Эксплуатация, модернизация и утилизация наземных ТиТТМО

Лекция по дисциплине «Основы производства, эксплуатации, модернизации и утилизации наземных ТиТТМО» Весь процесс создания нового образца или модернизированного варианта ав- томобиля состоит из целого комплекса проектно-конструкторских и опытно- экспериментальных работ. Решение на разработку конструкции новой или модернизированной модели является основной предпосылкой для выбора главных конструктивных и эксплуа- тационных параметров будущей машины. Эти параметры должны соответство- вать трём главным требованиям. 1. Технические требования, определяющие способность машины выполнять технологические функции и производственные задания на заданном уровне экс- плуатационных свойств. 2. Социальные требования, определяющие способность машины удовлетво- рять потребности общества, обеспечивать облегчение труда, улучшение его усло- вий и повышение безопасности; 3. Экономические требования, определяющие целесообразность внедрения новой машины в производство, то есть возможность получения определённой экономии в результате применения этой машины. В процессе проектирования автомобиля сначала намечается общая схема за- дач, которая затем последовательно развивается и уточняется в деталях. Взаимосвязь основных этапов ОКР в процессе создания новой модели автомо- биля показана на рис. 1. На предварительном этапе ОКР определяется необходимость создания новой или модернизированной модели автомобиля, которая диктуется требованиями рынка, так как падение спроса на выпускаемую машину вынуждает предприятие снимать её с производства по экономическим показателям. Поэтому при правиль- ной стратегии планирования типажа выпускаемых моделей необходимы грамот- ные исследования перспектив рынков сбыта автомобильной техники. Специалисты-маркетологи постоянно следят за тенденциями изменения оте- чественного и зарубежного рынков для своевременного обновления выпускаемой продукции. В противном случае предприятие терпит убытки и может стать бан- кротом. Это не относится к техническим заданиям на проектирование и изготов- ление специальной автомобильной техники, которая производится единичными экземплярами и, как правило, носит уникальный характер. В этой связи следует рассмотреть некоторые аспекты комплексного процесса проектирования автомобилей. Экономические преобразования в России обнажили проблемы развития отече- ственного автомобилестроения сразу по многим направлениям. Приток импорт- ной автомобильной продукции потеснил на российском рынке отечественные ав- томобили. Встала проблема повышения конкурентоспособности наших автомо- билей, которая усугубляется тем, что в результате распада СССР произошёл разрыв многих кооперационных связей. Рис. 1. Основные этапы ОКР по созданию нового автомобиля Вне России осталось около 45 % автомобильных предприятий и более 30 % заводов, производящих комплектующие изделия. Это заставило российских авто- производителей переоснащать производственные мощности, восстанавливать и создавать новые кооперационные связи, в том числе с зарубежными фирмами и главное – разрабатывать и осваивать новые современные модели автомобилей, Уже сегодня на нашем внутреннем рынке появилась ощутимая конкуренция между отечественными и зарубежными автопроизводителями, а с учётом того, что мировые рынки давно поделены, внедриться туда российским фирмам крайне сложно. В условиях рыночной экономики предъявляются жёсткие требования к разработчикам и производителям автомобильной техники, так как в отличие от существовавшего когда-то у нас планово-распределительного производства фи- нансовое благополучие современных предприятий зависит прежде всего от вы- пуска конкурентоспособной продукции. Недостатком прежнего отечественного автомобилестроения можно также счи- тать деление выпускаемых автомобилей на продукцию для внутреннего и внеш- него рынков. В этом случае автомобили, предназначенные для внутреннего рын- ка, могут легко вытесняться импортными моделями. Так происходит в настоящее время на российском рынке легковых автомобилей. Ориентация выпускаемых автомобилей на внешний рынок обеспечивает их успешную реализацию и пер- спективы процветания фирмы. Именно так работают японские, южно-корейские и многие европейские фирмы, которые 60 % выпускаемых автомобилей экспорти- руют. Отечественные производители, ориентируясь в основном на внутренний рынок, уже отстали в техническом уровне от зарубежных фирм почти на 20 лет. Комплексное планирование проектных работ позволяет определить конкрет- ные цели и обосновать параметры новой модели, разработать структуру всего процесса проектирования, рассчитать необходимые объёмы и источники финан- сирования, сформировать на конкурсной основе коллектив исполнителей, подго- товить и заключить необходимые договора, определить сроки выполнения работ, составить график работы над проектом, рассчитать потребность в ресурсах, со- ставить смету и бюджет проекта, спланировать и учесть возможный риск, обеспе- чить контроль за выполнением всех работ. Исходные данные для проектирования главным образом базируются на марке- тинговых исследованиях, когда автомобиль планируется использовать в конкрет- ном сегменте рынка. При таком подходе возможность создания конкурентоспо- собного, экономически эффективного автомобиля значительно повышается. Не- доработки программно-целевого метода проектирования при создания новой мо- дели автомобиля приводили к недостаточному пониманию оценки конкуренто- способности новой модели на этапах её разработки. Как известно, неконкуренто- способная продукция рынку не нужна, поэтому производитель, начиная с этапа предпроектных исследований должен приложить все усилия на должную органи- зацию проектных работ. Упущения проектного этапа уже никакими средствами не поправишь на других этапах жизненного цикла товара. Жизненный цикл любого автомобиля начинается с организации проектных работ и его будущее определяется качеством научно-исследовательских и опыт- но-конструкторских работ (НИОКР), Поэтому предприятие, претендующее на вы- сокие конкурентные позиции, должно иметь в своем арсенале совершенную тех- нологию разработки нового автомобиля, которая исключала бы постановку на производство неконкурентоспособного товара. От начала проектирования и до утилизации автомобиль проходит ряд этапов, главные из которых − маркетинговые исследования, разработка, изготовление, реализация, эксплуатация, утилизация. Проектирование является ключевым эта- пом жизненного цикла изделия, так как именно здесь формируется и разрабатыва- ется материальная база идеи, рожденной потребностями. Ведущие автомобильные фирмы давно учитывают общеизвестное правило «70 – 20 – 10», согласно кото- рому 70 % отказов происходит из-за упущений при проектировании, 20 % – из-за некачественного изготовления и 10 % – из-за несоблюдения правил эксплуатации. Если фирма обладает способностью разрабатывать, производить и обслуживать в эксплуатации свои изделия лучше, чем конкуренты, она имеет перспективу ут- вердиться в выбранном сегменте модельного ряда автомобилей. Принятая на предприятии технология проектирования и разработки должна быть направлена на комплексное решение как технических, так и коммерческих проблем проекти- рования новой модели. Оценочные критерии нового автомобиля должны превосходить показатели конкурентов. На самых ранних этапах проектирования необходимо добиваться конкурентоспособности новой модели. Её оценочный показатель должен быть не меньше, чем у автомобилей-конкурентов. Если новый автомобиль по эффектив- ности в эксплуатации явно уступает аналогам, “провал” на рынке ему обеспечен. Новый автомобиль должен приносить прибыль производителю. Автозаводы уже сегодня принимают решение о выпуске нового автомобиля только тогда, ко- гда инвестиции окупаются в разумные сроки, а прибыль от новой модели будет значительно превышать доходы, получаемые от выпускаемых автомобилей. Кроме технических характеристик и экономичности, к