Техническая эксплуатация автомобилей: Теоретические и практические аспекты

ВЫСШЕЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ

ОБРАЗОВАНИЕ

В.С.МАЛКИН

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВТОМОБИЛЕЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» направления подготовки «Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования»

ACADEM'A ADEM

Москва Издательский центр «Академия» 2007

УДК 629 ИЗ/ 115(0758) ББК 39 ЗЗяУЗ М194

ПРЕДИСЛОВИЕ

Рецсн )снты профессор кафедры «Техническая эксплуатация ашомобилей и восиановленис детадеи> Тольяттинекот тсударивсптно университета, д-р техн наук В В Петроюв шн кафедрой «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис» МАДИ (ГТУ) проф А Н Ременцов

Малкин B.C. М194 Техническая эксплуатация автомобилей Теоретические и практические аспекты учеб пособие для студ нысш учеб }аведений/В С Малкин — М Издательский ц е н т р «Академия», 2007 — 288 с ISBN 978-5-7695-3191-0 Рассмотрены вопросы обеспечения качества и надсжпоеш ингомо билеи в процессе их эксплуатации Приведены методы определения с т а тистических характеристик показателей надежности а н а л и ы надежности автомобиля как сложной системы нормирования запасных члени стратегии их замены Описаны методы контроля качества м а к р и н л ы ю технического обеспечения Даны методики определения периодичное!и технического обслуживания и теоретические основы диашосшки рассмотрены вопросы информационного обеспечения и выбора средеi и механизации технологических процессов Для студентов высших учебных заведении Предсывляи практический интерес для специалистов станции техническою обслуживания, автотранспортных и авторемонтных предприятий

УДК 629 113/ 115(0758) ББК 39 33я73 Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается © Малкин В С 2007 © Образовательно издательский центр «Академия», 2007 ISBN 978-5-7695-3191-0 © Оформление Издательский центр «Академия», 2007

В учебном пособии рассмотрены вопросы обеспечения качества и надежности автомобилей в процессе их эксплуатации Знакомство с процессами изменения технического состояния автомобилей в период их эксплуатации обеспечивает понимание причин возникновения отказов и неисправностей Изучение методов описания случайных величин, характеризующих параметры процессов технической эксплуатации автомобилей, позволяет производить оценку надежности автомобилей по результатам испытаний на основе принципов обеспечения надежности автомобиля как сложной системы Представленные в учебном пособии теоретические основы ремонтопригодности автомобиля позволяют специалисту оценить проблемы создания равнопрочного автомобиля и принять оптимальные решения по замене деталей при ремонте автомобилей, обеспечивая их надежность и безопасность Владение методами организации испытаний автомобилей, обработки результатов и оценки их достоверности, установления связи между случайными факторами является необходимым условием получения в сжатые сроки объективной информации о показателях надежности автомобиля и, в частности, долговечности деталей, что является основой прогнозирования их расхода Рассмотренные в пособии методы расчета норм расхода запасных частей и выборочного контроля качества запасных частей и материалов, поставляемых в автотранспортные предприятия в процессе их материально-технического обеспечения, имеют большое значение в подготовке специалиста к его практической деятельности Важная роль в учебном пособии отводится основам формирования системы технического обслуживания автомобилей Представленные методы расчета оптимальной периодичности технического обслуживания могут быть успешно использованы на практике при переходе на новые смазочные материалы, при эксплуатации автомобилей в особых условиях и т п Знание теоретических основ диагностики необходимо специалисту для создания системы диагностирования, выбора наиболее информативных диагностических параметров и их допустимых значений, разработки алгоритма автоматического диагностирования 3

по комплексу признаков при обеспечении эффекта самообучения диагностической системы. Знакомство читателя с основами теории массового обслуживания позволяет ему понимать вероятностный характер возникающих на практике ситуаций, принимать оптимальные решения по выбору числа обслуживающих каналов сиасм сервиса, их пропускной способности, а шкжс рассчшьпшь показатели надежности автомобиля как восскшавлинающеися сииемы. Особое место в пособии оiподиiси методам поиска научнотехнической информации, необходимой для решения задач разработки эффективных 1схноло1ических процессов, проектирования средств их механизации и решения других проблемных вопросов технической эксплуатации автомобилей (ТЭА). Техническую эксплуатацию автомобилей можно представить как область практической деятельности и как науку, которая определяет пути и методы наиболее эффективного управления техническим состоянием автомобильного парка с целью обеспечения регулярности, безопасности и экономичности перевозок. В настоящее время характерной чертой состояния автомобильного парка в Российской Федерации является увеличение его многомарочности за счет роста числа автомобилей иностранного производства. Следует признать, что нормативная база организации технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) автомобилей, действовавшая до 1990-х гг., перестает быть единой. Это побуждает службы технической эксплуатации автотранспортных предприятий изыскивать в конкретных условиях оптимальные решения задач поддержания технической готовности автомобильного парка.

ГЛАВА 1 КАЧЕСТВО И НАДЕЖНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

1.1. Общие представления о качестве и надежности автомобиля Большинство задач, решаемых технической эксплуатацией, связано в большей или меньшей степени с качеством изделий (в данном случае автомобилей, агрегатов, деталей, технологического оборудования) и эксплуатационных материалов при их функционировании или использовании в определенных условиях эксплуатации. По международному стандарту ИСО качество — это совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности. По отечественному стандарту качество — это совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Еще говорят, что качество — это совокупность свойств изделия выполнять заданные функции при использовании его по назначению. Качество автомобиля закладывается в процессе его проектирования, обеспечивается в процессе его производства и поддерживается в процессе эксплуатации — последнее является задачей инженерных служб автотранспортных предприятий (АТП), станций технического обслуживания (СТО) и других организаций, занимающихся технической эксплуатацией автомобилей. Рассмотрим подробнее структуру понятия «Качество автомобиля» (pW. l . l ) . Качество автомобиля выражается широкой совокупностью свойств, каждое из которых характеризуется одним или несколькими параметрами, которые количественно выражаются конкретными показателями. Например, динамичность характеризуется максимальной скоростью автомобиля, временем разгона до скорости 10 км/ч и т.д. Конкретный автомобиль с определенным техническим состоянием имеет определенное значение показателей параметров. Следует иметь в виду, что не все свойства могут быть выражены количественными показателями, например удобство посадки водителя и т.д. В процессе эксплуатации автомобиля его качество ухудшается за счет изменения показателей. Надежность является специфическим 5

L

X

у

К и

i£di

s§

л

У иа

L

£|

_

i—

ё§

^m

Z*

СО СТЗ ,д

£S

°ё С

0 '

УS —1 НО

с§Р

§5

—

хранения 0 лет

:

чность гыс км

Сохраняемость

J

~|

0 * 1Г>

§5

—

Ёсе

6

S О ев и X

с. g У OJ

I га п § га

и О. S

о. с и

шэмобиля

0)

из

о

S

jo-ивная опасность

сность

с о СО

о> ю

га

и

s<

о у га

0 S со «

ж

ч

о.

ЕГ

№* а"

^ ея

1 ПОНЯТИ

1" 0> и

lax

ев

О

£§ лальная ость,

ячность

о.§„°.

о

£

у >>

&

и

1— "

Показатели

Параметры

— Свойства

Качество а

1

3 •«н я 1О Г-Г

Пассивн безопасно

«

ю о

«

s

Ю

Л

05 сS

CJ

о.

