ВВЕДЕНИЕ
Обеспечение нормального функционирования агропромышленного комплекса (АПК) страны невозможно без использования разнообразных средств механизации технологических процессов сельскохозяйственного производства. Совокупность средств механизации является наиболее важным и крупным подкомплексом АПК. Структура подкомплекса сложилась преимущественно из парков мобильных машин (ПММ) различного назначения. Механизация большинства технологических и производственных процессов сельскохозяйственного производства не мыслится без автомобилей, тракторов, комбайнов, погрузчиков, тягачей и других мобильных средств механизации отечественного и зарубежного производства. Численность машинотракторного парка АПК составляет порядка 1,5 млн. единиц [ПО, 348, 349], поддержание его в работоспособном состоянии очень важная и актуальная задача. Она усложняется тем, что большинство тракторов и других мобильных сельскохозяйственных машин в структурах АПК морально устарели и находятся на грани физического износа [110, 348, 350]. За последние пять лет в России обновление машинотракторного парка практически не ведется, а остаточный ресурс используемых мобильных машин не превышает 15... 25 % исходного [348, 350]. Сезонная нагрузка на пропашные тракторы, зерноуборочную и кормоуборочную технику АПК более чем в 2,5 раза превышает нормативные показатели [348, 349, 350].
В немалой степени развитию системного кризиса в АПК способствуют устаревшие (традиционные) подходы к организации обслуживания и ремонта используемого парка машин и механизмов. Время простоев по техническим причинам составляет на сегодняшний день 25... 30 % от общего рабочего времени [277, 348, 350], в результате чего техническая готовность тракторов и других мобильных сельскохозяйственных машин снижается на 60... 70 %, удлиняются сроки выполнения полевых работ, увеличиваются потери сельскохозяйственной продукции [277, 348, 350].
7 Обеспечение высокой производительности, работоспособности и других
качественных показателей функционирования мобильных машин (ММ) невозможно без совершенствования существующих и поиска новых стратегий и ор-ганизационных форм их технического обслуживания и ремонта, т.е. эффектив-но организованного технического сервиса.
Серьезную проблему в поддержании надежности и обеспечении работоспособности ММ в эксплуатации представляет своевременность и эффективность выполнения для машин различных технических воздействий, прежде всего технического обслуживания (ТО) и текущего ремонта (ТР) [1, ПО, 111, 277, 297, 348, 349, 390, 399, 408, 423, 424, 430 и др.].
При этом следует учитывать, что мобильные машины в структурах АПК играют определяющую роль в обеспечении своевременного и полнообъемного выполнения большинства технологических процессов в растениеводстве и жи-ф? вотноводстве [110, 293, 348, 372].
Существенным, почти неиспользованным резервом повышения работоспособности ММ является применение новых информационных технологий, которые позволяют обрабатывать информационные потоки и формировать информационную базу данных технической эксплуатации машин, включающую в себя информационно-справочные базы данных, информационные системы диагностики и прогнозирования, системы выработки и анализа управленческих решений.
В связи с вышеизложенным, проблема совершенствования и повышения эффективности систем поддержания и восстановления работоспособного состояния (СПВРС) ММ за счет разработки и внедрения новых информационных технологий, стратегий и технологических методов организации ТО и ТР имеет важное народнохозяйственное значение.
' Стремление решить эту проблему вступает в противоречие с недостатком
знаний о закономерностях процессов формирования информационных потоков, характеризующих условия эксплуатации (УЭ), изменения технического со-
8
стояния мобильных машин (ТС ММ) и их связей с показателями эффективности СПВРС. Взаимосвязи информационных потоков в СПВРС с качеством функционирования парков мобильных машин (КФ ПММ) изучены недостаточно, отсутствуют какие-либо количественные характеристики оценочных показателей, слишком большое количество разнообразных факторов определяют положение дел в данной сфере и многие из них вступают в противоречие между собой.
Поэтому тема исследований, направленных на решение проблемы повышения работоспособности и в целом качества функционирования мобильных машин в структурах АПК на основе применения подсистемы ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта (СКОР) с использованием новых информационных технологий, является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.