современному автомо- билю предъявляются очень высокие требования по безопасности и экологично- сти, которые обычно нормируются на международном (Правила ЕЭК ООН, Директивы ЕС) или государственном уровнях. Несоответствие автомобилей международным требованиям экологичности и безопасности вытесняют их с ме- ждународного рынка. При разработке технологии комплексного проектирования конкурентоспособ- ных автомобилей необходимо использование принципа многовариантности. Проектирование автомобиля осуществляется на начальных этапах его созда- ния и представляет собой процесс, складывающийся из ряда последовательно вы- полняемых работ, в ходе которых создается конечный продукт – чертёжно- техническая документация (ЧТД) для производства. Основа экономической эф- фективности и конкурентоспособности новой модели закладывается в предпро- ектном этапе. Эта основа материализуется при подготовке производства нового автомобиля и в полной мере реализуется в его эксплуатации. Предпроектный этап сочетает техническую деятельность с коммерческой и базируется на маркетинго- вых исследованиях и деятельности проектно-исследовательской службы фирмы. В каждом из этапов проектирования должен применяться комплексный под- ход к проектированию с соблюдением следующих принципов: • процесс осуществления поставленной цели начинается с разработки общей сис- темы подготовки и реализации производства новой модели автомобиля; • жизненный цикл автомобиля при проектировании новой модели рассматрива- ется как целостная система, причём результаты одного этапа являются входными данными последующего этапа; • для достижения общей цели рассматриваются и анализируются альтернативные варианты решений; • цели отдельных этапов не должны противоречить целями всей системы; • общая система состоит из подсистем и они иерархичны. В предпроектном этапе разработки нового автомобиля необходимо выполнить комплекс предварительных работ: • исходя из рыночного спроса, установить тип проектируемого автомобиля; • выявить потенциальных покупателей, рынки сбыта и необходимый объём выпуска выбранного типа автомобиля с учётом заданного периода производства; • определить автомобили-конкуренты, их технико-экономические показатели, по- тенциальные возможности; • установить тенденции развития выбранного типа автомобиля и технико- экономические перспективы, опережающие параметры автомобилей-конкурентов; • на основе предварительно принятых технических показателей определить себе- стоимость и технико-экономическую эффективность в сравнении с аналогами; • установить возможные каналы сбыта и организационные мероприятия по тех- ническому обслуживанию и ремонту автомобилей, разработать мероприятия по действенной рекламе. На всех этапах комплексного проектирования новой модели автомобиля необ- ходимо детально планировать выполняемые работы. 1. Предпроектные работы: • анализ рынка в выбранном сегменте моделей автомобилей; • прогнозирование спроса; • определение предпочтений покупателей; • выбор типа нового автомобиля; • оценка технического уровня автомобилей-конкурентов; • прогнозирование параметров разрабатываемого автомобиля; • анализ внутренних и международных нормативных требований; • оценка собственных производственных возможностей; • позицирование на целевом рынке; • установка норм конкурентоспособности. 2. Разработка технического задания: • правильный выбор конструктивных и эксплуатационных параметров нового ав- томобиля, их оптимизация по критерию конкурентоспособности; • технико-экономический анализ эксклюзивности и перспективности параметров нового автомобиля, учёт требований потребителей; • обеспечение современного дизайна и требований экологичности; • ориентация на новые материалы и передовые технологии; • предварительный расчёт себестоимости и лимитной цены проектируемой моде- ли автомобиля; • предварительное определение объёма выпуска нового автомобиля; • применение многовариантности решений. 3. Разработка эскизного проекта: • выбор компоновки новой модели; • разработка кинематических схем агрегатов и систем нового автомобиля; • оценка уровня унификации и стандартизации новой модели; • технико-экономический анализ проектируемого автомобиля в целом. 4. Разработка рабочего проекта: • разработка полного комплекта ЧТД (схемы, сборочные чертежи, рабочие чер- тежи, уточнённые расчёты, описание конструкции и др.); • всестороннее обсуждение рабочего проекта и внесение изменений в ЧТД. 5. Разработка ЧТД на испытательные стенды и установки, на ходовые макеты: • отбор новых узлов, агрегатов и систем, оптимизация их параметров; • выбор современных стендов или создание ЧТД на их изготовление; • разработка ЧТД на изготовление ходовых макетов для проведения дорожно- полигонной проверки новых агрегатов и систем. 6. Создание и доводочные испытания опытных образцов нового автомобиля: • сборка опытных образцов нового автомобиля с выявлением конструктивных ошибок, корректировка ЧТД; • разработка программы доводочных испытаний; • общая организация проведения доводочных испытаний новой модели; • проведение доводочных испытаний, выявление недостатков новой модели и внесение изменений в ЧТД; • проверка соответствия новой модели автомобиля и его технико- эксплуатационных показателей техническому заданию, проектной документации и действующим нормативным документам; • проверка нескольких вариантов предлагаемых конструктивных решений и вы- бор оптимального; • проверка работоспособности автомобиля и определение предварительной на- дёжности новой машины; • уточнение эксплуатационных параметров; • выявление недостатков конструкции и их устранение с внесением изменений в чертёжно-техническую документацию; • определение трудоёмкости и стоимости технического обслуживания и техниче- ского ремонта; • определение экономической эффективности использования машины; • проверка соответствия международным нормам и требованиям экспорта; • выявление экспортных возможностей новой модели. 7. Технологическая подготовка производства: • разработка технологических процессов изготовления и сборки новой модели ав- томобиля; • использование системы стандартов ISO 9000; • сертификация производства; • организация пооперационного контроля качества; • организация входного контроля качества комплектующих изделий и применяе- мых материалов; • минимизация финансовых, временных и трудовых затрат; • разработка мероприятий по сокращению сроков освоения производства; 8. Производство и испытания установочной партии новых автомобилей: • отработка технологии изготовления и сборки новой машины, обучение рабочих и технического персонала; • определение окончательных значений конструктивных, эксплуатационных, экономических, экологических и социальных показателей нового автомобиля; • оценка окончательной надёжности автомобиля; • оценка общего технического уровня новой модели и её соответствия междуна- родным экологическим требованиям и нормам безопасности; − уточнение паспортных данных и гарантийных обязательств. − определение экспортных возможностей. 9. Разработка мероприятий по организации подготовки и продаж автомо- билей, которые готовятся к производству: • создание широкой и эффективной отечественной и зарубежной дилерской сети; • разработка мероприятий по индивидуальной комплектации нового автомобиля; • разработка ценовой политики с учётом спроса; • разработка политики поддержки имиджа фирмы на должном уровне. 