свойством качества, поскольку проявляется только в течение длительного времени. Обобщенно можно считать, что надежность — это качество изделия, развернутое во времени. По общепринятому определению надежность — это свойство изделия (объекта) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных показателей в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, ТО и Р, хранения и транспортирования. Надежность — сложное понятие, оно выражается четырьмя параметрами: безотказность — свойство объекта (изделия) непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Показателями безотказности являются: средняя наработка на отказ; интенсивность потока отказов как величина, обратная средней наработке на отказ; вероятность безотказной работы при заданной наработке; долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для ТО и текущего ремонта (ТР). Показателями являются: средний ресурс (в единицах наработки), средний срок службы (обычно в календарных годах), гамма-процентный ресурс (это ресурс, который достигается, например, 95 % объектов); ремонтопригодность (эксплуатационная технологичность) — свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей. Применительно к автомобилю по ГОСТ 20334—81 показателями ремонтопригодности являются: периодичность ТО, разовая оперативная трудоемкость ТО, удельная трудоемкость ТО, количество используемых видов горючего и смазочных материалов (ГСМ), инструментов и оснастки и т.п.; сохраняемость — свойство объекта сохранять установленные показатели качества в процессе хранения, транспортирования и непосредственно)после. Показателями сохраняемости являются средний и гамма-процентный срок хранения. Основными терминами и понятиями надежности также являются: отказ — изменение одного или нескольких показателей заданных параметров объекта, приводящее его в неработоспособное состояние. Изменения могут быть внезапными (случайными) и систематическими с нарушением геометрии деталей или свойств материалов. Изменения, постепенные по развитию, могут быть внезапные по проявлению; неисправность — состояние, когда объект не отвечает хотя бы одному из требований нормативно-технической документации (например, отказ стеклоподъемника является неисправностью автомобиля);

сбой — самоустраняющийся отказ (например, при образовании паровых пробок в топливопроводе). По происхождению или причинам появления отказы и неисправности делят на три вида: конструкционные (по вине конструктора); производственные (следствие плохо оркжизованного производственного процесса); эксплуатационные (следствие неправильной эксплуатации или неблагоприятного сочетания режимов эксплуатации). Следует иметь в виду, что производство высоконадежных автомобилей требует больших затрат изготовителя и малых затрат при эксплуатации автомобилей, т.е., в принципе, существует оптимальная надежность автомобиля, обеспечивающая минимум суммарных затрат. Практически определение оптимальной надежности затруднено, лоскольку само понятие надежности многозначное и не может быть выражено единым показателем. Основной задачей ТЭА является поддержание заданных техническими условиями показателей качества автомобилей в эксплуатации, для чего необходимо иметь четкие представления о факторах и процессах, приводящих к изменению эксплуатационных характеристик автомобилей. Обобщенно все изменения технического состояния автомобиля могут быть сведены к двум причинам: изменение свойств конструкционных материалов; изменение геометрии деталей, включая размеры, форму, взаимное расположение поверхностей и их шероховатость.

1.2. Процессы, приводящие к неисправностям и отказам автомобилей 1.2.1. Процессы изменения свойств конструкционных материалов

В конструкции автомобиля используются весьма разнообразные материалы: различные металлы, пластмассы, резина, ткани, стекло и т.д. По мере эксплуатации автомобиля свойства конструкционных материалов меняются также весьма разнообразно. Поскольку автомобиль является машиной, наибольший интерес с позиции надежности представляет изменение механических свойств материалов. Рассмотрим наиболее существенные процессы. Температурное разупрочнение — характерно для металлов и других материалов. При повышении температуры для разных металлов более или менее снижаются их прочностные характеристики: предел текучести от и предел прочности ов. Например, при перегреве двигателя у поршней могут выламываться перемычки между поршневыми кольцами (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Температурное разрушение поршня

Рис. 1.3. Последствия температурного разупрочнения поршня при детонации

На рис. 1.3 показан поршень, подвергшийся перегреву при детонационном горении горючей смеси, когда ударные волны сдувают граничный газовый слой с поверхности деталей камеры сгорания, что резко увеличивает теплопередачу (всем известен эффект от ударов веником в бане), повышает температуру поршня и приводит к его разупрочнению. Локальные взрывные волны, отраженные от стенок камеры сгорания, в точках их взаимного наложения имеют максимальное давление и «выплескивают» разупрочненный металл с днища поршня. На рис. 1.4 показан поршень дизеля с разрушенной поверхностью днища в зоне вихревой камеры. Перегрев поршня привел к стойкому залеганию поршневых колец в канавках и задиру цилиндрической поверхности поршня. Температурное разупрочнение характерно не только для алюминиевых сплавов, имеющих низкую температуру плавления, но и для стали. В качестве примера на рис. 1.5 показан шатун, подвергшийся деформации при перегреве нижней головки вследствие нарушения подачи масла в зону трения шейки коленчатого вала и вкладышей. На перегрев детали указывает спекание вкладыша с постелью шатуна и наличие обуглившейся пленки масла на поверхностях. Повышенный момент трения в заклиненном сопряжении привел к изгибу шатуна по направлению вращения шейки вала. Весьма существенно повышение температуры влияет на ползучесть металлов — медленно протекающую деформацию при длительном воздействии нагрузок, когда о < от. Например, при перегреве двигателя часто наблюдается коробление алюминиевой го-

9

Рис. 1.4 Разрушение поршня дизеля при температурном разупрочнении

Рис. 1.5. Деформация шатуна при перегреве нижней головки

ловки блока цилиндров и самого блока, особенно при неравномерной затяжке винтов или шпилек крепления головки (затянутая как натянутая струна ш п и л ь к а постоянно воздействует на соединяемые детали). При низкой температуре может наблюдаться хладноломкость металлов — разрушение деталей при нагрузках, совершенно безопасных при нормальной температуре. Как правило, это хрупкое разрушение деталей при ударных воздействиях, наблюдаемое обычно при температурах -40...-50°С. На рис. 1 .6 показан поршневой палец двигателя после запуска автомобиля «ГАЗель» с буксира при температуре -35 °С. Кроме поперечного излома на поверхности пальца имеются дугообразно расходящиеся продольные трещины, что указывает на хрупкое разрушение, которое может быть обусловлено хладноломкостью металла.

Рис. 1.6. Излом поршневого пальца при запуске двигателя при пониженной температуре 10

Усталость — разупрочнение металлов при циклических нагрузках, приводящее к разрушению деталей при напряжениях а < ат. Накопление усталости объясняют смещением дислокаций (микроскопических несплошностей) на гранях кристаллов при их раскачивании, объединением дислокаций и образованием за счет этого микротрещин. Постепенно микротрещины перерастают в макротрещины, которые уменьшают живое сечение детали, фактические напряжения за счет этого возрастают и достигают значений ав, что приводит к разрушению детали. Источниками циклических нагрузок могут быть условия естественного функционирования детали (например, при работе шестерни зуб воспринимает нагрузку, потом «отдыхает», вновь воспринимает нагрузку и т.д.), вибрационные нагрузки и т.п. Реальный спектр нагрузок, воспринимаемых деталями автомобиля, зависит от режимов его работы. Усталостную прочность обычно исследуют при синусоидальной нагрузке с симметричным циклом (амплитудные значения растяжения и сжатия одинаковы). Число циклов N, выдерживаемых образцом до разрушения, связано с амплитудным напряжением зависимостью Велера amN = const, где т — эмпирический коэффициент. Кривая Велера может быть представлена на графике с линейными шкалами, но чаще ее изображают на графике с логарифмическими шкалами (рис. 1.7). Большинство металлов имеют характерную точку перегиба при 0 _! _ это наименьшая амплитуда напряжений, при которой происходит смещение дислокаций, т.е. наблюдается накопление усталостных повреждений. Величину о_, называют пределом усталостной прочности, или ^пределом выносливости. Некоторые металлы, например медь, не имеют точки перегиба, т.е. могут быть разрушены даже при очень небольших циклических нагрузках. Кривая Велера строится по результатам испытаний долговечности образцов, подверженных симметричной синусоидальной нагрузке (рис. 1.8, а). Постоянная составляющая напряжений от (рис. 1.8, б) оказывает существенное влияние на долговечность деталей снижая ее. Для большинства металлов напряжения растяжения снижают долговечность деталей сильнее, чем напряжения сжатия.

Рис. 1.7. Характер связи амплитуды напряжений и числа циклов до усталостного разрушения детали

Растяжение о

Сжатие

Растяжение | ст

Сжатие

Рис. 1.8. Виды синусоидальных нагружений испытуемого образца: а — симметричный цикл, 6 — цикл нагрузок при наличии постоянной составляющей

Спектр напряжений, которые испытывают детали автомобиля, движущегося по неровной дороге, часто носит случайный характер, как по амплитуде, так и по частоте. Для оценки повреждающего воздействия на деталь реальный спектр напряжений представляют набором синусоид, амплитуду и число которых рассчитывают по числу пересечений, наносимых на осциллограмму с некоторым шагом линий, параллельных оси пройденного пути. Проводя такую обработку осциллограммы, записываемой при прохождении автомобилем определенного пути (например, 100 м), можно построить график спектра, по оси абсцисс которого откладывается число амплитуд (циклов нагружения), а по оси ординат соответствующие амплитуды напряжений. Накопление усталости в детали зависит от числа циклов нагружений и значений амплитуды напряжений, связанных между собой уравнением Велера. Усталостное разрушение происходит при выполнении условия