Представленная работа выполнена в соответствии с планом решения отраслевой научно-технической программы на тему «Совершенствование организации и технологии технического сервиса парков машин в сельскохозяйственном производстве» (№ ГР 01982528752). Результаты работы также использованы при формировании региональной программы восстановления промышленного потенциала Забайкалья «Комплексное обеспечение качества продукции машиностроительного назначения Забайкальского региона». Работа явилась основой для выполнения госбюджетной темы Читинского государственного университета «Совершенствование систем технического обслуживания дорожностроительных машин, эксплуатируемых в условиях холодного климата, с целью приближения их к фирменному обслуживанию» (№ ГР 01994356541) и разработки планов НИР ЧитГУ.
Для решения сформулированной проблемы в качестве рабочей гипотезы принято предположение о том, что существенное повышение работоспособности ММ в структурах АПК может быть достигнуто использованием подсистемы ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта, в которой основ-
9
ными связующими звеньями между уровнем работоспособности, условиями
эксплуатации, динамически изменяющимся техническим состоянием и качеством функционирования мобильных машин являются организованные информационные потоки. Применение новых информационных технологий позволит реализовать принципы ситуационного реагирования СПВРС, что на основе учета динамики регистрируемых информационных процессов, отражающих причинно-следственные связи изменения ТС ММ и КФ ПММ с условиями их эксплуатации, приведет к повышению работоспособности ММ.
Цель исследований: обосновать эффективные методы и средства повышения работоспособности мобильных машин при эксплуатации в структурах АПК на основе применения подсистемы ситуационно-комбиниро-ванного обслуживания и ремонта.
Объект исследований. Процесс обеспечения работоспособности мобильных машин в структурах АПК на основе реализации принципов подсистемы ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта.
Предмет исследований. Закономерности, взаимосвязи, количественные характеристики и статистические оценки процесса изменения работоспособности мобильных машин в структурах АПК.
Методы исследований. Общая методология исследований основана на системном подходе. Иссследования проводились с использованием математического моделирования, математических методов теории вероятностей, численных методов математического анализа, исследования операций, теории надежности машин, логистики, дисперсионного и технико-экономического анализа, а также методов теории информации. При проведении экспериментальных исследований использовались методы длительных эксплуатационных испытаний на надежность, методы имитационного моделирования условий эксплуатации ММ и процессов изменения их технического состояния, а также технического обслуживания и ремонта ПММ. Обработка полученных экспериментальных данных осуществлялась при помощи вероятностных методов и методов мате-
10
матической статистики (корреляционный, регрессионный, кластерный и дис-
криминантный методы анализа, а также анализ временных рядов). При этом использованы математические пакеты Mathcad 11 и Statistica 5.0.
Работа обобщает результаты многолетних исследований автора, выпол-ненных в Читинском политехническом институте, Саратовском политехническом институте, Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете), Читинском государственном университете, Иркутском государственном техническом университете с 1977 по 2004 гг.
Исследования выполнялись в рамках научно-технических программ, связанных с повышением надежности сельскохозяйственной, автомобильной, строительной, дорожной техники; по темам, направленным на разработку более совершенных систем управления надежностью машин в эксплуатации, систем технического обслуживания и ремонта парков машин, на разработку систем поправочных коэффициентов к нормативам периодичности и трудоемкости обслуживания и ремонта машин, исполнителем, ответственным исполнителем или научным руководителем которых являлся автор. Основные из этих тем: per. № 01810011283, инв. № 02830045239; per. № 0183005658, инв. № 0286673432, выполненные при непосредственном участии автора под руководством проф. A.M. Шейнина; per. № 01822014450, инв. № 02850020078; per. № 01890017831, инв. № 02900015095, выполненные при научном руководстве автора.
Научную новизну представляют:
- методологические положения, включающие комплекс технологических процессов подсистемы ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта мобильных машин с информационным мониторингом условий эксплуатации и технического состояния ММ, оптимизируемый с использованием показателя качества функционирования;
- совокупность математических моделей мобильных машин, технологических и информационных процессов, используемая для оценки эффективности
11
комплекса технологических процессов ТО и ремонта, применяемого для обеспечения работоспособного состояния парков мобильных машин;
- закономерности изменения плотностей информационных потоков и формирования динамических информационных полей, включающих параметры ^ технического состояния и результаты диагностирования, зависящие от показа-
телей условий эксплуатации, используемые для повышения работоспособности мобильных машин.