10. Планирование эксплуатационных возможностей нового автомобиля: • разработка мероприятий по получению полезного эффекта; • разработка мер по минимизации совокупных эксплуатационных затрат; • развитие сети технического обслуживания и ремонта; • разработка мероприятий по выполнению гарантийных обязательств. • организация утилизации отработавших свой срок автомобилей. При конструировании автомобилей сегодняшние новшества завтра становятся обычными решениями, поэтому технические достижения, дающие экономический эффект, следует учитывать ещё на стадии проектирования. На первой стадии изыскательных и конструкторских работ на основе предва- рительных данных прорабатывается эскизный проект. Этот проект рассматрива- ется на научно-техническом совете (НТС) предприятия, где обсуждаются положи- тельные и отрицательны стороны выполненных работ и вносятся коррективы в ЧТД. По мере накопления информации, уточнения исходных данных, увеличения конструкторского, статистического, экспериментально-исследовательского и рас- чётного материалов появляется возможность переходить к разработке рабочего проекта. На этом этапе ОКР создаются уточнённые чертежи и расчёты, макеты и необходимое испытательное оборудование. Рабочий проект тоже выносится на обсуждение членами НТС, где принимают участие все главные специалисты предприятия (главный конструктор, главный технолог, главный металлург, глав- ный сварщик, начальник отдела снабжения и др.). Затем после учёта всех замеча- ний и изменений изготавливаются узлы и агрегаты нового автомобиля, которые проходят этап всесторонних испытаний на стендах. По результатам этих испыта- ний уточняется ЧТД и вносятся изменения в конструкцию механизмов. Следующий этап ОКР – сборка, опытных образцов автомобилей. Этот этап от- крывает обширные работы по доводке новой модели. В экспериментальном цехе собирается 3…5 опытных образцов, которые выходят на основные заводские ис- пытания (если они проводятся в условиях завода) или на основные полигонные испытания (на автомобильном полигоне). Технологи по уточненным чертежам создают технологическую документацию на изготовление новой модели и вместе с отделом подготовки производства соз- дают новые технологические линии для выпуска автомобилей. Эти производст- венные мощности отлаживаются и на них производится выпуск автомобилей установочной партии (20…25 экземпляров). Основная цель испытаний устано- вочной партии – отработка технологии изготовления, уточнение чертежно- технической документации по результатам нового производства, контроль каче- ства производства, сборки и продукции поставщиков. После постановки на производство испытаниям подвергаются серийные или массовые образцы, то есть автомобили текущего производства. Эти испытания не прекращаются в течение всего периода производства и реализации автомобилей. Последним этапом ОКР являются испытания автомобилей (по утверждённой технологии), прошедших капитальный ремонт (если он заранее предусмотрен). Для разработки эффективного, конкурентоспособного автомобиля должны быть обеспечены четыре основные условия: 1) качество маркетинговых исследований и предварительных НИР («вход») должны быть высокими; 2) качество работ на этапе разработки, то есть квалификация разработчиков и применяемые методы проектирования, должно отвечать условиям создания кон- курентоспособного автомобиля; 3) внешняя и внутренняя среда и обстановка должны быть благоприятными для успешной работы; 4) организация и материально-техническое обеспечение работ, способствующие переработке качественного «входа» системы в качественный «выход» должны быть на высоком уровне. Оценка качества “выхода” при комплексном системном подходе к проектиро- ванию равна низшей оценке предыдущих элементов, то есть, если не обеспечен высококачественный «вход», то не приходится ждать качественного «выхода». Вот почему при маркетинговой концепции разработки новых конструкций авто- мобилей особое внимание уделяется предпроектному этапу – стратегическому маркетингу, предшествующему этапу составления технического задания. Процесс разработки насквозь пронизывается идеей наиболее полного соответ- ствия нового товара требованиям потребителей и его конкурентоспособности. Ес- ли автомобиль не соответствует запросам покупателей и уступает конкурирую- щим моделям по интегральному показателю «качество − цена», то он не найдет спроса на рынке, что в свою очередь может привести к огромным потерям фирмы. Причинами неудач товара на рынке могут быть: • неправильное определение нужд потребителей; • неправильное представление у потребителей о новом автомобиле; • плохое качество изготовления; • низкие эксплуатационные показатели нового автомобиля; • недостаточные маркетинговые исследования, по результатам которых неверно определены потенциальные рынки, объём производства, цена автомобиля; • плохой дизайн автомобиля; − недостаточная комфортабельность; • недостаточный анализ автомобилей-аналогов и деятельности конкурентов; • низкие показатели безопасности автомобиля; • запаздывание в организации или отсутствие всех служб сервиса автомобилей. Перечисленные причины неудачи новой модели автомобиля на рынке должны быть учтены уже в техническом задании. Для этого оно должно разрабатываться на основе комплексного подхода к проектированию. Основные факторы, которые необходимо анализировать и учитывать на про- тяжении жизненного цикла вновь создаваемого товара, в том числе и нового ав- томобиля, приведены на рис. 2. Перечисленные ниже работы определяют конку- рентоспособность и эффективность выпускаемого товара. Среди основных этапов ОКР проектные работы занимают не более 20 % вре- менных, трудовых и финансовых затрат, остальное приходится на испытания. По- этому автопроизводители стремятся по возможности сокращать затраты на испы- тания, так как от этого зависит финансовая ситуация на предприятии. Рис. 2. Факторы, определяющие конкурентоспособность и эффективность товара на этапах его жизненного цикла Закономерности технического состояния автомобилей Вопрос 1. Задачи технической эксплуатации Особенности и преимущества автомобильного транспорта, предопре- деляющие его опережающее развитие, связаны (с оперативностью): • с мобильностью: • с гибкостью доставки грузов и пассажиров "от двери до двери": • с соблюдением при необходимости расписания "точно в срок". Эти свойства автомобильного транспорта во многом определяются: • уровнем работоспособности; • техническим состоянием автомобилей и парков, зависящими: ◦ во-первых, от надежности конструкции автомобилей; ◦ во-вторых, от мер по обеспечению их работоспособности в процессе эксплуатации и от условий последней. Работоспособность автомобилей и парков обеспечивается подсистемой автомобильного транспорта – технической эксплуатации автомобилей. Таким образом, техническая эксплуатация автомобилей является одной из подсистем автомобильного транспорта, который включает также подсистему коммерческой эксплуатации (КЭ), или службу перевозок, и подсистему управления (У). Как область практической деятельности ТЭА – это комплекс взаимо- связанных технических, экономических, организационных и социальных мероприятий, обеспечивающих: 1) своевременную передачу службе перевозок или внешней клиентуре работоспособных автомобилей необходимых номенклатуры и количества и в нужное для клиентуры время; 2) поддержание автомобильного парка в работоспособном состоянии при: • рациональных затратах трудовых и материальных ресурсах; • нормативных уровнях дорожной и экологической безопасности; • нормативных условиях труда персонала. Как отрасль науки ТЭА определяет пути и методы управления техни- ческим состоянием автомобилей и парков для обеспечения: • регулярности и безопасности перевозок при наиболее полной реали- зации технико-эксплуатационных свойств автомобилей; • заданных уровней работоспособности и технического состояния; • оптимизации материальных и трудовых затрат; • минимума отрицательного влияния автомобильного транспорта на население, персонал и окружающую среду. Эффективность ТЭА обеспечивается инженерно-технической службой (ИТС), которая реализует цели и задачи ТЭА. В зависимости от вида предприятий и рода их деятельности ТЭА орга- низационно и экономически может выступать в качестве: 1) производственной структуры (подсистемы) конкретного предприятия или их объединений (транспортная компания, холдинг, коммерческое автотранспортное предприятие), осуществляющей наряду с перевозками поддержание парка в работоспособном состоянии; 2) независимого хозяйственного субъекта, оказывающего платные услуги владельцам разнообразных автотранспортных средств всех форм собственности. В первом случае главный вклад ТЭА состоит в том, что она обеспечивает подсистему коммерческой эксплуатации предприятия работоспособными и технически исправными транспортными средствами, т.