бая Велера (поскольку N, много больше я, кривая должна располагаться по оси гораздо правее). Просчитывая для различных амплитуд отношения р = —- и откладывая их в некотором масштабе N, в левой части графика, можно получить кривые повреждений, 1 составляющих спектры напряжений. Площадь П, ограничиваемая этими кривыми, характеризует общее повреждающее воздействие спектров. Повреждающее воздействие спектра 2 больше повреждающего воздействия спектра 1. На основании данных сравнительного анализа можно сделать вывод, что долговечность деталей автомобиля по усталостным разрушениям существенно зависит от условий эксплуатации. Режим работы, характеризующийся спектром больших редких нагрузок и большим числом циклов с малыми нагрузками, может оказаться менее опасным, чем режим работы с большим числом средних нагрузок. Большое влияние на накопление усталости имеет величина среднего напряжения от, когда цикл нагрузок не симметричен, т.е. циклические нагрузки накладываются на некоторое постоянное напряжение в детали. Это могут быть не только напряжения, возникающие при функционировании автомобиля, но и напряжения, образующиеся при изготовлении детали. Наличие остаточных напряжений, затрудняет не только прогнозирование долговечности деталей автомобиля, но и мест появления усталостных трещин. Например, трещины в стойке кузова появляются в том месте, где не возникают большие напряжения при работе автомобиля, но существуют большие остаточные напряжения после Кривая Велера

fAT" где я, — число циклов напряжений с амплитудой о, в анализируемом спектре; N, — число циклов, которое выдержит деталь до разрушения, если она испытывает синусоидальные нагружения с тем же напряжением. На основании этого условия и известной кривой Велера для рассматриваемой детали можно провести сравнительный анализ повреждающего воздействия различных нагрузочных спектров. На рис. 1.9 иллюстрируется ход такого анализа. В правой части графика построены кривые двух спектров 1 и 2 (по результатам обработки двух осциллограмм напряжений в детали на оси абсцисс отложены числа циклов, а по оси ординат — соответствующие им напряжения). Здесь же условно показана кри12

П П

п

Р2 Р\ \ "2

Рис. 1.9. График, анализа накопления в детали усталостных повреждений для различных нагрузочных спектров: П) — площадь, характеризующая усталостные повреждения спектра 1, П 2 — площадь, характеризующая усталостные повреждения спектра 2

13

штамповки; перешлифованный под ремонтный размер коленча-' тый вал ломается, а причиной тому являются внутренние Hatпряжения, возникающие при нарушении режимов шлифования, ит.п. Следует иметь в виду, что спектры напряжений в деталях <и накопление усталости зависят не только от дорожного покрытия и скорости движения автомобиля, но и от вибрационных характеристик перевозимого груза. Может, например, оказаться, что рама грузового автомобиля, перевозящего 10 т влажного зерна, подвергается усталостному разрушению меньше, чем при перевозке 5 т досок (вибрация груза может вызывать вибрацию деталей автомобиля, а влажное зерно играет роль амортизатора). Появление усталостной трещины в элементе сложной пространственной конструкции может изменить жесткость этого элемента и перераспределить нагрузки в элементах конструкции. После этого трещина может прекратить свое развитие. Известны случаи, когда после появления видимой трещины деталь работала 90 % от общего срока ее службы [1J. Признаком усталостного разрушения является «хрупкий» излом и наличие двух зон на изломе детали: часть сечения детали имеет блестящую поверхность, а часть — шероховатую («сахарную») поверхность. Шероховатая поверхность — это зона свежего излома, обнаруживающего кристаллическую структуру металла, а блестящая — это зона трещины, которая развивалась медленно, долго, и за счет упругой деформации детали вершины кристаллов терлись друг о друга и сглаживались. На рис. 1.10 показан вид сломанной пружины подвески, а на рис. 1.11 — излом коленчатого вала двигателя.

Рис. 1.10. Пружина подвески, разрушенная усталостной трещиной 14

Рис. 1.11. Усталостный излом шейки коленчатого вала

Т а б л и ц а 1.1

\

Предел выносливости металлов (в процентах от первоначального значения) по окончании года хранения Марка стали

Способ хранения В закрытом складе

На открытой площадке

Ст2

88

60

Сталь 20

90

72

У8

72

43

Межкристаллитная коррозия — это процесс диффундирования (просачивания) кислорода в кристаллическую решетку металла. Этот процесс снижает усталостную прочность деталей (табл. 1.1). Как видно из табл. 1.1, после долгого хранения стали будут плохо работать при циклических нагрузках, на деталях могут быстро возникать усталостные трещины. Известны случаи коррозионного растрескивания высокопрочных сталей, попадающих в агрессивные коррозионные среды, когда кислород как бы разъединяет кристаллы в кристаллической решетке. Наводороживание -ч^ это процесс диффундирования водорода в кристаллическую решетку металлов, приводящий к повышению хрупкости и снижению усталостной прочности детали. Наводороживание может происходить при нарушении режимов нанесения гальванических покрытий на поверхность деталей. На практике известны случаи поломки хромированных компрессионных поршневых колец автомобильных двигателей из-за усталости, поскольку кольца в процессе работы вибрируют как упругие балки и галопируют на масляном клине при скольжении по стенке цилиндра. На рис. 1.12 показан поршень, у которого сломанный конец хромированного кольца в процессе работы «разбил» (т. е. деформировал) канавку. Межкристаллитная адсорбция (эффект Ребиндера) — это процесс разупрочнения деталей за счет расклинивающего действия молекул, попадающих в трещины или надрезы. Будучи высоко поляризованными и обладающими хорошей адгезией, молекулы, контактирующие с поверхностью детали, стараются «смочить» всю поверхность и устремляются в трещину. Когда ширина трещины становится соизмеримой с размером молекул, они начинают раздвигать ее, что приводит к росту трещины (рис. 1.13). Известны опыты, в которых на разрывной машине испытывались нагретые до 300 °С образцы с надрезом. В обычных условиях разрушающее усилие было равно 118 кН, а когда на надрез при испытаниях наносили паяльником припой, то такие же образцы разрушались при нагрузке 20 кН. Это явление впервые в 1928 г. объяснил академик П.А.Ребиндер [30]. 15

Рис 1 12 Поршень с деформированной сломанным кольцом канавко4|

Расклинивающим действием для автомобильных деталей обладают смазочные материалы, присадки к ним, этиленгликоли охлаждающих жидкостей и др На рис 1 14 показан случай поломки чугунного распределительного вала газораспределительного механизма (ГРМ) после того, как владелец автомобиля добавил в масло купленную в магазине противоизносную присадку Вид излома распредвала явно однородный и не имеет двух зон, характерных для усталостного излома Заметный выступ на поверхности излома располагается в плоскости разъема литейных форм, где при протекании чугуна образовался заусенец, который был снят при механической обработке (следы обработки видны сбоку распредвала, на рисунке не показаны) Можно предположить, что из-за разной скорости застывания участков вала в нем в этой зоне остались внутренние напряжения, из-за которых при сверлении отверстия для смазки образовалась трещина Попавшая в трещину

противоизносная присадка, активно смачивающая поверхность, Ьасклинила трещину и привела к разрушению вала при его работе Имеются данные, что смазочные масла в среднем снижают устадостную прочность деталей машин на 20% [1] \ Изменение свойств неметаллических материалов весьма разнообразно и должно рассматриваться отдельно в каждом конкретном случае Например, смазочное масло значительно меняет вязкость при изменении температуры — это влияет на условия подачи масла в зону трения, на характеристики работы амортизаторов автомобиля, что, в свою очередь, влияет на динамические нагрузки, испытываемые деталями автомобиля и т д Понижение температуры приводит к выпадению в осадок парафиновых фракций дизельного топлива, и при этом форсунки будут подавать в цилиндры «другое» топливо и т п В конструкции автомобиля используются различные по своей природе пластмассы, которые также по-разному будут менять свои свойства в процессе эксплуатации автомобиля В качестве примера рассмотрим только изменение фрикционных свойств резины Если для металлических детатей коэффициент трения в сопряжении зависит, главным образом, от наличия или отсутствия в зоне трения смазки, то коэффициент трения резины о сталь существенно зависит от давления в контакте р (рис 1 15) По опытным данным, при увеличении давления от 0,1 до 24 МПа коэффициент трения/уменьшается в девять раз [30] При изменении температуры коэффициент трения также существенно меняется (рис 1 16) При увеличении скорости скольжения коэффициент трения резины о сталь сначала растет, а затем уменьшается Наиболее сильно это выражено для сухого трения (рис 1 17)

Молекулы активной среды, смачивающие поверхность

Рис 1 13 Схема расклинивания трещины молекулами активной среды Р — сила расклинивания трещины молекулами активной среды

16

Рис 1 14 Излом распределительного вала газораспределительного механизма двигателя