Практическая значимость работы заключается в повышении работоспособности мобильных машин применением принципов подсистемы ситуационно-комбинированного обслуживания и ремонта (СКОР), в основу разработки которых заложен комплекс информационных и технологических процессов, позволяющий сократить простои машин в ТО и ТР, снизить расход запасных частей, топлива, масел и других эксплуатационных материалов. Разработанные ме- тодические рекомендации способствуют повышению эффективности функционирования парков мобильных машин в структурах АПК.
Результаты исследований могут быть использованы директивными органами и структурами АПК при: организации эффективной технической эксплуатации парков мобильных машин, разработке технологии технического сервиса парков мобильных машин, проектировании и организации работы предприятий технического сервиса, разработке рекомендаций машиностроительным предприятиям по повышению контролепригодности и эксплуатационной надежности мобильных машин, а также вузами при организации учебного процесса подготовки инженеров-механиков и сервисных инженеров для сельскохозяйственного производства и других хозяйственных отраслей, использующих мобильную технику.
Реализация результатов работы. Материалы исследований одобрены Комитетом сельского хозяйства и продовольствия администрации Читинской области, внедрены в технической службе МУП ЧитарегионОПР и в РСТП При-аргунского района Читинской области, а также в ряде эксплуатационных пред-
12 приятии ГУП «Читинские автомобильные дороги». Результаты исследований
приняты к внедрению Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на автотранспортном факультете Читинского государственного университета.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и получили одобрение на 5 - 7-й (1979-1981 гг.), 12 - 16-й (1985 - 1990 гг.) научно-технических конференциях Читинского политехнического института, обсуждались на 38-й (1978 г.) научно-технической конференции Саратовского политехнического института, на 41-й (1983 г.) и на 42-й (1984 г.) научно-исследовательских конференциях Московского автомобильно-дорожного института (МАДИ), где также были одобрены. В 1986 г. материалы исследований были доложены на VI Республиканской конференции по качеству Минавтодо-ра РСФСР в г. Верхний Уфалей, Свердловской области. Результаты исследований рассмотрены и одобрены на 18 - 24-й научно-технических конференциях ЧитПИ, ЧитГТУ, ЧитГУ; на международных конференциях: «АГРОИНФО -2003», РАСХН. Сиб. отд-ние. - Новосибирск, 22 - 23 октября 2003 г.; X Международная научно-практическая, ВлГУ, г. Владимир, 27-29 мая 2004 г.; на конференциях государственного и регионального уровней: Вторая межрегиональная научно-практическая конференция, ЧитГТУ, г. Чита, 5-6 декабря 2002 г.; Третья межрегиональная научно-практическая конференция, ЧитГУ, г. Чита, 23 - 24 октября 2003 г.; Межрегиональная научно-техническая конференция, БрГТУ, г. Братск, 19-23 апреля 2004 г.; IY Межрегиональная научно-практическая конференция «Кулагинские чтения», ЧитГУ, г. Чита, 30 ноября — 1 декабря 2004 г.; на заседаниях научно-технических советов: Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия; Комитета сельского хозяйства и продовольствия администрации Читинской области; на заседаниях ученых советов: ЧитГУ, Читинского аграрного института (филиала Ир-ГСХА); на заседаниях кафедр: Автомобильного транспорта и Строительные и
13
дорожные машины ЧитГУ, Эксплуатации МТП и Ремонта машин ИрГСХА, Автомобильного транспорта ИрГТУ; на научных семинарах МАДИ, СибАДИ, ИрГТУ, ИрГСХА, БГСХА, ЧитГУ.
Публикации. По результатам исследований опубликовано около 40 работ общим объемом 54 п.л., в том числе монография (14,3 п.л.), два учебных пособия (5,54 и 6,85 п.л.) с грифом ДВ РУМЦ по инженерному образованию, методические рекомендации (2,8 п.л.) для практического применения СКОР ПММ с использованием результатов исследований.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 393 страницы машинописного текста, 83 рисунка и 38 таблиц. Библиография состоит из 447 наименований (включая труды автора). В приложениях приведены документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований и расчетно-информационные материалы.