е. обеспечивает саму возможность реализации транспортного процесса. А задачи подсистем коммерческой эксплуатации и управления – наиболее эффективно использовать исправные автомобили, получить доход и рассчитаться с системой ТЭА в соответствии с ее фактическим вкладом в транспортный процесс и полученной прибылью. Между подсистемами предприятия (или группы предприятий) устанав- ливаются организационно-управленческие и производственно-хозяйствен- ные отношения и связи. Во втором случае, широко распространенном в рыночных условиях, система технической эксплуатации трансформируется в сервисную систему (автосервис). Сервисная система – совокупность средств, способов и методов предо- ставления платных услуг по приобретению, эффективному использованию, обеспечению работоспособности, экономичности, дорожной и экологичес- кой безопасности автотранспортных средств в течение всего срока их службы. В автосервисе исполнитель осуществляет в соответствии с существу- ющими правилами предоставление услуг юридическим и физическим лицам – владельцам автотранспортных средств (потребителям). Потреби- тель использует, приобретает, заказывает услуги по техническому обслу- живанию и ремонту автотранспортных средств либо имеет намерение воспользоваться ими. Исполнителем и потребителем могут быть предприятие, организация, учреждение или гражданин. Техническая эксплуатация и сервис обычно включают для разных предприятий в различных комбинациях следующие основные виды работ и услуг: • подбор и доставку необходимых для предприятия или клиента авто- транспортных средств, оборудования, запасных частей и материалов; ◦ куплю и продажу новых и подержанных автотранспортных средств и агрегатов, их оценку; ◦ предпродажное обслуживание и гарантийный ремонт; ◦ заправку, мойку, уборку и хранение; ◦ техническое обслуживание и ремонт автотранспортных средств в течение их эксплуатации; ◦ инструментальный технический осмотр и подготовку к нему; ◦ продажу запасных частей, материалов, комплектующих изделий и принадлежностей; ◦ предоставление автотранспортных средств в прокат и лизинг; ◦ техническую помощь на линии, эвакуацию; ◦ модернизацию, переоборудование и дооснащение автотранспортных средств, тюнинг; ◦ сбор и утилизацию отходов, образующихся при эксплуатации авто- транспортных средств, включая прием и направление на переработку списанных изделий; ◦ информационное обеспечение владельцев автотранспортных средств; ◦ обучение и консультацию персонала автотранспортных предприятий, предпринимателей, физических лиц – владельцев автотранспортных средств. Главная задача дисциплины "Техническая эксплуатация автомобилей" заключается в профессиональной подготовке конкурентоспособных инженеров для ТЭА на основе: • раскрытия закономерностей изменения технического состояния авто- мобилей в процессе эксплуатации, • изучения методов и средств, направленных на поддержание автомобилей в исправном состоянии • при экономном расходовании всех видов ресурсов, • обеспечении дорожной и экологической безопасности. Вопрос 2. Основные тенденции развития автомобильного транс- порта и его технической эксплуатации Техническая эксплуатация автомобилей, выполняя свои задачи, способ- ствует повышению эффективности работы автомобильного транспорта, влияет на: • объем транспортной работы; • прибыль; • производительность труда персонала; • безопасность транспортного и сопутствующих процессов. Это влияние обеспечивается ТЭА в целом и ее подсистемами, которые называются целереализующими. Наиболее важными из них являются подсистемы: С1 – анализ и формирование потребности в услугах и воздействиях по техническому обслуживанию (ТО), ремонту (Р) и подготовке автомобилей к эксплуатации (внешние потребности – рынок и внутренние потребности предприятия, диверсификация, корректирование производственной программы); С2 – нормативно-технологическое обеспечение и организация поддер- жания и восстановления работоспособности автомобилей и парков (система и виды ТО и ремонта, соответствующие нормативы, технологические про- цессы технического обслуживания, ремонта, хранения, заправки подвиж- ного состава и др.); С3 – производственно-техническая база, характеризуемая видами пред- приятий (АТП, гаражи, станции технического обслуживания (СТО), мастер- ские, склады и т.д.), зданиями, сооружениями, технологическим оборудо- ванием, используемыми при хранении, заправке, техническом обслужива- нии и ремонте; С4 – персонал, состоящий из ремонтных и вспомогательных рабочих, инженерно-технических работников и частично водителей (при их участии в ТО и ремонте), выполняющий работы по техническому обслуживанию, ремонту, хранению и подготовке автомобилей к эксплуатации; С5 – снабжение и резервирование, характеризуемые каналами получе- ния, хранения и методами доставки потребителям запасных частей и материалов, включая топливо, структурой дистрибьюторской сети, порядком расчетов за расходуемые запасные части и материалы и др.; Материально-техническое снабжение С6 – эксплуатационные материалы и подвижной состав, качество, кон- структивное совершенствование, уровень надежности, возрастная структу- ра которого фактически определяют объемы и содержание работ по под- держанию и восстановлению работоспособности парков и отдельных автомобилей; С7 – условия эксплуатации подвижного состава (дорожные, природно- климатические, транспортные и другие условия), которые влияют на объем и содержание работ по поддержанию и восстановлению работоспособности парков и отдельных автомобилей. Являясь подсистемой автомобильного транспорта, ТЭА зависит от состояния и тенденций развития автомобильного транспорта, его роли в транспортной системе страны. Состояние и главные тенденции развития автомобильного транспорта, проявившиеся за последние годы и оказывающие непосредственное влияние на ТЭА 1. Сохранение за автомобильным транспортом ведущего положения в транспортном обслуживании отраслей экономики и населения, объясня- емое, прежде всего, гибкостью и оперативностью автомобильного транс- порта, возможностью доставки грузов и пассажиров "от двери до двери" и "точно в срок". В 1998 г. вклад автомобильного транспорта в перевозки грузов в России составил 77%, пассажиров (без индивидуального легкового) – 53%. Эта тенденция свойственна развитым странам. Так, в 15 странах Европейской конференции министров транспорта (СЕМТ) вклад автомо- бильного транспорта в объемы перевозок в 1997 г. составил: по пассажиро- километрам (пасс.-км) – 93%, тонно-километрам (т-км) – 77%. 2. Продолжающийся рост автомобильного парка, увеличивающий нагрузку на ТЭА. С 1970 г. автомобильный парк вырос в 6 раз, составив в 1998 г. 21,7 млн автомобилей и 1,6 млн прицепов и полуприцепов. Только с 1990 по 2000 г. автомобильный парк увеличился в 1,8 раза, в том числе: легковой – на 50%, грузовой – на 10, автобусный – на 14%. 3. Изменения в структуре автомобильного парка страны. Легковые автомобили в 1970 г. составили 28,9% парка, в 1980 г. – 54,1, в 1990 г. – 73,7, в 1995 г. – 79,8 и в 1998 г. – 83,3%. Удельный вес грузовых автомобилей в парке соответственно сокращался: 49,3%, 28,6, 22,6, 17,3 и 14,3%. Подобные пропорции свойственны процессу автомобилизации большинства регионов и стран. Парк легковых автомобилей в мире составляет 77%, в Северной Америке – 75, в Европе – 84, в Азии – 62%. 