Розробка і удосконалення технологічного процесу виробництва ГТД шляхом стохастичного аналізу головних параметрів виробів за результатами контрольних випробувань

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

“Харківській авіаційний інститут”

УДК 621.45.018.2:519.248

Розробка і удосконалення технологічного процесу виробництва гтд шляхом стохастичного аналізу головних параметрів виробів за результатами контрольних випробувань

05.07.04 - Технологія виробництва літальних апаратів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кириченко Олег Ігорович

Харків 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Запорізькому державному університеті Мінистерства освіти України (м. Запоріжжя).

Захист відбудеться 15 жовтня 1999 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.04 Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”. (Державний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського, “ХАІ”. 310070, м. Харків, вул. Чкалова, 17).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” (310070, м. Харків, вул. Чкалова, 17).

Автореферат розісланий “_13__” _вересня_1999р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, професор Корнілов Г.Л.

АНОТАЦІЯ

Кириченко О.І. Розробка і удосконалення технологічного процесу виробництва ГТД шляхом стохастичного аналізу головних параметрів виробів за результатами контрольних випробувань. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.07.04 - Технологія виробництва літальних апаратів. - Державний аерокосмічний університет ім.М.Є. Жуковского “ХАІ”, Харків, 1999.

Дисертація містить теоретичні і експериментальні дослідження щодо забеспечення якості технології виготовлення серійних ГТД, підвищення їх надійності на основі статистичного аналізу даних серійних випробувань. Розроблено математичну модель оцінки та прогнозування якості технологічного процесу виготовлення ГТД за результатами контрольних випробувань. Наведено методику оцінки впливу регламентних робіт стендового технологічного обладнання на вихідні параметри серійних ГТД. Розроблено методику еталонування випробувальних стендів без використання еталонного двигуна. Впроваджено заходи, спрямовані по зміну строку проведення регламентних робіт стендового технологічного обладнання, що значно підвищило стендовіддачу випробувальної станції ВАТ “Мотор Січ”.

Ключові слова: газотурбінний двигун, якість, технологічний процес, прогнозування якості, випробувальний стенд та апаратура, імовірні розподіли, стохастичний процес, регламентні роботи, еталонування стендів.

АННОТАЦИЯ

Кириченко О.И. Разработка и усовершенствование технологического процесса производства ГТД при помощи стохастического анализа главных параметров изделий по результатам контрольных испытаний. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.04 - Технология производства летательных аппаратов. Харьковский государственный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “Харьковский авиационный институт”, Харьков, 1999.

Диссертация содержит теоретические и экспериментальные исследования по обеспечению качества технологии изготовления АГТД, повышению их надежности на основе статистического анализа данных серийных испытаний. Установлено, что, используя тот богатый информационный материал, который имеется при испытаниях ГТД, можно решать различные задачи, связанные с усовершенствованием технологии производства, оценкой качества, оптимизацией технологических допусков на параметры и многое другое. На основании выполненного анализа и уже разработанных способов диагностики ГТД по выходным параметрам показано, что диагностическая ценность параметров состояния ГТД носит вероятностный характер.

В качестве объекта исследований в работе взят вертолетный газотурбинный двигатель со свободной турбиной ТВ3-117ВМ, выпускаемый серийно. Двигатель эксплуатируется в составе силовой установки вертолета, состоящей из двух двигателей и главного редуктора ВР-24. Двигатель состоит из 12-ступенчатого осевого компрессора, кольцевой камеры сгорания, двухступенчатой свободной турбины, масляной системы, противообледенительной системы, систем регулирования.

На основании теоретического анализа и особенностей конструкции исследуемого объекта в качестве основного оценочного режима для оценки состояния процесса производства взят режим "Взлет". "Номинальный", I и ІІ-й Крейсерские режимы являются оценочно-вспомогательными. В качестве главных оценочных параметров состояния взяты: "мощность на валу свободной турбины Ne", температура газов перед турбиной Т3", "часовой расход топлива GT".

Рассеивание экспериментальных значений параметров {i}, полученных в результате наземных испытаний, обусловлено случайной природой измеряемого параметра и случайными погрешностями измерительных систем. В основу исследований при оценке стабильности технологического процесса производства положен выборочный метод. Для идентификации параметров ГТД вероятностной моделью использованы четыре семейства асимметричных одномодальных законов распределения. Как показали расчеты ,наилучшую сходимость эмпирических и теоретических частот дал закон Вейбулла для параметров Ne и GT. Для параметра Т3 закон Вейбулла приемлем с условием преобразования ( Т3)= Т3-1.

На основании произведенных исследований установлено, что технологический процесс производства не стабилен, а это приводит к возникновению партии двигателей не соответствующих ТУ, что периодически лихорадит производство и не дает возможности представлять двигатели заказчику. Так, двигатели, испытанные в мае-июне и сентябре-октябре имеют бьльшую мощность ,чем в другие сезоны года. Анализ диаграмм параметра Т3 указал на следующее:

1. В течение календарного года наблюдается периодичность, выраженная на линии выборочных средних двумя "горбами" роста температуры, приходящимися на май-июнь и сентябрь-октябрь месяцы;

2. С переходом от взлетного к крейсерским режимам периодичность и характер поведения выборочных средних не меняется.

