ремонта. Такой путь рассмотрен, например, в работе [3] и некоторых других. Он является более надежным, но требует привлечения для анализа обширной информация о процессе.

При поступлении на пункты технического обслуживания или ремонта случайного потока требований возможны случаи простоя машин или недостаточная загрузка исполнителей технического обслуживания или ремонта и применяемого оборудования.

Попытка определить продолжительность технического обслуживания или ремонта с учетом указанных обстоятельств предпринималась рядом авторов. Например, в ряде работ оптимальную продолжительность технического обслуживания или ремонта предлагается определять из условия обеспечения минимума потерь от простоя машины и простоя исполнителей технического обслуживания или ремонта в ожидании поступления требований на обслуживание или ремонт.

Предложенный подход представляется интересным, однако полученная формула определения оптимальной продолжительности технического обслуживания или ремонта изделия не учитывает зависимость загрузки пункта обслуживания или ремонта от интенсивности потока требований, в связи с чем, возможны большие ошибки при практических расчетах. В работах [4,12] и других оптимальную продолжительность технического обслуживания трактора рекомендуется определять с учетом средних значений стоимости часа простоя трактора и рабочего, суммарной трудоемкости обслуживания и интенсивности потока требований на техническое обслуживание.

В целях уменьшения продолжительности простоя изделий в ряде отраслей изучаются и внедряются методы поэтапного обслуживания изделий. Так, в авиации применение этого метода выполнения периодических видов регламента, по данным Н.Н. Смирнова[16], позволило сократить продолжительность разовых простоев самолетов на техническое обслуживание, создать благоприятные условия для повышения качества их обслуживания, увеличить годовую наработку самолетов, создать дополнительный резерв самолетов в аэропортах, обеспечить более равномерную загрузку исполнителей технического обслуживания, организован четкое планирование использования парка самолетов.



1.3 Эксплуатационные процессы технического обслуживания

1.3.1 Профилактическая замена и контроль работоспособности

Вопрос о назначении сроков проведения профилактических работ можно решить, зная лишь характеристики случайного времени возникновения отказа. Используя эти характеристики, сроки проведения профилактических работ можно назначить так, чтобы надежность машин была наибольшей или находилась в пределах заданных допусков.

При назначении сроков проведения профилактик необходимо различать два случая:

1) определяющие параметры и неисправности устройств неизвестны;

2) параметры и неисправности известны.

В первом случае профилактическая работа должна состоять или в профилактической замене устройства (в замене по выработке технического ресурса), или в проведении ремонта (замене отдельных износившихся деталей, загрязнившихся смазок и т. п.).

Рассмотрим смешанный режим профилактик. Смешанный режим состоит в проведении двух профилактик: плановой и неплановой. Плановая проводится через время t_a, если устройство не отказывает. Если же устройство выходит из строя до момента t_a, то выполняется неплановая профилактика и работа устройства продолжается. Срок очередной плановой профилактики t_a, в этом случае отсчитывается от момента времени проведения неплановой профилактики.

Используется два допущения:

1. Характеристики надежности являются функцией наработки, т. е. машина может отказывать лишь при работе. В соответствии с этим допущением плановая профилактика проводится по наработке.

2.После выполнения любой профилактики (плановой или неплановой) устройство полностью обновляется. Это допущение оправдано в том случае, когда профилактическая работа состоит в замене агрегата машины нановый агрегат.

Так как после каждой профилактики устройство полностью обновляется, то сроки проведения плановых профилактик равны друг другу. Иначе говоря, профилактики должны проводиться периодически.

В течение времени между двумя соседними (плановыми или неплановыми) профилактиками устройство можно рассматривать как невосстанавливаемое, так как за это время в нем может возникнуть только один отказ. Периодичность профилактик (обновлений, замен) удобно назначать с помощью -характеристик.

Для устройств, имеющих характеристику, приведенную на рисунке 1.2а), целесообразно проводить приработку в течение времени t. Затем эксплуатировать и проводить профилактику после наработки t_э. Для устройств с характеристикой, приведенной на рисунке 1.2b), приработку проводить не требуется.

При проведении профилактик функция интенсивности отказов(t) будет иметь вид, изображенный на рисунке 1.2с). После каждой профилактики устройство полностью обновляется и интенсивность отказов снижается к первоначальному уровню. На рисунке 1.2 с) крестиками отмечены моменты проведения неплановой профилактики (моменты возникновения отказов), а кружком -- момент проведения плановой профилактики. Продолжительность простоя на профилактиках не показана.

Если известно, что возрастание интенсивности отказов вызвано выходом определяющего параметра за границу допуска или является следствием возникновения неисправностей, то профилактические работы должны состоять в регулировании параметра или устранении неисправностей. Подход к назначению периодичности профилактики аналогичен описанному выше.



Рисунок 1.2 - Назначение технического ресурса:

а) после приработки в течение t ресурс целесообразно назначить равнымt_э; b) ресурс назначить равным t_э; c) зависимость интенсивности отказов от наработки при смешанном режиме профилактик.

При плановом режиме профилактики (только плановые) проводятся через постоянную наработку независимо от количества возникших отказов. После отказов производится восстановление работоспособности агрегатов машин и их эксплуатация продолжается до профилактики. При этом используется три допущения:

- характеристики надежности являются функциями наработки;

- после проведения профилактик устройство полностью обновляется;

- восстановление работоспособности устройства при возникновении отказа в межпрофилактический срок не изменяет значения параметра потока отказов и зависимости этого параметра от наработки.