4. Совершенствование конструкции автомобилей (системы впрыска и компьютерного управления рабочими процессами двигателя, турбонаддув, автоматические коробки передач, антиблокировочные устройства, системы кондиционирования и вентиляции и др.), что способствует повышению технико-эксплуатационных свойств, но одновременно серьезно повышает требования к методам, оборудованию и технологиям обеспечения работоспособности автомобилей при их технической эксплуатации. А появление на автомобильном транспорте десятков тысяч малых предприятий и предпринимателей обострило проблему обеспечения необходимого технического состояния принадлежащих им автомобилей. Вновь организованные, предприятия не имеют, а по экономическим соображениям и не могли иметь, собственной полноценной производ- ственной базы, квалифицированного персонала, а часто традиций и опыта обеспечения работоспособности автомобилей на основе планово- предупредительной системы. 7. Автомобильный транспорт продолжает оставаться из наземных видов транспорта наиболее ресурсоемким и опасным для населения и окружающей среды. Автомобильный транспорт расходует: • 60% топлива нефтяного происхождения; • 70% трудовых ресурсов; • вызывает более 96% дорожно-транспортных происшествий. На автомобильный транспорт приходится 40-50% загрязнения окружающей среды: • в том числе в крупных городах – 60-70%; • а в мегаполисах – более 85%. При этом не менее 25% загрязнений объясняется техническим состоянием автомобилей и производственной деятельностью предприятий автомобильного транспорта. 8. Существенно повысились государственные требования к техничес- кому состоянию, дорожной и экологической безопасности автотранс- портных средств при производстве и эксплуатации, которые приближаются к международным. Обеспечение этих требований в течение всего периода эксплуатации, возможно при качественной работе инженерно-технической службы, определяемой квалифицированным персоналом и использованием при ТЭА методов, оборудования и технологий, адекватных уровню конструкции автомобилей. 9. Развитие конкуренции на транспортном рынке требует детального и оперативного учета и оценки всех статей расходов и доходов, включая ТЭА, на нижних уровнях управления (цехи, участки, бригады, исполнители), воз- можных только при использовании новых информационных технологий – автоматизированных рабочих мест специалистов (АРМ), компьютерной и сетевой техники и др. Весьма негативное влияние на развитие автотранспорта оказала фактическая ликвидация вертикали управления и регулирования деятельности автотранспортных предприятий федеральным центром. В результате: • пока не сформулирована четкая техническая политика отрасли в сфере ТЭА, которая ранее для всех предприятий, независимо от их ведомственной принадлежности, определялась Министерством автомобильного транспорта (сейчас Министерство транспорта); • практически прекратились разработки и обеспечение предприятий со- временной авторитетной нормативно-технологической документацией. • без практики продолжительных приемочных эксплуатационных испы- таний новой техники и материалов и замены их кратковременными стен- довыми и лабораторными автомобильный транспорт как отрасль оказался лишенным собственной информационной базы по реальным показателям качества и надежности автомобилей в эксплуатации, позволявшей ранее федеральному органу, представлявшему интересы многочисленных вла- дельцев автотранспортных средств, предъявлять обоснованные требования к производителям и контролировать их реализацию. Таким образом, специалистам автомобильного транспорта и ТЭА пред- стоит, используя полученные знания, накопленный отраслью опыт и тради- ции, возможности рыночных отношений, сформулировать и реализовать в новых условиях техническую политику обеспечения работоспособности растущего автомобильного парка страны. Вопрос 3. Понятие о техническом состоянии автомобилей Автомобиль может участвовать в транспортном процессе и приносить определенный доход, если он технически исправен и находится в работо- способном состоянии. Техническое состояние автомобиля (агрегата, механизма, соединения) определяется совокупностью изменяющихся свойств его элементов, харак- теризуемых текущим значением конструктивных параметров. Обычно текущие значения конструктивных параметров связывают с наработкой. Наработка – продолжительность работы изделия, измеряемая едини- цами пробега (километры), времени (часы), числом циклов. На автомо- бильном транспорте, как правило, наработка автомобилей исчисляется в километрах пробега, реже (специальные автомобили, внедорожные карьер- ные самосвалы) – в часах. Различают наработку с начала эксплуатации изделия, наработку до определенного состояния (например, предельного) и др. По мере увеличения наработки l, t параметры технического состояния изменяются от номинальных Yн свойственных новому изделию, до пре- дельных Yп при которых дальнейшая эксплуатация изделия по техническим, конструктивным, экономическим, экологическим или другим причинам недопустима. Рис. 1.1. Схема изменения параметров технического состояния: ЗР – зона работоспособности; ЗО – зона отказов; ЗУ – зона упреждения отказов; Упд – предельно допустимое значение параметра; Тр – ресурс изделия; Ту – ресурс упреждения Рис. 1.2. Варианты изменения геометрических параметров деталей: 1 – шейка (втулка), 2 – вал, 3 – диск; YiI • увеличиваются. YiII • сокращаются в процессе работы автомобиля Существуют два характерных варианта изменения параметров тех- нического состояния по наработке: увеличение; сокращение. Величины номинальных предельных и предельно допустимых Yпд значений параметров технического состояния устанавливаются законами, государственными стандартами, постановлениями правительства, норма- тивно-техническими и проектно-конструкторскими документами, систе- матизируются в справочных изданиях, в том числе и международных. Основные причины изменения конструктивных параметров и технического состояния: ◦ нагружение элементов; ◦ взаимное перемещение элементов; ◦ воздействие тепловой и электрической энергии; ◦ воздействие химически активных компонентов; ◦ воздействие внешней среды (влага, ветер, температура, солнечная радиация); ◦ воздействие оператора и др. Последствия и формы изменения конструктивных параметров во времени: изнашивание; коррозия; усталостные разрушения; пластические деформации; температурные разрушения и изменения; старение и др. Работоспособность – состояние изделия, при котором оно может выполнять заданные функции с параметрами, значения которых соответ- ствуют технической документации, т.е. в интервале Уп – Ун. Наработка изделия до предельного состояния Уп называется ресурсом – Lр. В интервале наработки от L = Lо до L = Lр изделие технически исправно и может выполнять свои функции. Если продолжать эксплуатировать изделие за пределами его ресурса, т.е. при наработке L > Lр, наступает отказ, т.е. событие, заключающееся в нарушении или потере работоспособности. Распределение причин отказов автомобилей приведено в табл. 1.2. По практическим соображениям внутри зоны работоспособности выделяют так называемую предотказную зону ЗУ (см. рис. 1.1), в начале которой (при L = Lу) параметр технического состояния достигает своего пре- дельно допустимого Уп.д значения. Значение этого параметра называют также упреждающим. Попадание изделия в эту зону свидетельствует о приближении отказа и необходимости принять профилактические меры по его предупреждению, т.е. по поддер- жанию работоспособности. Общая динамика изменения технического состояния определяется следующим образом: Yi=[Yн Y1  Y2  ...  Yп.