Показано, что тенденция к росту Т3 в теплые периоды года связана с ошибками приведения параметров к САУ, а возникновение "горбов" с нестабильностью производства.

Анализ диаграмм GT указал на то, что предельно допустимые значения расходов на всех режимах явно завышены, что дает возможность производству снижать требования к изготовлению отдельных элементов ГТД, а это нежелательно и, естественно, сказывается на показателях качества готовой продукции.

Совершенно иную картину имеет наблюдаемая на диаграммах параметра GT тенденция возрастания значений параметра на одних стендах и снижения на других. Это связано с качеством работы турбинных датчиков расхода ТДР, характеристика которых изменяются в силу различной наработки на различных стендах.

На основании анализа диаграмм предложенных автором и совместно со службами ОГТ и сборочного цеха предприятия "Мотор Сiч" была усовершенствована технология изготовления I-й и III-й ступеней соплового аппартата турбокомпрессора и свободной турбины.

Предложенный способ формирования выборок позволил усовершенствовать технологию проведения регламентных работ испытательных стендов АГТД, что в 2,2 раза повысило стендоотдачу.

Впервые автором разработана принципиально новая технология эталонирования стендов стохастическими методами без использования эталонного двигателя, что особенно актуально при испытании двигателей одноразового использования.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, качество, технологический процесс, прогнозирование качества, испытательный стенд и аппаратура, вероятностные распределения, стохастический процесс, регламентные работы, эталонирование стендов.

ABSRTRACT

Kirichenko О.І. Development and improvement of GTO manufacturing process with the aid of stochastic analysis of products basic parameters based on test results.- Manuscript.

Theses for a candidate of science (technical) for the specialty 05.07.04 - Aircraft production technology, Kharkov state aerospace university, Kharkov, 1999.

This dissertation outlines theoretical and experimental investigations on quality assurance of serial gas-turbine engines production and reliability increase based on statistic analysis of serial tests data. On the basis of approval tests results a mathematical model for evaluation and quality forecasting of serial gas-turbine engines production has been developed. The technique ensuring evaluation of effect of test rig instrumentation scheduled maintenance on final parameters of serial gas-turbine engines has been developed. The technique for calibrating test rigs without the use of standard engine has been developed. The measures for changing terms of scheduled maintenance of test rig instrumentation have been implemented which resulted in significant increase of test rig efficiency of Motor Sich JSC test station.

Key words: gas-turbine engine, quality, technology, test rig and maintenance, calibration of test rigs against a primary standard.

газотурбінний двигун стохастичний

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В галузі авіаційного двигунобудування важливе місце відводиться підвищенню надійності і якості продукції. Одним із напрямків вирішення даної проблеми є розробка заходів, спрямованих на вдосконалення конструкції серійних ГТД і вироблення керуючих дій на технологічні процеси виготовлення, збирання і випробовування двигунів.

Проблема є складною і охоплює широкий спектр питань, пов'язаних з теорією та процесами виготовлення двигунів, зі статистичними і цілком імовірними методами контролю і оцінки, метрологічним забезпеченням виробництва і т. ін.

Розв'язання технологічних завдань неможливе без автоматизації випробувань і обробки експериментальних даних на базі ЕОМ, оскільки лише застосування обчислювальної техніки відкриває широкі можливості як у вдосконаленні процесу випробувань ГТД, так і в реалізації заходів щодо оптимізації ресурсів і надійності продукції, що випускається. Коротко кажучи -: через автоматизацію технології випробувань до автоматизованого забезпечення точності і стабільності технологічного процесу виробництва ГТД.

Цим актуальним питанням забезпечення якості ГТД, які випускаються, підвищення їх надійності на основі статистичного аналізу результатів серійних випробувань і присвячена дана робота.

Мета роботи. Підвищення якості та ефективності виробництва серійних ГТД на основі досліджень виміряних параметрів при випробуваннях і розробка рекомендацій щодо удосконалення технологічних процесів їх виробництва.

Для досягнення цієї мети поставлено і вирішено такі задачі:

1. Виконано комплексні дослідження взаємозв'язку характеристик ГТД і технології їх виробництва та виявлено на цій основі визначені фактори, які вливають на ефективність та якість виробництва двигунів.

2. Розроблено теоретичні основи виявлення зміни головних параметрів ГТД при випробуваннях залежно від технології їх виробництва.

3. Вивчено можливості використання стохастичних методів для розробки моделі та удосконалення технології виробництва ГТД.

4. Розроблено модель стохастичної оцінки якості виробництва ГТД.

5. Зроблено експериментальну апробацію запропонованої моделі з метою підтвердження теоретичних положень адекватності моделі реальному процесу виробництва.