Последнее допущение может быть обосновано, если устройство сложное (например, машина состоит из большого количества элементов). Отдельные элементы системы могут обновляться еще до проведения профилактики. Например, при отказе, который произошел в межпрофилактический период, отказавший элемент заменяется (обновляется). Однако у машин, состоящих из большого количества элементов, замена одного элемента мало скажется на обновлении всей машины и этим обновлением можно пренебречь.

На рисунке 1.3 показано изменение параметра потока отказов (t) по наработке t. Крестиками отмечены моменты времени возникновения отказов. Проведение восстановления (после отказа) не изменяет (t), а выполнение профилактики снижает его до первоначального уровня.

Рисунок 1.3 - Зависимость параметра потока отказов от наработки при плановом режиме профилактик

Хотя профилактические работы проводятся для предупреждения отказов, выполнение профилактик в ряде случаев само является причиной отказов. После проведения профилактик наблюдается увеличение - «всплеск» параметра потока отказов. Чаще всего подобный всплеск появляется после выполнения наиболее сложных и трудоемких работ.

При проведении профилактических работ приходится осуществлять демонтаж и монтаж агрегатов, отсоединять разъемы, менять фильтры и так далее. В процессе выполнения этих работ осуществляется дополнительное механическое воздействие на технику. В результате чего изменяются условия работы устройств в начальный период эксплуатации после выполнения профилактики, что и приводит к всплеску параметра потока отказов. Очевидно, что амплитуда этого всплеска зависит от конструктивного совершенства устройств и культуры технического обслуживания.

Из-за несовершенства средств контроля и недостаточно высокой квалификации обслуживающего персонала в ряде случаев не всегда точно измеряются и регулируются определяющие параметры, не всегда обнаруживаются неисправности. Эти ошибки также приводят к отказам, которые появляются в межпрофилактический срок.

Таким образом, после проведения профилактики возникают отказы, появившиеся как результат воздействия на технику и ошибок персонала при профилактике. Для того чтобы оценить последствия профилактики, целесообразно выделить несколько составляющих потока отказов:

1)поток послепрофилактических отказов, параметр которого обычно убывает с течением времени эксплуатации после очередной профилактики;

2)поток внезапных отказов, параметр которого не изменяется в результате проведения самой профилактики;

3) поток отказов из-за разрегулирования или износа, параметр которого в результате проведения профилактики уменьшается до минимального значения и при последующей эксплуатации вновь увеличивается.

1.3.2 Контроль функционирования и работоспособности машин

Техническое обслуживание есть вмешательство (целенаправленное внешнее воздействие) в работу системы, направленное на получение максимального эффекта от эксплуатации системы, поэтому проблема технического обслуживания заключается в разработке оптимального процесса технического обслуживания эксплуатируемой системы или оптимального процесса управления[19].

При таком подходе возникают три вопроса: чем управлять, каков объект управления? Как управлять, как воздействовать на объект? Для чего управлять, каковы цели управления? Объектом управления является техническая система, которая в каждый момент времени t характеризуется некоторым состоянием из множества возможных состояний.

Функция состояния характеризует эволюцию системы во времени. Если система функционирует под воздействием случайных факторов, то эволюция состояний технической системы во времени описывается некоторым случайным процессом.

В физической и математической модели объектом управления является процесс, характеризующий эволюцию состояний системы во времени.

В задачах технического обслуживания (ТО) воздействовать на объект, то есть управлять объектом, можно выбором сроков проведения ТО и характером ТО.

Характер ТО определяется глубиной восстановления. Глубина восстановления и сроки проведения этого восстановления определяют вид восстановительной работы.

В реальной ситуации восстановительные работы (воздействия на систему) осуществляются не мгновенно, а занимают некоторое время. Поэтому классификацию целесообразно провести по факторам, влияющим на длительность восстановительной работы:

1) момент начала восстановительной работы (известен ли заранее этот момент или нет);

2) состояние системы в момент начала проведения восстановительной работы;

3) состояние системы к моменту окончания восстановительной системы (глубина восстановления).

Если момент начала восстановительной работы известен, то такую восстановительную работу называют плановой. В противном случае работу называют внеплановой. Если в начале восстановительной работы система была работоспособной, то такую восстановительную работу называют предупредительной, если же система была неработоспособной, то работу называют аварийной.

Виды восстановительных работ по предлагаемой классификации приведены в таблице 1.1.Цель управления (цели ТО) -- получение от эксплуатации технической системы максимального эффекта (максимального значения показателя эффективности функционирования)[19].

Таблица 1.1 -Классификация восстановительных работ

Глубина восстановления системы	Восстановительные работы с системой
	работоспособной	неработоспособной
Никакого обновления в системе не производится	Плановый (внеплановый) осмотр или проверка работоспособности	-
Производится полное обновление	Плановая (внеплановая) предупредительная профилактика	Плановый (внеплановый) аварийно-профилактический ремонт
Производится обновление части системы	Плановая (внеплановая) предупредительная профилактика части системы	Плановый (внеплановый) аварийно-профилактический ремонт части системы

На всех этапах эксплуатации технических систем на них действуют значительные нагрузки (неблагоприятные факторы), ухудшающие их состояние и препятствующие достижению цели их эксплуатации. Поэтому, предусматриваются мероприятия, которые направлены на поддержание требуемого состояния технических систем [20].