Рис 1 15 Зависимость коэффициента / трения резины о сталь от удельного давления в контакте

Рис 1 16 Зависимость коэффициента / трения резины о сталь от температуры

17

При длительных остановках

Сухое трение Трение в масле

О

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

V, М/С

Рис 1 17 Зависимость коэффициента/ трения резины от скорости скольжения

Из рассмотренных графиков можно понять насколько разнообразно могут вести себя резиновые детали автомобиля в процессе его эксплуатации (уплотнители с утра могут скрипеть, а в середине дня скрип может исчезнуть и т.п.). В качестве примера можно рассмотреть изменение свойств используемого в двигателе автомобилей ВАЗ демпфера крутильных колебаний, содержащего резиновый гасящий элемент. По результатам заводских испытаний при температуре 34 °С демпфер имеет резонансную частоту 357 Гц, а по мере увеличения температуры до 60 °С частота плавно уменьшается и становится равной 293 Гц. Интересно, что по мере работы автомобиля (после 118 тыс км) собственная частота демпфера крутильных колебаний практически не меняется, а такой же демпфер после восьми месяцев хранения (без использования) увеличил частоту собственных колебаний почти на 10 %>. Естественно, что изменение резонансных частот демпфера будет менять вибрационные характеристики автомобиля в целом. Воздействие биологических факторов имеет важное значение, так как в состав многих материалов, используемых в конструкции автомобилей, входят органические вещества, которые в процессе эксплуатации автомобиля могут подвергаться воздействию микроорганизмов. К таким материалам относятся органические добавки к смазочным маслам и консистентным смазкам, герметизирующие прокладки, фильтрующие элементы, компоненты изоляции проводов, текстолитовые и гетинаксовые панели электроприборов и т.д. Наиболее опасным среди биологических факторов является воздействие плесневых грибов на изоляционные материалы, приводящее к уменьшению их прочностных свойств и диэлектрических характеристик. Поражение плесенью часто начинается на хлопчатобумажной оплетке пучка проводов при попадании на оплетку

18

воды и отсутствии условий для ее быстрого высыхания. Затем плесень распространяется и на провода с лакошелковой изоляцией. В пораженных плесенью электронных приборах, имеющих печатные платы, возможны нарушения электрических соединений. Воздействие вьщеляемых плесенью и другими микроорганизмами органических кислот ускоряет коррозию электрических контактов. Весьма существенными могут быть воздействия микроорганизмов на текстильные материалы обивки кузова, приводящие к изменению их внешнего вида и появлению неприятных запахов. 1.2.2. Процессы изменения геометрии деталей На эксплуатационные характеристики автомобиля могут оказывать влияние любые изменения геометрии деталей: размеров, формы, взаимного расположения и шероховатости поверхностей. Рассмотрим наиболее характерные процессы изменения геометрии деталей. Пластическая деформация деталей наблюдается при создании в материале детали напряжений, превышающих пределы текучести — от или временный предел прочности — ов (аналогично и по касательным напряжениям). При эксплуатации автомобилей объяснение причин пластических деформаций деталей обычно не вызывает затруднений (всем понятно, почему изогнулся бампер, если автомобиль наехал на столб). На рис. 1.18 показан шатун, подвергшийся деформации после обрыва шатунного болта, крепящего крышку. На рис. 1.19 показан поршень, разрушившийся при перегрузках, возникших вследствие попадания в цилиндр охлаждающей жидкости, которая в момент запуска двигателя оказалась «запертой» клапанами в цилиндре. Удар поршня о несжимаемую жидкость привел к разрушению поршневого пальца и поршня.

Рис. 1 18 Шатун, подвергшийся пластической деформации

19

Рис 1.19 Пример механического разрушения поршня при работе двигателя

Релаксация напряжений — это процесс изменения геометрии детали за счет ползучести материала под действием внутренних напряжений, которые часто остаются в детали после ее изготовления (при гибке, штамповке, литье, механической обработке и т.д.). Правильно разработанный и исполненный технологический процесс изготовления детали исключает деформацию детали за счет релаксации напряжений, превышающую допуск на размеры. Однако нарушение процесса может приводить к скрытым дефектам, которые обнаруживаются только спустя много времени уже при эксплуатации автомобиля. Температурное расширение — это процесс увеличения линейных и объемных размеров конструкционных материалов при повышении их температуры С учетом этого явления, например, поршень при комнатной температуре должен иметь овальную форму днища и коническую боковую поверхность, что обеспечивает образование правильной цилиндрической формы, когда поршень нагрет до рабочей температуры. Следует учитывать изменение зазоров в сопряжениях деталей автомобиля при их нагреве, так как при перегреве может происходить заклинивание деталей, а в некоторых случаях зазоры в сопряжениях увеличиваются. Все это влияет на эксплуатационные характеристики автомобиля. На рис. 1.20 показан поршень, разрушившийся при перегреве двигателя и заклинивании поршневых колец с головкой поршня в цилиндре. Поршень оборвался по плоскости отверстий для пропуска масла, снимаемого маслосъемным кольцом. Поверхность разрушения имеет характерные забоины, возникшие при ударах движущегося поршня о свою оторванную часть. При этом ото20

Рис. 1 20 Поршень после заклинивания его головки в цилиндре и последующего разрушения

Рис. 1.21. Головка разрушенного поршня

рванная головка поршня ударами о поршень, головку блока цилиндра и его стенки может быть деформирована до формы комка (рис. 1.21). Специфическим вариантом температурного расширения является фрикционное растрескивание. Это явление обычно наблюдается на чугунных трущихся деталях: нажимных дисках сцепления, маховиках, тормозных барабанах и дисках (рис. 1.22). Трещины возникают вследствие накопления в поверхностном слое растягивающих напряжений, которые образуются следующим образом. При трении шероховатой и волнистой поверхности контакт происходит по выступам (рис. 1.23), которые нагреваются до пластичного состояния (всем известен процесс сварки трением). Прилегающие к точкам контакта зоны тоже нагреваются, вследствие этого металл расширяется и вдвигается в податливую пластичную зону, поскольку холодная зона оказывает большое сопротивление сдвигам. После завершения трения пластичные зоны застывают, а остывающий металл нагретых зон сжимается, но поскольку застывшая пластичная зона не позволяет ему свободно занять свое прошлое пространство, в поверхности детали образуются растягивающие напряжения. С течеРис. 1.22 Фрикционное растрескивание нажимного диска сцепления 21

Зоны пластичного

зона

зона

Рис. 1.23. Схема образования растягивающих напряжений на поверхности трения

нием времени напряжения достигают значительных величин и, если металл хрупкий (не обладает текучестью), то при напряжениях, превышающих предел прочности (т.е. при о>а в ) на поверхности детали появляются трещины. Следует иметь в виду, что механическая обработка металлов (в частности шлифование) сопровождается такими же явлениями. При нарушении режимов шлифования в поверхностном слое могут возникать большие растягивающие напряжения, которые впоследствии могут привести к раннему образованию усталостных трещин. Наличие растягивающих напряжений в поверхностном слое часто наблюдается при шлифовании тонкого листового металла. При снятии с магнитного стола шлифовального станка тонкий лист выгибается и принимает «тарельчатую» форму. Для снятия напряженных слоев при шлифовании, деталь приходится долго «выхаживать», т.е. шлифовать с малой подачей или применять особый технологический процесс — суперфиниширование. Облитерация — это процесс наращивания на поверхность детали частиц среды, в которой находится деталь. При этом меняются размеры и форма контуров детали, что сказывается на процессах взаимодействия детали с окружающей средой. На рис. 1.24 показаны клапаны газораспределительного механизма двигателя, покрытые слоем нагара. Нагар является, главным образом, закоксовавшимися углеводородами, из которых состоит топливо и моторное масло, попадающее на тарелку клапана через зазор между стержнем и направляющей клапана (наиболее толстые слои нагара чаще наблюдаются на впускных клапанах). Естественно, что такая форма клапана влияет на протекание потоков газа при впуске горючей смеси, при этом могут возникать особые турбулентности, увеличиваться газодинамические сопротивления и ухудшаться наполняемость цилиндра горючей смесью. Облитерации могут подвергаться топливные жиклеры, трубопроводы, масляные и топливные каналы в деталях соответствующих систем двигателя, полости, через которые циркулирует жид22