6. Розроблено науково обгрунтовані рекомендації щодо удосконалення технології виробництва ГТД на основі запропонованої методики і експериментальних результатів.

В основу роботи покладені стохастичні методи досліджень, які базуються на великому обсязі результатів серійних випробувань гелікоптерного двигуна ТВ3-117ВМ.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше розроблено стохастичну модель комплексної оцінки та прогнозування якості

технологічного процесу виробництва серійних ГТД за їх головними вихідними параметрами, яка дозволяє здійснювати безперервний статистичний контроль якості процесу і удосконалення технологічного процесу виробництва.

2. Теоретично та експериментально досліджено вплив регламентних робіт стендового

технологічного обладнання на вірогідність оцінки параметрів ГТД при випробуваннях і установлено критерії оптимізації строків проведення регламентних робіт стендів.

3. Розроблено принципово новий технологічний процес еталонування стендів без

використання еталонного двигуна, оснований на стохастичному методі порівняння стендів (без зупинки стендів на еталонування).

Теоретичне значення одержаних результатів. Одержані результати доповнюють існуючі теоретичні положення стохастичних методів контроля якості виробництва ГТД, технології випробувань серійних двигунів.

Теоретично обгрунтована недоцільність проведення місячних регламентних робіт стендового технологічного обладнання.

На основі дисперсійного аналізу теоретично обгрунтовано доцільність використання стохастичного методу еталонування стендів без використання еталонного двигуна.

Практична цінність одержаних результатів

1. Розроблено інженерну методику і алгоритм оцінки якості виробництва ГТД на основі результатів контрольних випробувань. За результатами теоретичних та експериментальних досліджень, які визначають економічну доцільність застосування статистичних методів управління виробництвом, встановлено критерії оцінки стану технологічного процесу виробництва та випробувань ГТД.

2. Удосконалено технологію виробництва І, ІІІ ступенів соплового апарата турбін виробів ТВ3-117 за результатами аналізу діаграм стохастичного контроля якості виробництва.

3. Розроблено та впроваджено у виробництво модель стохастичної оцінки та прогнозування якості виробництва серійних ГТД за результатами контрольних випробувань.

4. Впроваджено у виробництво удосконалена технологія проведення регламентних робіт, що знизило витрати на проведення цих робіт у 2,2 раза без зниження вірогідності оцінки головних параметрів серійних ГТД при випробуваннях, знизилась собівартість випробувань.

Проведені дослідження дали можливість удосконалити технологію виробництва двигунів. Результати досліджень впроваджені на Запорізькому ВАТ "Мотор Сiч".

Основні наукові та теоретичні результати, які виносяться до захисту

1. Модель стохастичної оцінки та прогнозування якості виробництва серійних ГТД за результатами контрольних випробувань.

2. Удосконалена технологія виготовлення І, ІІІ-ї ступенів соплового апарата турбін двигуна ТВ3-117ВМ.

3. Інженерна методика і алгоритм оцінки якості виробництва ГТД за результатами серійних випробувань.

4. Удосконалений технологічний процес проведення регламентних робіт стендового технологічного обладнання.

5. Принципово новий технологічний процес еталонування випробувальних стендів АГТД без використання еталонного двигуна.

Апробація результатів дисертації

Основні положення дисертації доповідались::

на звітних науково-технічних конференціях Запорізького машинобудівного інституту в 1982, 1986, 1988рр., семінарах 1991 - 1998рр.;

першій обласній науково-технічної конференції “Молоді вчені та спеціалісти області -

реалізації цільових комплексних програм, прискоренню науково-технічного прогресу”, Запоріжжя, 1984 р.;

галузевому семінарі “Досвід автоматизації стендових випробувань двигунів”, НДІД, Уфа, 1988р.;

міжгалузевій конференції “Удосконалення методів і засобів стендових випробувань та їх вузлів”, Москва, ЦІАМ ім. П.І. Баранова, 1988р.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 8 друкованих праць.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків по роботі, списку використаних літературних джерел, додатків. Загальний обсяг роботи - стор., у тому числі рисунків, таблиць, список літератури з найменувань на стор., додатків на стор. Основна частина роботи містить стор.

2. ЗМІСТ РОБОТИ

У вступ і викладено стан питання, актуальність теми, мета, основні положення, наукова новизна та практична цінність роботи.

У першому розділі подано огляд сучасного стану і тенденції розвитку способів оцінки та діагностики стану ГТД за результатами технології випробувань. Розглянуто основні види та функціональні можливості автоматизованих інформаційно-вимірювальних систем (АІВС) випробування двигунів. Встановлено, що, використовуючи той багатий матеріал, який маємо при випробуваннях двигунів, можна розв'язати різноманітні завдання, пов'язані з оцінкою якості технології виробництва, підвищенням надійності ГТД, оптимізацією технологічних допусків на параметри, розробляти і вдосконалювати технологію випробування двигунів. Разом з тим до сьогодні відсутня повна модель оцінки і прогнозування якості технології виробництва ГТД. На основі виконаного аналізу та вже розроблених способів діагностики ГТД за вихідними параметрами показано, що діагностична цінність параметрів стану ГТД має імовірнісний характер і що система приймання та забракування двигунів пов'язана з можливостями помилок 1-го і 2-го роду, які приводять до появи чотирьох діагностичних рівнів:

Певність діагнозу 1-го роду - імовірність того, що придатний двигун визнається придатним.