Автор выражает искреннюю благодарность заслуженному деятелю науки и техники РФ, академику МАН ВШ, доктору технических наук, профессору Иркутской государственной сельскохозяйственной академии Ивану Петровичу Терских, а также бдагодарность и признательность научному консультанту, доктору технических наук, профессору Иркутского государственного технического университета Александру Ивановичу Федотову за помощь в работе, своевременные и ценные консультации, основательное и доброжелательное рецензирование работы.
14
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУТЕЙ И МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОБИЛЬНЫХ МАШИН
1.1. Анализ уровня развития и основных положений системы технического обслуживания и ремонта мобильных машин в структурах АПК
Работоспособность любых технических объектов, как правило, поддерживается и восстанавливается соответствующей системой технического обслуживания и ремонта. Своевременные и целесообразные по объему профилактические воздействия позволяют не только повысить технические характеристики эксплуатируемых технических объектов и улучшить показатели их надежности, но и снизить эксплуатационные расходы, что нашло отражение в работах [1,9, 10, 319, 346, 347, 348, 349, 352, 390, 411, 429,438].
Процесс формирования системы ТО и ремонта машин в России продолжался несколько десятилетий, состоял из ряда этапов (1932 г. «Правила по уходу...»; 1941 г. - шестиступенчатые правила технических уходов (ТУ) с установленной кратностью проведения; 1952 г. - пятиступенчатые правила ТУ; 1954 -1956 гг. - безномерная система ТУ ГОСНИТИ; 1963 г. - двухномерная система ТУ ГОСНИТИ и НАТИ; с 1964 г. - трехномерная система ТО) [372] и вылился в систему планово-предупредительных ремонтов (система НИР), в основу которой заложены определенные «правила». Эти «правила» предусматривают «регламентную» стратегию выполнения ремонтно-обслуживающих операций [70, 71, 76, 77, 84, 89, 215, 217, 372, 348, 420]. В свое время использование такой стратегии было оправданным и явилось значительным резервом повышения эксплуатационной надежности машин [277]. Выполненные впоследствии работы [151, 197, 198, 199, 200, 312, 338, 339, 340, 389, 399, 401, 409, 410, 411, 415, 417, 418, 419, 420, 429, 437, 438] позволили усовершенствовать стратегии ТО и ремонта системы ППР путем определения и установления оптимальной периодичности проведения ремонтно-обслуживающих операций. Подобные разработки были выполнены для ряда конкретных сопряжений, узлов, агрегатов
15 и машин с использованием различных критериев, что отражено в работах [2, 6,
14, 41, 43, 89, 97, 126, 129, 151, 152, 156, 160, 164, 165, 174, 175, 185, 188, 211, 319, 331, 381, 383, 385, 393, 419, 420, 423, 437, 438]. В этих разработках система ШТР совершенствовалась путем оптимизации периодичности реМонтно-обслуживающих воздействий на машины [160, 261, 399, 430]. Благодаря усилиям многих ученых, планово-предупредительная система ТО и ремонта на определенном этапе развития науки о технической эксплуатации машин стала достаточно эффективной. Соблюдение основных требований системы позволило повысить технический ресурс узлов и агрегатов отдельных мобильных машин на 20... 25 % [277]. В то же время, несоблюдение правил выполнения ТО приводило к увеличению удельных затрат на поддержание работоспособности машин (по данным И.Н. Величкина [36], в 2,5... 5 раз), уменьшению времени полезной работы, которое снижало сменную производительность МТА на 40... 50 %, а перерасход топлива достигал при этом 15... 25 % (по данным М.К. Кулиева [201, 202]).