д Yн]. Различают отказы автомобиля и его элементов (агрегатов, систем, деталей). В отечественной и международной документации применяется также понятие исправность, которое шире понятия работоспособность и соответствует такому состоянию изделия, при котором оно удовлетворяет всем требованиям документации. Отказ автомобиля – это такое изменение его технического состояния, которое приводит к невозможности начать транспортный процесс или к прекращению уже начатого транспортного процесса. Отказ автомобиля фиксируется в следующих случаях, связанных с техническим состоянием: ▪ опоздание с выходом на линию; ▪ прекращение уже начатого транспортного процесса (линейный отказ); ▪ досрочный возврат с линии (неполное выполнение задания); ▪ принудительное обоснованное недопущение к работе или прекра- щение работы автомобиля на линии контрольными органами (ГИБДД, транспортная инспекция, экологическая милиция). Все остальные отклонения технического состояния от нормы классифи- цируются как неисправности автомобиля. Следовательно, из всей совокупности параметров технического состоя- ния (конструктивных У и диагностических S) особое значение для эксплуа- тации имеют четыре: Yо=Yн, Sо=Sн – номинальное или начальное значение, которое определяется проектно-конструкторской документацией и качеством изготовления изделия; Yп, Sп – предельное значение, превышение которого приводит к отказу изделия и недопустимо; Yпд, Sпд – предельно допустимое значение, которое предшествует предельному и сигнализирует пользователю о необходимости принятия мер по восстановлению технического состояния; Yi, Si – текущее значение параметра, величина которого, определяемая в эксплуатации, свидетельствует о фактическом техническом состоянии изделия. Перечень неисправностей, при которых запрещается эксплуатация транспортных средств, устанавливается на федеральном уровне постанов- лением правительства. Методы проверки приведенных параметров регламентированы ГОСТ 25478-91 "Автотранспортные средства. Требования к техническому состоя- нию по условиям безопасности движения. Методы проверки". 1. Тормозные системы 1.1 При дорожных испытаниях не обеспечиваются следующие нормы эффективной рабочей тормозной системы: значения тормозного пути и установившегося замедления, приведенные в скобках, (см. таблица) распространяются на транспортные средства, производство которых было начато до 1 января 1981 г. Испытания проводятся на горизонтальном участке дороги с ровным, сухим, чистым цементо- или асфальтобетонным покрытием при скорости в начале торможения 40 км/ч – для автомобилей, автобусов и автопоездов Транспортные средства испытывают в снаряженном состоянии с водителем путем однократного воздействия на орган управления рабочей тормозной системой. 1.2. Нарушена герметичность тормозного привода. 1.3. Не действует манометр пневматического или пневмогидравличес- кого тормозного привода. 1.4. Стояночная тормозная система не обеспечивает неподвижное со- стояние: • транспортных средств с полной нагрузкой на уклоне до 16% включительно; • легковых автомобилей и автобусов в снаряженном состоянии на укло- не до 23% включительно; • автопоездов в снаряженном состоянии на уклоне до 31% включи- тельно. 2. Рулевое управление 2.1. Суммарный люфт в рулевом управлении превышает • 10° для легковых автомобилей и созданных на их базе автобусов; • 20° для прочих автобусов; • 25° для грузовых автомобилей. 2.2. Неисправен или отсутствует предусмотренный конструкцией усилитель рулевого управления. 3. Внешние световые приборы 3.1. Количество, тип, цвет, расположение и режим работы внешних све- товых приборов не соответствуют требованиям конструкции транспортного средства. 3.2. Регулировка фар не соответствует требованиям ГОСТ 25478-91. 3.3. Не работают в установленном режиме или загрязнены внешние све- товые приборы и световозвращатели. 3.4. На световых приборах отсутствуют рассеиватели либо исполь- зуются рассеиватели и лампы, не соответствующие типу данного светового прибора. 4. Стеклоочистители и стеклоомыватели ветрового стекла 4.1. Не работают в установленном режиме стеклоочистители. 4.2. Не работают предусмотренные конструкцией транспортного средства стеклоомыватели. 5. Колеса и шины 5.1. Шины легковых автомобилей имеют остаточную высоту рисунка протектора менее 1,6 мм, грузовых автомобилей – 1 мм, автобусов – 2 мм. 5.2. Шины имеют местные повреждения (пробои, прорезы, разрывы), обнажающие корд, а также расслоение каркаса, отслоение протектора и боковины. 5.3. Отсутствует болт (гайка) крепления или имеются трещины диска и ободьев колес. 5.4. Шины по размеру или допустимой нагрузке не соответствуют модели транспортного средства. 5.5. На одну ось автобуса или прицепа к нему установлены диагональ- ные шины совместно с радиальными или шины с различным типом рисунка протектора. 6. Двигатель 6.1. Содержание вредных веществ в отработавших газах и их дымность превышают величины, установленные ГОСТ 17.2.2.03-87 и ГОСТ 21393-75. 6.2. Нарушена герметичность системы питания. 6.3. Неисправна система выпуска отработавших газов. 7. Прочие элементы конструкции Не работает звуковой сигнал. Не работают замки дверей кузова или кабины, запоры бортов грузовой платформы, запоры горловин цистерн и пробки топливных баков, механизм регулировки положения сидения води- теля, аварийные выходы и устройства приведения их в действие, привод управления дверьми, спидометр, тахограф, противоугонные устройства, устройства обогрева и обдува стекол. 7.3. Неисправны тягово-сцепное и опорно-сцепное устройства тягача и прицепного звена, а также отсутствуют или неисправны предусмотренные их конструкцией страховочные тросы (цепи). Вопрос 4. Влияние отказов на транспортный процесс Специфика транспортного процесса (потребность и время работы клиентуры, законодательные ограничения и др.) предусматривает исполь- зование конкретных автомобилей циклически – т.е. время непосред- ственной работы (перевозки грузов и пассажиров) чередуется с организа- ционными или техническими простоями. Поэтому применительно к автомобилю классификация отказов связана не только с техническим событием (превышение параметрами технического состояния предельных значений), но и с моментом возникновения этого события и продолжительностью восстановления работоспособности. Различают следующие фазы, или циклы, работы автотранспортных предприятий и конкретных автомобилей (рис). • Трвп – рабочее время предприятия, или конкретная часть суток, в течение которой автомобильный парк предприятия обслуживает клиентов, пользующихся транспортом, т.е. работает на линии. Обычно Трвп опреде- ляется договором (контрактом) на обслуживание и режимом работы клиента (завода, стройки, склада, магазина, населения). В течение Трвп транспортное предприятие должно направить клиенту оговоренное число автомобилей нужной грузоподъемности, вместимости и т.п. Рабочее время грузового автотранспортного предприятия может составлять 12-15 ч, пассажирского – до 20-22 ч. • Трва = Тн – рабочее время автомобиля, или время в наряде, время, в течение которого автомобиль должен находиться на линии, участвуя в транспортном процессе. Продолжительность Трва определяется трудовым законодательством и правилами внутреннего распорядка (односменная, полуторасменная, двухсменная работа). Для конкретного автомобиля устанавливается график работы, в котором фиксируется: • начало рабочего времени, т.е. выход автомобиля на линию; • окончание рабочего времени – возврат автомобиля на АТП; • необходимые организационные и технические перерывы, т.е. Трва = Тн = tк – tн. Как правило Трвп>Тн. Тнва – нерабочее время автомобиля – время, в течение которого автомобиль не должен работать на линии и находится на АТП. Тнва = Тс–Тн – включает часть суток до и после наряда: Тнва = Тнва1 + Тнва2 где Тс = 24 ч (сутки); Тн – время в наряде – работа автомобиля на линии: Трва – рабочее время; Тмсва – межсменное время автомобиля – промежуток времени между двумя последовательными циклами работы автомобиля на линии. Тнва включает нерабочее время автомобиля после очередного наряда (Тнва1) и до последующего наряда (Тнва2). В зависимости от момента и места возникновения различают: ЛО – линейные отказы, которые возникают на линии в течение рабочего времени автомобиля и нарушают транспортный процесс, НЛО – нелинейные отказы, которые выявлены или возникли в межсменное время автомобиля. Линейные отказы подразделяются на • ЛОУ – устраняемые на линии с потерей рабочего времени (водителем, персоналом технической помощи) ◦ ЛОН – не устраняемые на линии, требующие транспортировки автомобиля для устранения отказа на АТП, станции технического обслуживания или в мастерской. В зависимости от продолжительности устранения (Тус) нелинейные отказы подразделяются на ◦ НЛОМ – устраняемые в межсменное время и не влияющие на транспортный процесс: ◦ НЛОР – не устраняемые в межсменное время, вызывающие простой автомобиля за счет рабочего времени и влияющие на транспортный процесс. Рис.1.2. Влияние технического состояния автомобиля на транспортный процесс: 1 – момент завершения работ по устранению отказа; 2 – момент возникновения, выявления или фиксации отказа Вопрос 5. Закономерности изменения технического состояния Для предупреждения отказов и неисправностей, Для определения их источников, Для предъявления рекламационных претензий изготовителю или продавцу изделия мало констатировать сам факт возникновения отказа или неисправности. Необходимо знать причины, механизмы их возникновения и проявления, а также влияние различных отказов элементов на работоспособность автомобиля в целом, т.