Ризик забракування 1-го роду - імовірність того, що придатний двигун визнається дефектним.

Певність діагнозу 2-го роду - імовірність того, що дефектний двигун визнається дефектним.

Ризик забракування 2-го роду - імовірність того, що дефектний двигун визнається придатним.

Очевидно, що лімітованими рівнями будуть 2-й та 4-й, зведення до мінімуму ймовірності виникнення яких укаже на доцільність прийнятого методу діагностики.

Комплексні дослідження та розробка методів і засобів коректної оцінки якості та прогнозування є достатньо актуальними.

Глава закінчується постановкою мети роботи та задачами, які треба розв'язати для її досягнення.

У другому розділі подано аналіз об'єкта досліджень (гелікоптерний двигун з вільною турбіною ТВ3-117ВМ), наведені основні характеристики двигуна та стендів, на яких проводились його серійні випробування, а також технологія, за якою здійснювались серійні випробування об'єкта досліджень.

На основі теоретичного аналізу і особливостей конструкції випробуваного об'єкта як основного оціночного режиму для статистичного аналізу взятий режим “Зліт”. Номінальний і крейсерські режими є оціночно-допоміжними. За основні оціночні параметри стану об'єкта досліджень прийняті:

“потужність Ne”;

“температура газів перед турбіною Тз”;

“годинна витрата палива GT”.

Третій розділ присвячений оцінці, прогнозуванню і удосконаленню технологічного процесу виробництва ГТД на базі розробленої стохастичної моделі оцінки якості виробництва за вихідними параметрами.

Прийнявши багатовимірну функцію Q(x1,…,xn,t), що описує стан двигунів, як складної технічної системи, на часовій множині t1,…,tk, то завдання оцінки якості та її прогнозування сформулювати у вигляді таких задач:

оцінки параметрів функції Q на часовій множині tkТ та її прогнозування на часовій

множині {tk+j}T, де j=1,2,3…;

визначення Р{Q1(k+j)Q2}, тобто імовірність невиходу функції Q за задані границі на

множині {tk+j}T;

визначення часу {tk+j}T до першого виходу функції Q за задані границі.

Для оцінки якості виробництва ГТД має місце математична модель, у рамках якої досліджується випадкове скінченномірне поле розмірності N, що описується функцією

{i(t,r); Q}, i = 1,…,N. (1)

Функція i(t,r) є багатопараметричною і має розмірність n+1, оскільки tТ, а r = r(x1…xn). У технічному розумінні ця функція являє собою досліджувані вихідні параметри ГТД на неперервній часовій множині t. Координати x1…xn вектора r є конструкторськими, технологічними та іншими факторами, що приймають деякі значення у процесі проектування, виготовлення, складання ГТД і регулювання його систем у процесі випробувань.

Стохастичний аналіз пов'язаний з дослідженням закономірності зміни статистичних характеристик розподілу i(t, r) для моменту t = t0, що відповідає проходженню двигуном контрольних випробувань.

Розсіювання експериментальних значень параметрів i(t0,r) обумовлено випадковою природою вимірюваного параметра та випадковими похибками вимірювальних систем.

У зв'язку з тим, що параметри i(t0,r) по своїй суті характеризують якість роботи двигунів, а апріорна їх оцінка з достатньою точністю не може бути зроблена, необхідне використання стендових випробувань. Оскільки вихід того чи іншого параметра i(t0,r) за установлені межі пов'язаний із екстремальними значеннями, що залежать від найбільшого та найменшого значень у вибірці випадкових величин, встановлено оптимальний обсяг вибірки для статистичного аналізу. Основою вибіркового методу є запропонований вибірковий метод зі зміщенням. Для ідентифікації параметрів за повною вибіркою та реалізації вибіркового методу зі зміщенням була розроблена програма для ЕОМ для автоматизованої інформаційно-вимірювальної системи (АІВС) випробувальної станції підприємства "Мотор Січ".

У розділі наведена блок-схема підготовки інформаційного масиву даних вихідних параметрів випробуваних двигунів для функціонування моделі у реальному масштабі часу у вигляді точнісних діаграм статистичного контролю якості.