кость в системе охлаждения, и т.п. При этом меняются режимы работы автомобиля и его эксплуатационные характеристики. В определенных условиях может происходить естественным образом самоочищение деталей, при этом отказы и неисправности будут самоустраняться, т.е. проявляться как сбои в работе. Износ — это процесс изменения геометрии деталей вследствие трения. Трение и износ не являются до конца изученными явлениями, поэтому для их объяснения используют различные виды классификаций по внешним признакам. Различают трение качения, скольжения, верчения, сухое, граничное, жидкостное, с контактом по плоскости, линии, точке. Для описания износов часто используют такую классификацию |30]: износ первого рода — адгезионный (молекулярно-механический); износ второго рода — тепловой, задир; окислительный износ; усталостный износ — питтинг; абразивный износ; фретти н г- коррози я; эрозия. Рассмотрим подробнее особенности этих видов износа. Износ первого рода — это молекулярно-механическое взаимодействие трущихся поверхностей, когда контакт происходит по вершинам микровыступов при очень больших удельных давлениях. Микровыступы слипаются (свариваются), и при смещении поверхностей «сваренные мостики» разрушаются, вновь образуются и т.д. Продукты разрушенных мостиков (по аналогии с контактной сваркой — брызги из-под электродов) выносятся из зоны трения, что меняет геометрию детали. Интенсивность такого износа низкая (нормальная), поверхность получается гладкой, бле-

Рис. 1.24. Изменение формы клапанов при их облитерации нагаром

23

Рис 1.25. Ось дифференциала, разрушенная задиром в сопряжении с сателлитами

стящей. Следует отметить, что профиль поверхности трения не воспроизводится ни при каком виде механической обработки. Износ второго рода (тепловой износ, задир} — это процесс сваривания больших участков трущихся поверхностей, сопровождающийся наволакиванием металла, образованием рисок. Такой износ наблюдается при ненормальных условиях трения: больших давлениях и скоростях скольжения, повышенной температуре. Интенсивность износа очень большая, износ может наблюдаться как при скольжении, так и при качении. На рис. 1.25 показана ось дифференциала переднеприводного автомобиля ВАЗ, имеющая задир в сопряжении с сателлитами, возникший при интенсивном буксовании автомобиля вперед и назад, что привело к полному разрушению оси. На рис. 1.26 и 1.27 показаны коленчатый вал и вкладыш подшипника со следами задира трущихся поверхностей. На рис. 1 28 и 1.29 показаны наружная и внутренняя обоймы двухрядного самоустанавливающегося подшипника с задиром, причиной которого явилась неправильная сборка (отсутствие осевого зазора и заклинивание шариков при малом угле сферической поверхности наружной обоймы).

Рис 1.26 Задир шейки коленчатого вала двигателя 24

Рис 1 27. Задир рабочей поверхности вкладыша

Рис. 1.28. Задир наружной обоймы двухрядного подшипника качения Окислительный износ — это процесс образования на поверхности трения окисных пленок, более твердых и хрупких, чем основной металл. Такая пленка на относительно мягкой подложке под действием нагрузок в зоне контакта трущихся тел то разрушается, то вновь образуется и т.д. Окислы выбрасываются из зоны трения, геометрия детали меняется по аналогии с тем, как колеса автомобиля выбрасывают замерзающие на луже льдинки, и образуется колея. Интенсивность окислительного износа низкая (нормальная), поверхность трения гладкая, блестящая. Усталостный износ (питтинг) — это процесс образования в поверхностном слое детали, испытывающей циклические нагрузки, усталостных трещин, которые, замыкаясь, приводят к отшелушиванию поверхностного слоя. Питтинг обычно наблюдается в подшипниках качения (рис. 1.30, 1.31, 1.32, 1.33) и на поверхности зубьев шестерен (рис. 1.34). Низкая долговечность подшипников качения по выкрошиванию поверхностей трения может быть обусловлена рядом причин. Первой причиной могут быть ошибки конструктора при выборе размера подшипника. Нарушение посадок обойм подшипника (вращающихся и стоящих) также может быть причиной ускоренного питтинга.

Рис 1 29. Задир внутренней обоймы подшипника качения 25

Рис 1 30 Локальное усталостное выкро- Рис 131 Питтинг обоймы конишивание (питтинг) обоймы подшипника ческого подшипника как следствие его неправильной регулировки

При работе подшипника только часть стоящей обоймы воспринимает нагрузку, где и будет происходить накопление усталостных повреждений. Поэтому стоящую обойму следует устанавливать по скользящей или переходной посадке, которая позволит ей эпизодически при возникающих перегрузках проворачиваться и вводить в работу те участки обоймы, в которых усталостные трещины еще не возникли Вращающуюся обойму устанавливают по тугой посадке, поскольку при работе подшипника нагрузку воспринимает вся рабочая поверхность обоймы. Дополнительной причиной интенсивного питтинга может служить неправильная сборка подшипникового узла На рис 1 31 показана обойма радиально-упорного подшипника, который при сборке был «перетянут», т.е. в подшипнике при отсутствии осевого зазора действовала большая осевая сила, возникшая при неправильной регулировке. В этих условиях конический подшипник работал как упорный. Вследствие этого выкрошивание наблюдается равномерно по всей поверхности обоймы в виде мелких точек.

Рис

26

1.32. Обойма подшипника после усталостного износа и последующего задира

Следует иметь в виду, что при длительной работе подшипника запиттингованная поверхность может подвергаться повторному износу, и при этом выравниваться, как это показано на рис 1.32. Выкрошивание может наблюдаться и на роликах или шариках подшипников — раньше на тех, которые в пределах допуска имеют больший диаметр и воспринимают большую нагрузку (см. рис. 1.33). Аналогичные процессы протекают и на зубьях шестерен (см. рис. 1.34) В некоторых случаях питтинг, г е усталостное отшелушивание поверхностного слоя, может провоцировать растрескивание обоймы подшипника качения или тел качения. На рис. 1 35 показан шарик однорядного подшипника, расчлененный усталостной трещиной на две части. Трещина прошла через зону наиболее интенсивного выкрошивания, которая при длительной работе подшипника подверглась вторичному износу, т е. начала заглаживаться Абразивный износ — это процесс износа при попадании в зону трения посторонних частиц с размерами, превосходящими толщину масляного слоя между трущимися поверхностями. В зависимости от соотношения твердости металла Яч и твердости абразива Нл абразивный износ проявляется в виде микрорезания или в виде интенсивного питтинга (рис. 1.36) Скорость абразивного износа та пропорциональна концентрации абразива. где т0 — скорость износа на чистом масле; т ) а — скорость абразивного износа при единичной концентрации; у — концентрация абразива в процентах Попадая в зону трения, абразивные зерна дробятся, что снижает их агрессивность, поэтому при разовом загрязнении масла в агрегате скорость износа деталей от времени работы уменьшается

Рис 133 Питтинг на ролике подшипника

Рис 134 Питтинг рабочей поверхности зубьев шестерни

27

Рис 1 35 Усталостное разрушение шарика подшипника

в соответствии с рис 1 37 Если масло загрязняется с постоянной скоростью, то скорость износа будет нарастать в соответствии с рис 1 38 Отсюда следует очень важное замечание Проводя замену масла в агрегате автомобиля, нужно исключить попадание свежего абразива в масло, иначе заливаемое масло может оказаться для агрегата хуже, чем заменяемое То же самое можно отнести и к консистентным смазкам (если пресс-масленку не очищать тщательно от грязи, то лучше не шприцевать вообще) Фреттинг-коррозия — это разновидность окислительного износа, наблюдающаяся в подшипниках и прессовых посадках, когда поверхности совершают колебательные движения с амплитудой до 0,025 мм В этом случае под шариками или роликами образуются лунки (ложное бринеллирование), а на поверхности валов и ступиц — язвы Если зона контакта хорошо смазана, то поверхности могут оставаться блестящими, а если поверхности сухие, то язвы могут быть заполнены ржавчиной На рис 1 39 показана крестовина карданного вала, на цапфах которой при работе возникли лунки в местах расположения роликов игольчатого подшипника При работе карданной передачи части карданного вала образуют угол не более 6° Ролики покачиваются

Время работы

Рис 1 38 Характер изменения скорости износа деталей при постепенном загрязнении смазочного масла абразивом

Рис 1 39 Цапфы крестовины, подверженные фреттинг-коррозии

на месте и дробят окисные пленки, которые образуются в зоне контакта с цапфой Со временем в этом месте возникает лунка Фреттинг-коррозия наблюдается и на торцах цапф, контактирующих с донышком корпуса игольчатого подшипника, образуя специфическую поверхность (рис 1 40) На рис 1 41 показана поверхность крестовины дифференциала в том месте, где она зажимается между чашками корпуса и работает как вал, запрессованный в отверстие Как видно из рис 1 41, фреттинг-коррозия создает специфическую поверхность деталей в прессовых посадках