Выполнение профилактических работ для поддержания работоспособности мобильных машин связано со значительными затратами времени и средств. Часто отказы, появляющиеся в достаточно сложных системах, носят скрытый характер, поэтому для их выявления требуется диагностирование, что ведет к дополнительным затратам [10, 12,19, 24, 35, 59, 103, ПО, 127, 268, 277, 329, 348, 349, 352, 374, 390, 404, 417, 420, 438]. Перед инженерной службой отрасли или предприятия, ответственной за техническую эксплуатацию машин, как правило, встает дилемма: либо продолжать использовать машину, даже если эффективность ее функционирования снизилась ниже установленного предела, либо проводить специальные профилактические работы [1, 19, 21, 33, 35, 42, 57, 58, 70, 77, 84, 106, ПО, 135, 142, 160, 165, 176, 348]. В большинстве случаев су- ществует возможность выбрать такой метод проведения профилактических воздействий, который позволяет свести к минимуму суммарные потери, учитывающие затраты, связанные со снижением эффективности функционирования
16
машин, и собственно профилактикой. При этом можно добиться максимально возможных показателей качества функционирования машин, основными из которых являются коэффициент готовности, коэффициент технического йсполь- зования, средние суммарные издержки, отнесенные к единице времени работы [297, 302, 305, 348, 349].
Для мобильных машин различного назначения используется ряд методов управления техническим состоянием (УТС). Однако большинство из них сводится к двум основным: 1) методу УТСН (УТС по наработке), при котором устанавливается периодичность выполнения различных технических воздействий, и с их помощью техническое состояние (ТС) объекта восстанавливается до номинального или заданного технической документацией уровня, можно сказать, в принудительном порядке [319, 346, 348, 349, 376, 434]; 2) методу УТС - ПТС (УТС по параметру технического состояния), при котором с заданной перио- личностью выполняется контроль ТС объекта и по его результатам принимается решение о проведении предупредительных технических воздействий. При этом доведение ТС объекта до номинального или установленного технической документацией уровня выполняется «по потребности» [33, 348, 349, 372, 376, 434].
Планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта машин действует в АПК, на транспорте, в строительстве, горнодобывающей промышленности России [14, 47, 58, 70, 76, 84, 92, 115, 181, 200, 319, 331, 346, 347, 348, 349, 375, 376, 377, 409, 410, 415, 419, 420, 425, 434, 438]. Принятая в первом приближении еще в первой половине 30-х гг. XX в., эта система сохранилась до настоящего времени без принципиальных изменений. По характеру реализации основных принципов, видов обслуживания и ремонта она в полной мере соответствует методу УТСН.
^ Суть этой системы состоит в том, что исправное или только работоспо-
собное состояние машин в течение срока их службы поддерживается при помощи последовательно выполняемых операций ТО и ремонта, проводимых в
17
плановом порядке. В целях поддержания работоспособности машин ТО и ремонт производят через равные, заранее планируемые промежутки времени (наработки). Хотя и допускаются некоторые отклонения от плановых сроков вы- полнения воздействий, по этому параметру система нормирована достаточно жестко [70, 71, 76, 77, 84, 89, 319, 346. 348, 349].
Период работы машины от начала эксплуатации до первого капитального ремонта или между двумя смежными капитальными ремонтами представляется как ремонтный цикл (РЦ), структура которого заранее обусловлена системой и одинакова для различных моделей машин [319, 346, 348, 349]. Следует учитывать, что планово-предупредительная система ТО и ремонта содержит в своей основе ряд допущений и построена на признании стабильной зависимости между наработкой машин и потребностью их в периодическом обслуживании иремонте [320,331,345,346,348].
Действующая структура РЦ в известной мере соответствовала условиям и возможностям начального периода механизации сельского хозяйства и строительства в нашей стране. Тогда число марок сельскохозяйственных и строительных машин было ограничено, а влияние несовершенства организации обслуживания и ремонта машин на экономические показатели их использования не было столь значительным, как в настоящее время.
В последние годы произошли серьезные изменения состава и структуры парков машин [9, 348, 349, 350, 351]. Это связано с производством и пуском в эксплуатацию значительного количества более надежных и совершенных мобильных машин разных модификаций и марок. Поэтому применение упрощенной схемы ремонтного цикла в качестве единообразной для большинства машин нельзя считать достаточно обоснованным. Кроме того, существующая система не учитывает различий технических объектов по конструктивно-техноло- гическим свойствам, неодинаковой их потребности в заменах элементов и обслуживании отдельных узлов, агрегатов и систем [273, 277, 279, 293, 303, 348, 420]. Согласно этой системе, для машин новых марок устанавливаются перио- |