Аналіз гістограм розподілу випадкових значень параметрів Ne, Tз, GT на різних режимах і стендах показав, що розподіл парметрів має асиметричну форму. Розрахунки, проведені на ЕОМ з метою ідентифікації випадкових значень параметрів теоретичною моделлю, тобто: -розподілом, розподілом Релея, log-нормальним розподілом і розподілом Вейбулла, свідчили, про те , що найкращу збіжність теоретичних та емпіричних частот за крітерієм ХІ-квадрат на всіх усталених режимах і вимірювальних стендах дав закон розподілу Вейбулла, а для параметра Тз закон Вейбулла прийнятний за умови перетворення (Тз)=Тз-1. При цьому функція щільності величини (Тз)-1 описується формулою:

Коректне вирішення цієї задачі багато в чому залежить від вірного способу накопичення, формування, та обробки потоку інформації двигунів, що випробовуються. Інформація, що надходила, була розподілена на оперативну та підсумкову. Оперативна інформація призначена для підтримки якості, підсумкова - для оптимізації технологічного процесу виробництва з метою коректування у виготовленні окремих елементів і вузлів ГТД.

Для приймального статистичного контролю було розроблено в моделі програму, що дозволяє формувати вибірку будь-якого обсягу при заданому зміщенні m. По кожній виборці у надрукованому протоколі будується гістограма, обчислюються значення середнього арифметичного , дисперсії , значення квантилів 0,025; 0,096; 0,0904; 0975 для прийнятого закону розподілення, а також значення моди М0 і медіани Ме; вираховуються по інтервалах частот значення щільності та інтегральної функції розподілення, теоретичні та емпіричні частоти для відповідних інтервалів. На рис.1 показано діаграму поведінки вибіркових статистик параметра Nе на протязі календарного року. При цьому обсяг часткової вибірки на діаграмі дорівнює десяти спостереженням при зміщенні, що дорівнює одиниці. Аналіз діаграм параметрів Ne, Т3, GT здійснювався по чотирьох випробувальних стендах на злітному, номінальному, 1-му та 2-му крейсерських режимах.

При ретельному вивченні діаграм параметра Ne виявлена схожість поведінки вибіркових статистик параметра на різних режимах. Спостерігається незначне їх коливання на протязі року. Двигуни, випробувані в травні-червні і вересні-жовтні, мають більшу потужність, ніж в інші пори року. Мінімальне значення середнього по параметру Ne супроводжується різко вираженою асиметрією розподілу параметра. Із цього було зроблено висновок , що зростання асиметрії показує на зниження потужнісних характеристик ГТД, які випускаються. Важливо відзначити, що по всіх стендах положення ліній вибіркових середніх вище номінальних значень (для злітного режиму Ne = 1544,5 кВт). Це свідчить про наявність запасу потужності. Процес можна охарактеризувати стабільним по невиходу імовірносних границь за крайні межі. Наявність однакових тенденцій поведінки статистик на діаграмах різних стендів свідчить про те, що ці тенденції пов'язані з виробництвом. З урахуванням особливостей поведінки вибіркових статистик параметра Ne вперше запропоновано оцінку та прогнозування якості технології виробництва виробів ТВ3-117ВМ проводити за допомогою -діаграм параметра форми розподілу Вейбулла, а саме : побудова довірчих границь для параметра цього розподілу і вивчення вибіркових оцінок відносно цих границь. Нижня н та верхня в довірчі границі утворюють довірчий інтервал для , що відповідає довірчій імовірності

(3)

На рис.2 показано діаграму вибіркових оцінок . Спостережуване на діаграмі (див. рис. 1) різке збільшення асиметрії вибірок 49-57 подається на діаграмі (див. мал.2) значеннями , близькими до одиниці. Оскільки розподіл Вейбулла можна розглядати як узагальнення експоненціального розподілу (при =1), то було зроблено висновок: вибірки 49-57 розподілені експоненціально. Це є свідченням зниження потужносних характеристик ГТД, які пов'язані з виробництвом (зниження к компресорів, к.к.д. турбін і т.д.).На базі проведеного аналізу поведінки вибіркових запропоновано контроль і прогнозування за параметром Ne проводити по нижніх довірчих границях параметра . Верхня довірча границя в може бути взята не жорстко і служити як контрольно-інформативна.

Виходячи з цього, запропоновано мати чотири рівня односторонніх довірчих імовірностей (див. рис. 2), відповідних довірчим границям

(1)3 - 0,95 - границя коректуючого впливу (н)3;

(1)4 - 0,98 - критична границя (н)4.

Аналіз діаграм вибіркових указує на те, що для одних стендів лінія вибіркових лежить ближче до 1, чим на інших. Ця особливість свідчить про наявність систематичної похибки у системі вимірювання Ne.

Аналіз діаграм параметра Тз показав: прийнятною статистичною моделлю може бути закон Вейбулла, однак, використання перетворення (Тз)=Тз -1 при апроксимації тим же законом більш прийнятне. Розглянувши поведінку вибіркових середніх по стендах, можна зробити такі висновки:

На протязі календарного року спостерігається періодичність, яка виражена на лінії вибіркових середніх двома “горбами” росту температури, що припадають на травень-червень і вересень-жовтень (аналогічне спостерігається для параметра Ne).

З переходом від злітного до крейсерського режиму періодичність і характер поведінки вибіркових середніх не змінюються.