При разовом загрязнении

ч

О

1,0 Ям/Яа

Время работы

Рис 1 36 Зависимость износостойкости детали от соотношения твердостей ее материала и абразивных зерен

Рис 1 37 Изменение скорости износа деталей при разовом внесении абразива в масло по мере работы агрегата

28

0,2 0,4 0,6 0,8

На чистом масле

Рис 1 40 Следы фреттинг-коррозии Рис 1 41 Следы фреттинг коррозии на торце цапфы крестовины в сопряжениях с прессовой посадкой

29

Наиболее эффективным методом борьбы с фреттинг-коррозией является исключение условий для возникновения колебаний в зоне контакта деталей. Это может быть достигнуто уменьшением изгибных и крутильных колебаний деталей, созданием оптимального натяга в прессовых посадках. Следует учитывать, что продукты износа (окислы) имеют больший объем, чем объем окисленного металла. Поэтому может наблюдаться самоустраняющийся фреттинг в прессовых посадках за счет того, что по мере работы сопряжения натяг будет увеличиваться, и раскачивания в сопряжении могут уменьшаться. Сложная взаимосвязь физико-химических процессов при фреттинг-коррозии, а также влияние большого числа факторов, определяющих активность этих процессов в каждом конкретном случае, затрудняет разработку универсальных методов защиты от фреттинг-коррозии. Эрозия — процесс изменения геометрии детали под действием струй жидкости или газа. Интенсивность эрозии зависит от агрессивности среды, характерным является наличие латентного (скрытого) периода в начале износа, когда износ не обнаруживается. График изменения износа образца под действием струи воды при разной ее температуре показан на рис. 1.42 В автомобиле эрозии часто подвергаются клапаны газораспределительного механизма (рис. 1.43), жиклеры карбюратора, детали амортизаторов. Следует подчеркнуть, что используемое на практике понятие «прогар клапана» не является обоснованным, поскольку горение происходит при температуре выше температуры плавления металла, а на тарелке клапана обычно не наблюдается следов оплавленности. Эрозионное разрушение тарелки больше похоже на скол ее части. Наиболее сложным во внешних проявлениях является эрозионно-механический износ, когда в износе одновременно участвуют струи жидкости или газа и механическое истирание.

Время испытаний Рис 1 42 Нарастание эрозии образца во времени

30

Рис. 1.43. Эрозия клапана двигателя внутреннего сгорания

На рис. 1.44 показано кольцо торцового уплотнения коробки передач с гидроуправляемыми фрикционами. Конструкция торцового уплотнения выполнена таким образом, что стоящее кольцо с уплотнительной манжетой прижимается к вращающемуся диску давлением масла. При этом на рабочей поверхности кольца по всей его периферии создается равное давление, однако кольцо часто изнашивается неравномерно (косо). Экспериментально установлено, что чаще всего косой износ наблюдается при плохом качестве притирки кольца, когда неплоскостность рабочей поверхности превышает 0,004 мм. Объяснением данного явления может служить эрозионный износ, возникающий при протекании масла (рабочее давление масла составляет 1 МПа) через щель между кольцом и сопряженным с ним диском. В этом случае идет эрозия локального участка кольца, что в конечном счете приводит к его косому износу. Круговые следы натертостей на рабочей поверхности кольца являются следствием механического истирания. Эрозионно-механический износ в автомобиле наблюдается в плунжерных парах топливной системы дизелей, амортизаторах и других подобным образом работающих сопряжениях Износ электрических контактов — это результат процессов механического взаимодействия контактирующих тел при протекании электрического тока через зону их контакта. Электрические

Рис. 1.44. Рабочая поверхность торцового уплотнения, подверженная эрозионно-механическому износу 31

контакты, имеющие место в конструкции электрооборудования автомобилей, можно различать по кинематическим признакам на скользящие, разрывные и неподвижные. Механическое изнашивание скользящих контактов проявляется в той же форме, что и в обычных парах трения, с той особенностью, что рабочие нагрузки таких контактов обычно невелики. Механический износ разрывных контактов вполне естественно носит усталостный характер, поскольку они испытывают циклическую нагрузку. Электрическое изнашивание контактов проявляется в следующих видах: перенос ионов материала одного элемента на другой; электрический пробой окисных пленок на поверхностях, приводящий к увеличению сил молекулярного сцепления между чистыми металлами и глубинному вырыванию; искрение и дугообразование, приводящее к выделению большой энергии в зазоре между контактами и разбрызгиванию или испарению металла, что сопровождается резким ухудшением качества поверхности, а это, в свою очередь, увеличивает механический износ. Условия трения скользящих контактов (щетка — коллектор) в конструкции автомобильного стартера характеризуются тем, что щетки разной полярности скользят по одной дорожке трения. В генераторе щетки разной полярности скользят по разным кольцам. При прохождении тока от щетки к кольцу (анодно-поляризованная щетка) коэффициент трения в контакте меньше, чем для катодно-поляризованной щетки. Увеличение плотности тока в контакте (А/см2) всегда снижает коэффициент трения анодно-поляризованной щетки, для катодно-поляризованной щетки эта зависимость более сложная и связана с материалом щетки и коллектора. В общей величине износа скользящих контактов вклад электрического (эрозионного) износа составляет 30...50%, в зависимости от полярности щеток [30]. Скорость износа анодно-поляризованной щетки обычно больше скорости износа катодно-поляризованной щетки. Следует, однако, учитывать, что на скорость износа влияет не только полярность, но и режим разряда в контакте. При малом токе и тлеющем разряде износ катода больше износа анода; при увеличении тока и возникновении искрового разряда существенно возрастает износ анода; при дуговом разряде опять становится больше износ катода. Часто электрический износ сопровождается переносом материала с одного контакта на другой, как это происходит на контактах автомобильного прерывателя-распределителя (плоскостность контактов нарушается: на одном контакте образуется бугорок, а на другом впадина). Трение щеток по благородным металлам дает примерно одинаковый износ анода и катода. На трение и износ электрических контактов существенное влияние оказывают примеси в материале контактов и окружающей 32

атмосфере. Например, дым от горящей изоляции может увеличить коэффициент трения контактов в три раза [30]. Завершая анализ видов износа, следует отметить некоторые общие закономерности: повышение прочностных свойств поверхностей трения обычно снижает интенсивность их износа; шероховатость поверхностей трения имеет значение только на периоде приработки; между коэффициентом трения и интенсивностью износа материалов однозначной связи нет; зависимость интенсивности изнашивания от режимов трения для разных материалов различна. Последняя из указанных закономерностей имеет большое значение для понимания проблем ускоренных испытаний. Ускорение испытаний, обычно, достигается за счет ужесточения режимов трения (увеличения нагрузок, скоростей скольжения и т.п.). В этом случае соотношение интенсивности износа для разных материа' лов может быть иным, чем при нормальных режимах трения деталей в условиях реальной эксплуатации автомобиля. Например, фторопласт-4 при малых нагрузках имеет лучшие противоизносные свойства, чем бронза. Однако при больших нагрузках противоизносные свойства бронзы лучше, чем фторопласта-4. Возможные зависимости интенсивности износа деталей, выполненных из разных материалов или имеющие разные покрытия, от режимов трения показаны на рис. 1.45.

Режимы нормальной эксплуатации

Режимы трения

Рис. 1.45. Изменение интенсивности износа разных материалов в зависимости от режимов трения: / — материал с низкой износостойкостью при любых режимах трения; 2, 3 — материалы, износостойкость которых относительно друг друга различна при разных режимах трения

33

По результатам ускоренных испытаний следует признать наиболее износостойким материал 3, а при условиях трения в режиме нормальной эксплуатации лучшим будет материал 2. В то же время некоторый материал 1 может оставаться худшим по износостойкости, как в условиях ускоренных испытаний, так и при нормальных режимах трения. Таким образом, переносить результаты ускоренных испытаний износостойкости деталей на реальные условия работы автомобилей весьма проблематично. Особым этапом в процессе трения сопряженных поверхностей является период приработки, когда поверхности деталей, образованные при их изготовлении, приобретают особую микрогеометрию, характерную для данных условий трения. В период приработки (обкатки) режимы трения должны быть щадящими, что исключает условия высокой интенсивности изнашивания и повышает общую долговечность деталей. Следует иметь в виду, что обкатка имеет значение не только для трущихся деталей, но и деталей, подверженных усталостным разрушениям. Начиная работу с малыми амплитудами циклических нагрузок и перерывами «для отдыха» детали проходят этап «тренировки», что существенно повышает их долговечность при последующей работе. В настоящее время существуют перспективы создания условий для безызносного трения материалов за счет эффекта избирательного переноса активных атомов меди (открытие Д. Н.Гаркунова). Эффект достаточно хорошо проявляется при трении материалов в среде тяжелых спиртов и в хладонах. Ведутся разработки металлоплакирующих смазок и присадок в масла. Перспективными являются разработки присадок с керамическими составляющими, которые высаживаются на поверхностях трения и за счет своей высокой износостойкости и термостойкости хорошо защищают трущиеся поверхности даже в условиях недостатка масла.