е. на способность выполнять "транспортную работу. Иными словами, необходимо знать закономерности изменения технического состояния. Процессы, происходящие при эксплуатации автомобилей могут быть подразделены на две большие группы: ◦ процессы, описываемые функциональными зависимостями; ◦ случайные (вероятностные, стохастические) процессы. Для функциональных зависимостей характерна жесткая связь между функцией (зависимой переменной величиной) и аргументом (независимой переменной величиной), когда определенному значению аргумента (аргументов) соответствует определенное значение функции. Например, зависимость пройденного пути от скорости и времени движения. Вероятностные процессы происходят под влиянием многих переменных факторов, значение которых часто неизвестно. Поэтому результаты вероятностного процесса могут принимать различные количественные значения, т.е. обнаружить рассеивание или, как говорят, вариацию, и называются случайными величинами. Таким образом, случайный процесс характеризуется некоторой функцией, значение которой при каждом значении аргумента (например, наработки изделия t ) является случайной величиной. В результате наблюдения за случайным процессом, например, изменением конкретного показателя технического состояния группы из п автомобилей в момент t («сечение» этого процесса), получают конкретное значение случайной функции, называемой реализацией случайного процесса. Так, при t1 (рис. 1/3) реализацией случайного процесса является ряд из п случайных величин у1(t1); у2(t1); у3(t1),… уn(t1) Например, наработка на отказ автомобиля или агрегата является случайной величиной и зависит от ряда факторов: первоначального качества материала деталей; точности обработки деталей; качества сборки; качества ТО и ремонта; квалификации персонала; условий эксплуатации; качества применяемых эксплуатационных материалов и т.п. Случайной величиной является трудоемкость устранения конкретной неисправности, расход материалов, значение параметра технического состояния в определенные моменты времени и т.д. Рис.1.3. Случайные процессы различной внутренней структуры Для каждого сечения можно определить неслучайную функцию – математическое ожидание случайного процесса my (t). Например, для t1 my(t1)= yi(t1)/n. Математическое ожидание случайного процесса может быть постоянным или меняться по t. Для практики важно также поведение конкретных реализаций относительно математического ожидания случайного процесса: ◦ Для случайного процесса, изображенного на рис., характерны плав- ность, монотонность изменения реализации, т.е. определенная зависимость между различными сечениями. Если при t1 y1(t1)0,33). Фактически полученный в результате обработки экспериментальных данных, а также из литературных источников коэффициент v служит для предварительного определения закона распределения данной случайной величины. Точечные оценки позволяют предварительно судить о качестве изделий и технологических процессов. Чем ниже средний ресурс и выше вариация, тем ниже качество конструкции и изготовления (или ремонта) изделия. Чем выше коэффициент вариации показателей технологических процессов ТЭА (трудоемкость, простои в ТО или ремонте, загрузка постов и исполнителей и др.), тем менее совершенны применяемые организация и технология ТО и ремонта. Помимо приведенных, важнейшей характеристикой случайной величины служит вероятность – численная мера степени объективно существующей возможности появления изучаемого события. Статистически вероятность события А представляет собой отношение числа случаев, благоприятствующих этому событию, к общему числу случаев п. Вероятность может принимать значения в интервале 0≤P≤l. События, для которых Р=1, называются достоверными, а события, для которых Р≤0,05 • маловероятными. Вероятность безотказной работы R(x) определяется отношением числа случаев безотказной работы изделия за наработку х к общему числу случаев, т.е. R(x)  n  m(x) , n где m(х) – число отказавших изделий к моменту наработки х. Вероятность отказа F(x) является событием, противоположным вероят- ности безотказной работы, поэтому F ( X )  1  R(x)  m(x) / n . Рис. 1.6. Вероятность отказа и безотказной работы Эти графики справедливы для невосстанавливаемых изделий, т.е. подлежащих замене после первого отказа, и для восстанавливаемых изделий, но для отдельных циклов работы: до первого отказа, между первым и вторым отказом и т.д. Имея значения F(x) или R(x), можно решать следующие практические задачи. Если Хγ – это заданная наработка агрегата или детали, а х, – наработка до отказа, то вероятность события Р(х)>Хγ=R(x)=γ означает, что с вероятностью Р=γ изделие проработает без отказа больше заданной наработки Хγ. Эта наработка называется гамма-процентной наработкой (ресурсом) до отказа. Обычно γ принимается равной 0,8; 0,85; 0,9; 0,95. Выражение Р(хi)≤Хγ=F(x) означает, что с вероятностью F(x) изделие откажет при наработке, меньшей или равной Хγ. Если случайной величиной является продолжительность выполнения какой-либо операции ТО или ремонта, то выражение Р(х)≤Хγ = F(х) = 1 – γ означает, что в (1 – γ) случаях потребуется время, меньшее чем Х. Следующей характеристикой случайной величины является плотность ее вероятности (например, вероятности отказа) f(x) – функция, харак- теризующая вероятность отказа за малую единицу времени при работе узла, агрегата, детали без замены. Если вероятность отказа за наработку х равна F(x)=m(x)/n, то, дифференцируя при n=const, получим плотность вероят- ности отказа f (x)  1  dm , n dx где dm/dx – элементарная «скорость», с которой в любой момент времени происходит приращение числа отказов при работе детали, агрегата без замены Так как f(х) = F'(х), то x F (x)    f (x)dx . Поэтому F(x) называют интегральной функцией распределения, a f(x) – дифференциальной функцией распределения (рис. 2.13). Так как   f (x)dx  1 , a R(x)=1–F(x), то   R(x)   f (x)dx . x Имея значения F(x) или f(x), можно произвести оценку надежности и _  определить среднюю наработку до отказа x    xf (x)dx . • На практике, зная f(x), оценивают возможное число отказов m(х), которое может возникнуть за сравнительно небольшой интервал наработки ∆х=х1 – х2. Для этого значение f(x1) умножают на число изделий п и величину интервала ∆х. Графически эта величина определяется площадью под кривой диффе- ренциальной функции распределения с основанием ∆х= х2–х1 (рис. 1.7,б). а б Рис. 1.7. Интегральная (а) и дифференциальная (б) функции распределения: F(х) – вероятность отказа; f(х) – плотность вероятности отказа В общем случае f(x), R(x), F(x) получают при сечении случайного процесса в моменты t1, t2 и т.д. Дифференциальная функция распределения f(x) называется также законом распределения случайной величины. Знание законов распреде- ления случайных величин позволяет более точно планировать моменты проведения и трудоемкость работ ТО и ремонта, определять необходимое количество запасных частей и решать другие технологические и организа- ционные вопросы. Для процесса технической эксплуатации наиболее характерны следу- ющие законы распределения: ЗНР, ЗРВ, ЭЗР, ЗРП, БЗР. Важным показателем надежности является интенсивность отказов λ(х) – условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанав- ливаемого изделия, определяемая для данного момента времени при условии, что отказа до этого момента не было. Аналитически для получения λ(х) необходимо элементарную вероят- ность dm/(dx) отнести к числу элементов, не отказавших к моменту х, т.