Тенденція до росту Т3 у теплі періоди року може бути пов'язана з похибками приведення параметра з САУ (Т0=288,15 К (15,15 С), В0=0,101(3) МПа (760 мм.рт.ст.)), а виникнення “горбів” - є нестабільністью виробництва. Нестабільність ця має дві складові: об'єктивну : що має випадкову природу, і суб'єктивну - як результат цілеспрямованого впливу на процес виготовлення окремих елементів ГТД (наприклад, відкриття чи прикриття, що практикується, соплових апаратів (в межах допуску) компресорів або турбін).

Вперше встановлено, що із зростанням температури в окремі пори року спостерігається зменшення поля розсіювання вимірювальних значень температур. Це дає підстави стверджувати, що надходження на станцію у травні-червні та вересні-жовтні “гарячих” двигунів не веде до їх за бракування через штучне заниження параметрів при налагодженні.

Як коректуючі сигнали процесу виробництва за параметром Т3 прийнято вважати моменти перетинання довірчих границь до середніх з довірчими границями генерального середнього .

Вивчення статистичних характеристик параметра GT базувалося на тих же методах, що і при вивченні параметрів Ne та Т3. Аналіз діаграм GT вказує на те, що гранично допустимі значення для всіх перехідних режимів і тих, які установилися, явно завищені, що дає можливість виробництву знижувати вимоги до виготовлення окремих елементів ГТД, а це небажано, і, природно, відбивається на показниках якості готової продукції. На додаток цього було встановлено :

1. По всіх стендах і режимах на протязі року спостерігається “дрейф” вибіркових середніх, виражений двома “горбами” збільшення витрат палива, що приходяться на ті ж часові періоди, що і для параметра Т3 .

2. Спостерігаючи періодичність вибіркових середніх і мод на одних стендах маємо тенденцію до зниження Gт у часі, а на інших - до зростання.

3. Збільшення витрат палива призводить до різкого збільшення асиметрії і розсіювання значень параметра.

Видно, що періодичність, яка спостерігається, пов'язана з температурною напруженістю ГТД. Причини появи менш економічних партій двигунів викликані наявністю в ГТД вузлів, які мають занижені характеристики. Ця особливість має суто виробничий аспект і не зв'язана з методикою ведення параметрів до САУ і якістю вимірювання параметрів при випробуваннях.

Зовсім іншу картину має тенденція, яка спостерігається на діаграмах, зростання значень параметра GT на одних стендах і зниження - на інших. Це пов'язано з якістю роботи датчиків ТДВ, характеристики яких змінюються через різне напрацювання на різних стендах. На базі запропонованого способу аналізу даних було розроблено алгоритм приймального статистичного контролю якості. Разом із службами ВГТ і складального цеху ВАТ “Мотор Січ” удосконалено технологію виробництва , ступенів соплових апаратів виробів ТВ3-117.

Оцінка якості ГТД здійснюється по імовірності виходу хоч би одного параметра за критичні межі. Виходячи з програми випуску виробів, оцінку імовірносних розподілів необхідно проводити у випадку виходу Р%-них границь за установлені межі. Події, які полягають у тому, що Р%-ні квантилі вибіркових розподілів не виходять за установлені межі означають, що процес виробництва ГТД є статистично керований. Граничні межі регулювання для кожного параметра і стенда залишаються незмінними до того моменту, доки вони не будуть змінені при узгодженні між замовником і виготовлювачем на підставі аналізу 95%-них границь регулювання параметрів. При виході за ці межі потрібно провести аналіз технологічного процесу виробництва для усунення порушень та уточнення статистичних процедур. Запропонована модель дозволяє прогнозувати можливі дефекти виробничого характеру і розробляти засоби технологічного впливу на виправлення дефектів.

Четвертий розділ присвячений удосконаленню технологічного процесу проведення регламентних робіт (р. р.) стендів двигунів ТВ3-117ВМ ,що випробовуються. Технологічний процес проведення р. р. має достатньо складну структуру (див. рис.3). При цьому техпроцес включає: п'ятнадцятиденні, місячні, трьохмісячні, піврічні, річні р. р. У практиці випробувань ГТД було припущення, що місячні р. р. щодо перевірки вимірювальних систем параметрів "потужність Ne", "температура Т3", "витрати палива GT", "частот обертання роторів nтк, nст" проводити недоцільно. Не маючи науково обгрунтованих висновків для цього припущення, ніяких конкретних дій, спрямованих на зменшення кількості р. р., не розпочиналось.

У розділі розглядається підхід, який дозволяє оцінити вплив місячних р. р. стендів, що базується на статистичному аналізі даних, використаних у роботі.