1.3. Качество и надежность автомобильных шин Автомобильное колесо и шина в частности являются важными элементами, влияющими на все основные эксплуатационные показатели автомобиля: динамичность, проходимость, безопасность, плавность хода и экономичность. Специфика автомобильной шины заключается в том, что она является продуктом другой отрасли, далекой от автомобилестроения. Но как эффективная техническая эксплуатация автомобиля невозможна без знания конструкции автомобиля, так и правильная эксплуатация шины невозможна без знания ее конструктивных особенностей. Для лучшего понимания процессов изменения эксплуата34

ционных свойств автомобильной шины специалист должен представлять не только ее устройство, но и технологию изготовления, что позволяет уверенно отличать производственные отказы шин от эксплуатационных. Основными конструктивными элементами шины являются каркас из корда, бортовые кольца и резина с различным набором свойств, в зависимости от места ее расположения в шине. Материалом корда является кордовая ткань, состоящая из параллельно расположенных прочных нитей основы, переплетенных тонкими нитями утка. Нити основы могут быть вискозными, капроновыми, нейлоновыми и т.д. В качестве нитей может использоваться стальная проволока. Бортовые кольца на всех типах шин изготавливают из стальной проволоки, обеспечивающей надежное удержание шины на ободе. Резина представляет собой смесь каучуков, вулканизирующих веществ (сера, селен и т.д.), веществ, ускоряющих вулканизацию (окись цинка, щелочь и т.д.), усилителей (сажа, каолин и т.д.), мягчителей (парафин, канифоль, и т.д.), противостарителей. Всего в состав резины может входить более 20 наименований веществ, количество которых определяется рецептурой резины, обеспечивающей получение определенных ее свойств, например резина, используемая для протектора, должна быть устойчивой к износу, резина брекерного слоя должна быть эластичной, резина, удерживающая воздух, должна быть газонепроницаемая. Резина приготавливается механическим перемешиванием входящих в нее компонентов путем многократного пропускания через каскад шнеков и валков. Концентрация многих компонентов, сильно влияющих на свойства резины, не превышает одного процента. Если смесь не будет тщательно перемешана или рецептура смеси не будет строго выдержана, то качество резины и шины будет низким. Для воздухонепроницаемой резины используют особые виды каучука, после перемешивания смеси эта резина продавливается через сито, очищающее резину от посторонних частичек, которые могут разрывать камеру или герметизирующий слой бескамерной шины. Обрезинивание кордовой ткани производят вдавливанием в нее с обеих сторон особой резины с хорошей адгезией к нитям корда путем прокатывания полотна ткани через специальные вальцы. Далее кордовая ткань поступает в закройный цех, где из нее нарезают заготовки каркаса шины. Технология сборки шины существенно зависит от ее конструкции. Различают диагональные и радиальные шины. В радиальных шинах нити корда, проходя от одного борта до другого, располагаются в диаметральных плоскостях, т. е. имеют радиаль• .

-

,

35

ное направление. В диагональных шинах нити корда образуют с диаметральной плоскостью угол порядка 50°. Каркас диагональной шины всегда имеет четное число слоев корда, послойно имеющих зеркальное направление нитей. Наложенные друг на друга нити корда в просвете образуют ромбы (рис. 1.46, а). Ромб является легко деформируемой фигурой, что обеспечивает высокую эластичность шины. Однако пересекающиеся нити могут перетирать друг друга, и для повышения прочности приходится в каркас вводить много слоев корда. Это утяжеляет шину, увеличивает гистерезисные потери при деформации шины при ее качении, вызывает нагрев шины и увеличение коэффициента сопротивления качению. В радиальной шине нити каркаса не пересекаются друг с другом, поэтому боковина может быть тоньше. В коронной части шины (в зоне беговой дорожки) имеются пояса корда, нити которых расположены под углами, противоположными друг другу. При этом, как показано на рис. 1.46, б, склеенные нити корда образуют в просвете треугольник. В отличие от ромба треугольник является «жесткой» фигурой, поэтому радиальная шина, оставаясь легко деформируемой в радиальном направлении, имеет плохо деформируемую беговую дорожку под действием боковых сил. В силу всего этого радиальная шина имеет гораздо больший коэффициент сопротивления боковому уводу, меньше нагревается при движении, имеет меньший коэффициент сопротивления качению. Однако технология изготовления радиальной шины существенно сложнее технологии изготовления диагональной шины.

Нити второго пояса

\\\

ч УЧ/ Х.У ЧУЧУЧУ /чУЧУЧ ЧУЧУЧУ /хУЧУХ ЧУЧУ ч/ УЧУЧ/х

/\/ч/ч

S/ЧУЧУ

0

П. и S

r\r S?S 4/Ч.УхУ

У ЧУЧУ Ч ЧУЧУЧУ

х/х/ч,

Нити первого пояса

Рис 1.46. Расположение нитей корда в каркасах диагональной и радиальной шин: а — пересечение нитей шины с диагональным кордом, б — пересечение нитей шины с радиальным кордом в зоне беговой дорожки

36

Диагональная шина собирается на цилиндрическом барабане с горизонтальной осью вращения. На барабан поочередно укладывают слои корда, обеспечивая равномерное расположение стыков по окружности, что гарантирует хорошую балансировку колеса. Затем с краев образованного из корда цилиндра устанавливают бортовые кольца и оборачивают их кордом, загибая края цилиндра к его середине. После этого на каркас накладывают полосы резины соответствующего назначения на определенные участки. Верхним слоем в середине цилиндра укладывается протекторная резина После сборки заготовка снимается с барабана, внутрь ее устанавливается специальная резиновая камера; при накачивании камеры воздухом серединная часть цилиндрической заготовки выдвигается и она принимает тороидальную форму. Далее заготовка укладывается в варочную пресс-форму, после замыкания ее половин в камеру, находящуюся внутри заготовки, подается под давлением перегретый пар. Резина наружной поверхности заготовки вдавливается в пазы пресс-формы, что создает необходимый рисунок протектора и все предусмотренные надписи на боковине покрышки. При нагреве пресс-формы происходит вулканизация, т.е. необратимый переход пластичной «сырой» резины в эластичную резину с требуемыми рабочими свойствами. При изготовлении радиальной шины из корда отдельно собирают каркас и кольцевой пояс беговой дорожки шины (браслет). После этого браслет надевают на каркас (начальный диаметр каркаса равен диаметру обода), который поддувают до диаметра браслета; в таком состоянии проводят накладывание наружных слоев резины. Затем обычным образом проводят вулканизацию шины. Такая процедура существенно усложняет технологию сборки. Следует обратить внимание на то, что при несимметричном накладывании браслета беговая дорожка каркаса шины оказывается смещенной, это фактически меняет плечо обкатки (расстояние от центра рабочего пятна контакта колеса с дорогой до оси шкворневой линии). Неравенство плеч у левого и правого колес может приводить к уводу автомобилд в одну сторону. Если плоскость браслета и беговой дорожки соответственно будет неперпендикулярной оси шины, то колесо с такой шиной будет Е.ЫПИсывать «восьмерку». Поперечные колебания легковых автомобилей наблюдаются при небольших скоростях движения, когда частота вращения колеса «с восьмеркой» совпадет с собственной частотой колебаний подрессоренных масс автомобиля в поперечном направлении. Упругим элементом колебательной системы являются шины, имеющие определенную жесткость в боковом направлении. В обоих случаях нарушений положения браслета шина после вулканизации внешне будет симметричной, и описанные дефекты визуально не определяются. 37