е. (x)  dm :n  m(x). dx Так как вероятность безотказной работы R(x)  n  m(x) , n то (x)  dm  1 . Учитывая, что f (x)  1  dm (x)  f (x) . dx n  R(x) n dx R(x) Таким образом, интенсивность отказов равна плотности вероятности отказа, деленной на вероятность безотказной работы для данного момента времени или пробега. Так как R(x)  1  m  x , то после дифференцирования dR  1  dm n dx n dx Рис. 1.8 Изменение интенсивности отказов для внезапных (1) и постепенных (2) отказов случаев: при внезапных и постепенных отказах Так как (x)  dm  1 , то, заменяя в последнем выражении dx n  R (x)   1  dR , получим (x)   1  dR откуда после интегрирования R dx R dx R  e x ( x)dx . Зная интенсивность отказов, можно для любого момента времени или пробега определить вероятность безотказной работы. Последние описывают безотказность так называемых «стареющих» элементов. Таким образом, умение оценивать случайные величины позволяет в реальной эксплуатации: • во-первых, перейти от ожидания стихийного появления событий (отказы изделия, требования на услуги ТО и ремонт, заправку и др.) к инструментальному описанию и объективному предвидению их реализации с определенной вероятностью, что позволяет подготовить и приспособить производство к эффективному освоению соответствующих требований; • во-вторых, принять риск в качестве объективной реальности, свойственной любой деятельности, особенно эксплуатационной. Поэтому для успешной производственной деятельности важно не стремиться полностью исключить риск (что нереально для случайных процессов), а уметь его оценить и выбрать с учетом возможных отрицательных и положительных последствий. Нормальный закон распределения. Такой закон формируется тогда, когда на протекание исследуемого процесса и его результат влияет сравни- тельно большое число независимых (или слабозависимых) элементарных факторов (слагаемых), каждое из которых в отдельности оказывает лишь незначительное действие по сравнению с суммарным влиянием всех остальных. Например, наработка до проведения ТО складывается из нескольких (десяти и более) сменных пробегов, отличающихся один от другого. Однако они сопоставимы, т.е. влияние одного сменного пробега на суммарную наработку незначительно, поэтому периодичность ТО подчиняется двухпараметрическому нормальному закону, для которого имеем: f (x)  1  e ( x_ 2 22 , _ 1  ( xx)2 R(x)   e x 22 dx , F (x)  1  ( x_ 2  e 22  dx . Для нормального закона при расчетах часто пользуются понятием нормированной функции Ф(z), для которой принимается новая случайная величина z=(x–x)/σ, так называемое нормированное отклонение. Тогда _ x z _  z2 /2 z  z2 /2 Ф(z)   e d (x z)   e dz   Для нормального закона v ≤0,33. Закон распределения Вейбулла – Гнеденко. Данный закон проявляется в модели так называемого «слабого звена». Если система состоит из группы независимых элементов, отказ каждого из которых приводит к отказу всей системы, то в такой модели рассматривается распределение времени (или пробега) достижения предельного состояния системы как распределение соответствующих минимальных значений х, отдельных элементов: xc=min(x1; x2, ..., x3). Функция распределения этой величины может быть выражена следующей зависимостью: b  x b1   x b  f (x)  a  a  exp 1   a   ,       где а и b – параметры распределения. Примером использования распределения Вейбулла-Гнеденко является распределение ресурса подшипника качения, который ограничивается одним из элементов: шарик или ролик, конкретный участок сепаратора и т.д. По аналогичной схеме наступает предельное состояние тепловых зазоров клапанного механизма. Некоторые изделия при анализе модели отказа могут быть рассмотрены как состоящие из нескольких элементов (участков). Это прокладки, уплотнения, шланги, трубопроводы, приводные ремни и т.д. Разрушение указанных изделий происходит в разных местах и при разной наработке, однако ресурс изделия в целом определяется наиболее слабым его участком. Для этого закона в практических задачах ТЭА коэффициент вариации υ =0,4–0,6. Расчет параметров приведен в прил. 2. Логарифмически нормальный закон распределения. Если на протекание исследуемого процесса и его результат влияет сравнительно большое число случайных и взаимонезависимых факторов, интенсивность действия которых зависит от достигнутого случайной величиной состояния, то возникают условия для логарифмически нормального закона. Эта так называемая модель пропорционального эффекта рассматривает некоторую случайную величину, имеющую начальное состояние хо и конечное предельное состояние хп. Изменение случайной величины происходит таким образом, что xi= xi-1±εih(xi-1), где εi – интенсивность изменения случайных величин; h(xi-1) – функция реакции, показывающая характер изменения случайной величины. При h(xi-1) = h xi-1 n имеем xi  xi1(1  i )  (1  i )  (1  i1)...(1  i )x0  x0 (1  i ) . i1 Таким образом, предельное состояние ln xп  ln x0  ln(1  1) . xп  x0 (1  i ) , а его логарифм i1 Согласно центральной предельной теореме ln xп, имеет асимптотически нормальное распределение, как сумма ряда случайных равновеликих и взаимонезависимых величин, а сама величина xп распределена по логарифмически нормальному закону (см. прил. 2). В технической эксплуатации этот закон (при υ = 0,3…0,5) встречается при описании процессов усталостных разрушений, коррозии, наработки до ослабления крепежных соединений и в ряде других случаев. Экспоненциальный закон распределения. Предположим, что в начальный момент x = 0 элементы численностью N0 были исправны. При работе происходят отказы этих элементов таким образом, что независимо от проработанного времени х число отказов (ΔN) в небольшом интервале времени Δх пропорционально числу оставшихся исправных элементов Nx, а непосредственно перед отказом элемент находится в исправном состоянии, т.е. ΔN/Δх = λNх, где λ – положительная постоянная, а знак минус свидетельствует о сокращении Nх при работе. При Δх → 0 имеем dN/dx=dN/Nx= –λ dx – lnC. После интегрирования In Nx = λx lnС, откуда Nx= Сехр [-λx]. При x =0 C= N0, откуда N=N0exp[–λx]. Но Nx=N0=R(x), тогда вероятность безотказной работы (см. прил. 3) R(x)=ехр[–λx]. Данное уравнение характеризует вероятность безотказной работы при экспоненциальном законе распределения, а λ – параметр потока отказов (называемый также для экспоненциального распределения интенсивностью отказов), равный обратной величине средней наработки на отказ, т.е. λ=1/х. Плотность распределения для экспоненциального закона описывается уравнением f (x)   exp  x При этом законе распределения коэффициент вариации υ=1. Экспоненциальный закон распределения является однопарамет- рическим, что облегчает расчеты и объясняет широкое его применение на практике. В соответствие с теоремой умножения вероятностей вероятность безотказной работы к моменту х+∆х равна вероятности безотказной работы в течение времени х, умноженной на вероятность безотказной работы за время ∆х, т.е. R(x  x)  R(x)  R(x)  exp  (x  x) , отсюда R(∆х) = ехр [– λ ∆х]. Следовательно, при экспоненциальном законе распределения вероятность безотказной работы не зависит от того, сколько проработало изделие с начала эксплуатации, а определяется конкретной продолжи- тельностью рассматриваемого периода или пробега Ах, называемого временем выполнения задания. Таким образом, рассмотренная модель не учитывает постепенного изменения параметров технического состояния, например, в результате изнашивания, старения и так далее, а рассматривает так называемые нестареющие элементы и их отказы. Экспоненциальный закон используется чаще всего при описании внезапных отказов, продолжительности разнообразных ремонтных воздействий и в ряде других случаев.