Для оцінки впливу р. р. на статистичні характеристики та поведінку параметрів, які досліджуються, при переході від двигуна до двигуна було запропоновано сформувати статистичні ряди абсолютних різниць суміжних вимірів параметрів за результатами випробувань на протязі календарного року. Утворений ряд по кожному стенду має такий вигляд:

Ряд (4) містить значення всіх різниць, як таких, що приходяться, так і таких, що не приходяться на регламентні роботи. Отже, суму можна подати у такому вигляді:

Для розв'язання задачі слід використати статистичні процедури щодо виявлення значущості різниць статистик сформованих рядів. Для цього спочатку потрібно було переконатись, що на різних стендах закони розподілу відповідних рядів ідентичні. Ця умова для кожного ряду по чотирьох стендах А, Б, В, Г була записана в такому вигляді:

Оскільки вид розподілу не вказаний, ми зіштовхуємся з гіпотезою непараметричного стендах ідентичні. Для вирішення поставленого завдання було використано двовибірковий V - критерій Вілкоксона, оснований на рангових порядкових статистиках. Аналіз значень VА-Б, VБ-В, VВ-Г критерію свідчить про відсутність значущої різниці з 5%-ним рівнем.

Дисперсійний аналіз виявлення впливу регламентних робіт на параметри, які досліджуються, вказав на відсутність відмінності у дисперсіях рядів

У результаті вивчення процесу та аналізу поведінки досліджуваних параметрів двигунів були видані рекомендації щодо зміни строків проведення регламентних робіт стендової вимірювальної апаратури, що в 2,2 раза підвищило стендовіддачу.

П'ята глава присвячена розробці принципово нового технологічного процесу, пов'язаного з еталонуванням (порівнянням) стендів для контролю та випробування ГТД.

Запропонований спосіб формування статистичних рядів дає можливість розробити методику порівняння стендів без використання еталонного двигуна, оскільки еталонування двигуном має ряд суттєвих недоліків. До них можна віднести:

Еталонний двигун не може бути використаний за призначенням і в строк.

На еталонування витрачається частина ресурсу двигуна, що неприпустимо для двигунів одноразового використання.

Еталонування двигуном вимагає зупинки стенду.

Неможливість безперервного спостереження за роботою стендового технологічного обладнання, а тим більше порівняльного аналізу по стендах.

Саме по собі поняття “еталонний” може бути прийняте досить умовно, оскільки такий двигун не виготовляється за якоїсь еталонної технології.

Виходячи з цього було здійснено крок щодо пошуку більш дешевого та надійного способу порівняння стендів, в основу якого покладені теоретично-імовірністні методи.

Оскільки стенди відрізняються один від одного і ця різниця після еталонування (двигуном) стає все більш суттєвою, можна стверджувати, що і вихідні характеристики випробуваних двигунів мають відмінності в силу цих причин. При порівнянні, наприклад, середніх арифметичних і дисперсій абсолютних різниць було встановлено, що мінімальне значення цих статистик має стенд А. Відзначимо, що еталонування стендів двигуном дало аналогічний результат. Отже, можна провести дисперсійний аналіз порівняння стендів, взявши єталонний стенд А (для досліджуваного проміжку часу), використавши двовибірковий критерій F. Розрахунки показали, що відмінності в дисперсіях незначущі між стендами А і Б і значущі між стендами А, В і Г. Порівнюючи середні абсолютних різниць і по стендах використаємо випадок, коли дисперсії невідомі і не допускається, що вони рівні між собою. При цьому слід використати лівий t-критерій, оскільки мало припущення, що стенди Б, В і Г відрізняються від стенда А. Розрахунки t-критерію порівняння середніх указали на те, що стенди А і Б та А і Г не мають значущої різниці, в той час як стенди А і В відрізняються значно.

Поданий спосіб порівняння динамічний, тобто порівняльний аналіз можна вести безперервно за допомогою ЕОМ по нагромаджених сукупностях шляхом послідовного зсуву зі зміщенням.

Таким чином, середнє арифметичне та дисперсія абсолютних різниць і - дві найважливіші характеристики запропонованого методу. Середнє арифметичне - характеризує відхилення рівнів від еталонного рівня, дисперсія - дозволяє порівняти розкид параметрів, привнесений стендовим вимірювальним обладнанням.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

1. Виконано комплекс теоретичних, експериментальних досліджень і розробок, що дозволяють розробити стохастичний метод оцінки технології виробництва ГТД за результатами контрольних випробувань, який дозволяє зробити імовірнісну оцінку та прогнозування показників якості продукції, що виробляється.

2. На основі результатів комплексних досліджень реалізовано у виробництві двигунів ТВ3-117ВМ метод удосконалення технологічного процесу виготовлення ГТД за допомогою точнісних діаграм статистичного контролю якості, що грунтується на вибірковому методі зі зміщенням. Метод достатньо динамічний, тобто дозволяє формувати вибірки різного об'єму при заданому зміщенні k залежно від програми випуску двигунів диференційовано по стендах. Метод реалізовано у вигляді робочої програми на ЕОМ, яка працює в складі автоматизованої інформаційно-вимірювальної системи випробувальної станції ВАТ "Мотор Січ".

3. Встановлено, що розподіл випадкових величин параметрів"потужність Ne", "температура газів перед турбіною Т3", "годинні витрати палива GT" за накопиченими сукупностями N, мають асиметричну форму. Використання різноманітних законів розподілу випадкових величин показало, що найкращу сходимість за критерієм ХІ-квадрат на всіх режимах і стендах по параметрах Ne i GT показав закон розподілу Вейбулла, а для параметра Т3 закон Вейбулла прийнято при умові перетворення ( Т3)= Т3-1. Це дозволяє з більшою вірогідністю оцінити технологічний процес виробництва.

4. Встановлено "дрейф" значень випадкових величин параметрів Ne, Т3, GT виробів ТВ3-117ВМ на протязі календарного року, що пов'язано з нестабільністю виробництва та похибками приведення параметрів до САУ. У зв'язку з цим було розроблено та впроваджено у виробництво карти контрольних рівнів для оцінки та прогнозування стабільності техпроцесу виробництва.

5. Як коректуючі сигнали погіршення технологічного процесу виробництва двигунів за параметрами Т3 і GТ запропоновано вважати пересічення довірчих границь вибіркових середніх з довірчими границами генерального середнього .

6. Вперше запропоновано контроль за стабільністю технологічного процесу за параметром Nе здійснювати за параметром форми розподілу Вейбулла, що спрощує розрахунки та підвищує точність оціночних процедур.

7. Встановлено, що із зростанням температури Т3 в окремі сезони року спостерігається зменшення поля розсіяння параметра. Це дає підставу стверджувати, що частина двигунів, які надходять до випробувальної станції, має завищений показник по параметру Т3 і може привести до перегріву робочих лопаток турбіни.

8. Аналіз точнісних діаграм параметра GТ на різних стендах вказує на наявність систематичної похибки. Це пов'язано з якістю роботи турбінних датчиків витрат (ТДВ), характеристики яких змінюються під час експлуатації. Цю проблему можна вирішити одночасово зміною датчиків ТДВ на всіх випробу вальних стендах.

9. Разом із службами ВГТ та складального цеху ВАТ "Мотор Січ" розроблено технологію вдосконалення виробництва I та III ступенів турбін виробів ТВ3-117.

10. Удосконалено та впроваджено у виробництво технологію проведення регламентних робіт стендового технологічного обладнання випробувальної станції підприємства "Мотор-Січ", що у 2,2 раза знизило витрати на проведення регламентних робіт стендів.

11. Розроблено принципово нову технологію еталонування стендового технологічного обладнання без використання эталонного двигуна, яка має декілька переваг перед існуючими на серійних випробувальних станціях авіамоторобудівних підприємств.

К головним перевагам даної технології можна віднести:

підвищення стендовіддачі у 2-2,5 рази;

підвищення вірогідності вимірювання головних параметрів внаслідок автоматизації технології контролю та випробувань;

економію палива, енергії, робітничої праці та інших витрат, які дозволяють одержати економію на "Мотор Січ" порядку 250 тис.крб. (за розрахунками 1988 р.) на рік.

Найбільш ефективним є використання цієї технології на випробувальних станціях двигунів одноразового використання.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Морозов Л.В., Кириченко 0.И. Использование выходных параметров ГТД для совершенствования технологического процесса их производства // Вестник ХГПУ. - Харьков, 1998.- Вып.21. - С.126-128.

2. Кириченко О.И. Способ формирования информационного массива выходных параметров серийно выпускаемых изделий // Вестник ХГПУ.-Харьков, 1998.-Вып.21.-С.119-121.

3. Морозов Л.В., Кириченко 0.И. Выбор оптимальных сроков проведения регламентных работ стендовой измерительной аппаратуры при испытаниях авиационных ГТД // Авиационная промышленность. - 1989. - № 6. - С.68-69.

4. Морозов Л.В., Кириченко 0.И. Оценка качества производства ГГД по результатам контрольно-сдаточных испытаний // Авиационная промышленность. - 1987. - №10. - С.66-67.

5. Кириченко О.И. Выборочное распределение среднемассовых температур газов перед турбиной по результатам контрольно-сдаточных испытаний//.: Интенсификация технологических процессов и повышение ресурса изделий.-К.: УМК ВО, 1991.-С.79-85.

6. Кириченко О.И., Калайда А.Ф., Хуповка В.П. Применение средств вычислительной техники при стендовых испытаниях авиадвигателей// Труды отраслевого семинара "Опыт автоматизации испытаний двигателей".- Уфа: Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей.-1988.-С.18-19.

7. Кириченко О.И. Оценка качества ГТД по выборочному распределению данных контрольно-сдаточных испытаний// Труды отраслевого семинара "Опыт автоматизации испытаний авиадвигателей".-Уфа:Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей.-1988.-С.27.

8. Кириченко О.И. Статистический анализ параметров газотурбинных двигателей в процессе контрольно-сдаточных испытаний// Тез. докл. научно-техн.конф.-Запорожье,ЗМІ, 1984.-С.44.

Размещено на Allbest.ru