Таким образом, качество автомобильных шин зависит и от состава резины, и от тщательности сборки. Если слои корда будут состыкованы неаккуратно, слои корда и резины будут плохо прикатаны и между ними будет оставаться воздух или водяной конденсат (в цехе сборки обычно большая влажность из-за утечек пара, используемого для вулканизации), то долговечность шины будет низкой. Несмотря на то, что по индивидуальному номеру шины может быть установлен ее сборщик, который несет персональную ответственность за качество сборки, выпускаемые шины обычно имеют большой разброс по качеству и долговечности. Под долговечностью автомобильных шин обычно понимают срок их службы и наработки до полного износа рисунка протектора или выхода из строя из-за разрывов каркаса и расслоений. Имеются данные, что по износу протектора выбывает из эксплуатации около 70 % шин, а по разрыву каркаса и другим эксплуатационным повреждениям — около 30 % шин. Разрушения каркаса и расслоения являются следствием усталости материалов, возникающей при многократно повторяющихся деформациях участков работающей шины. Накопление повреждений существенно возрастает при увеличении температуры, приводящей к ослаблению связей между кордом и резиной. Температура шины, естественно, зависит от температуры окружающей среды и весьма существенно — от скорости движения и давления воздуха в шине. При низком давлении воздуха участки шины сильно деформируются, что сопровождается увеличением напряжений в материале шины и ее гистерезисным разогревом. При увеличении скорости движения автомобиля в шине возрастает выделяемая энергия. Поскольку теплопроводность материалов шины плохая, теплопередача между шиной и воздухом при увеличении скорости не позволяет отводить всю теплоту, и температура шины возрастает. Процесс трения и изнашивания рабочей поверхности протектора можно представить происходящим по трем последовательным этапам: образование фрикционных связей с поверхностью дороги; существование фрикционных связей при изменяющихся деформациях и развивающихся температурах; нарушение фрикционных связей и разрушение поверхности. В общем случае различают пять видов нарушения фрикционных связей: микрорезание, или царапание, которое наблюдается при наличии острых выступов на истирающей поверхности и больших контактных давлениях, когда достигается предел прочности резины протектора. Отделение частичек резины происходит в результате однократного воздействия; пластическое оттеснение, возникающее при контакте резины с тупыми выступами на истирающей поверхности при больших 38

нагрузках. Отделение частичек резины происходит при многократных воздействиях; усталостный износ, который наблюдается, когда поверхностный слой протектора упруго обтекает выступы истирающей поверхности, а затем, при выходе протектора из контакта, восстанавливает свою форму. Число циклов до разрушения большое, оно зависит от величины действовавших напряжений и свойств резины; адгезионный отрыв, обусловленный молекулярной составляющей силы трения на поверхности соприкосновения. Адгезия, как правило, невелика по сравнению с объемной прочностью материала, но она всегда сопровождает любой вид взаимодействия; окислительный износ, происходящий при разрушении окисной пленки, как особым образом структурированной резины на поверхности протектора. Окисленная пленка, обладающая меньшей эластичностью, чем нижележащий слой резины, при деформации в зоне контакта с дорогой разрушается и отделяется от протектора. При условиях нормальной эксплуатации из всех перечисленных видов износа превалирует усталостный износ шины. При больших нагрузках и длительном скольжении резины в одном направлении на ее поверхности может образовываться «рисунок Шалламаха» — расположенные поперек траектории скольжения чередующиеся гребни и впадины. Первичными проявлениями при таком износе являются раздиры и трещины, возникающие в результате действия сил трения, когда напряжения сдвига превышают прочность резины. Перемещение слоев резины относительно истирающей поверхности и возникающие при этом силы сопровождаются автоколебаниями. Резина, особенно мягкая, как бы скатывается в валики. Истирание посредством скатывания может происходить лишь в определенном сочетании внешних условий и свойств резины. Следует помнить, что противоизносными свойствами обладает только протекторная резина. После износа протекторного слоя на протяжении всего нескольких километров, особенно при высокой температуре воздуха летом, изнашивается брекерный слой, разрушаются нити корда и выдавливаемая в образовавшееся отверстие камера, при этом шина отказывает с характерным хлопком. Связь интенсивности износа шины и крутящего момента, воздействующего на колесо, выражается степенной зависимостью с показателем степени 2 или 3. Таким образом, ведущие колеса при равных прочих условиях изнашиваются быстрее, чем ведомые. Износ шин автомобиля-тягача больше износа шин одиночного автомобиля. Тормозной момент сильнее сказывается на износе шин, поскольку при торможении трущиеся участки шины по времени находятся в контакте с дорогой дольше, чем при буксовании шины.

39

Нагрев участков шины будет больше, а соответственно и интенсивность износа выше. Увеличение боковой силы на колесо приводит к увеличению интенсивности износа шин примерно в квадратичной зависимости. Возникновение боковых сил обусловлено не только поперечным наклоном дорожного полотна и центробежными силами, действующими на автомобиль при поворотах, но и неоптимальными углами установки колес. Для автомобилей с независимой подвеской при поперечном расположении рычагов боковые силы могут возникать из-за кинематической несогласованности при вертикальных колебаниях автомобиля. Замечено, что при переменных значениях сил в контакте шины с дорогой интенсивность износа шины больше, чем при работе шины с постоянно действующими силами. Наверное, это является следствием гистерезисных потерь энергии в материале шины, что приводит к повышенной температуре и усталости резины. Кроме того, при постоянном направлении действия сил наблюдается эффект приработки. Это явление учитывается в процедуре перестановки колес, обеспечивающей одинаковый срок службы всех шин автомобиля. Ведущее колесо меняется местом с ведомым колесом таким образом, чтобы для шины направление окружной силы в контакте с дорогой не менялось. Увеличение радиальной нагрузки на шину сверх номинального значения имеет место при общей перегрузке автомобиля и при неправильном распределении груза по платформе, износ шины в этом случае увеличивается. Характер процесса изнашивания шины при большой радиальной силе сходен с процессом работы шины при пониженном давлении воздуха. Кроме того, при больших радиальных нагрузках возникают перенапряжения в нитях корда. На рис. 1.47 по данным разных авторов, испытывавших различные

\ \Ч

« 80 Я ю 1 о •j.

60

Ч

8 40

20

()

\ "^. ^

20 40 60 80 Превышение нагрузки, %

К

Рис. 1.47. Зависимость срока службы шины от радиальной нагрузки на колесо

40

100

: 80 )

!> 60 § 40

20

10

0 - 1 0 -20 -30 -40 Отклонение давления воздуха, %

-50

-60

Рис. 1.48. Зависимость срока службы шины от давления воздуха в шине

шины, усредненно представлена зависимость срока службы шины от радиальной нагрузки (в процентах превышения номинального значения нагрузки). Как следует из графика, превышение нормальной нагрузки на колесо на 50 % сокращает срок службы шины примерно вдвое. Специфическим вариантом радиальной перегрузки шины являются динамические нагрузки вследствие дисбаланса колеса. Признаком несбалансированности колеса является пятнистый износ протектора шины. Дисбаланс колеса зависит как от самой шины, так и обода, и ступицы колеса. Внутреннее давление воздуха в шине весьма существенно влияет на ее долговечность. Оптимальное значение давления воздуха устанавливается заводом-изготовителем на основании доводочных испытаний автомобиля с учетом требований управляемости, плавности хода и долговечности самой шины. Усредненно характер влияния давления воздуха в шине на ее ресурс показан на рис. 1.48. При снижении давления воздуха в шине увеличивается деформация каркаса и за счет гистерезисных потерь повышается температура шины при ее работе. Следствием этого является снижение прочности шинных материалов, возможны расслоения, перетирания нитей корда. Износ протектора получается неравномерным (больше изнашивается плечевая зона шины). Повышение давления воздуха в шине сопровождается перенапряжением каркаса, возможным его разрушением. Протектор больше изнашивается в середине беговой дорожки, износ происходит быстрее, поскольку уменьшается площадь контакта колеса с дорогой, и давление в зоне контакта увеличивается. Следует понимать, что для абсолютно эластичной шины давление колеса на опорную поверхность равно давлению воздуха в шине (по условию статического равновесия). Принято считать, что увеличение или уменьшение давления воздуха на 10 % от нормы приводит к 41

уменьшению ресурса шины на 10 %. Установлено, что для передающих касательные силы ведущих колес нарушение нормы давления воздуха в шине сильнее влияет на ее ресурс. Скорость движения автомобиля влияет на износ шин главным образом через увеличение температуры нагрева шины, в результате чего ухудшаются упруго-прочностные свойства резины протектора и уменьшается сопротивляемость резины истиранию. При больших скоростях на каркас шины начинают оказывать влияние центробежные силы и условия отвода теплоты от шины. Вследствие этого радиальные бескамерные шины — более скоростные, чем диагональные камерные. Кроме того, что при деформации шины происходит трение камеры о внутренние стенки шины и при этом выделяется дополнительная теплота, камера затрудняет отвод теплоты из внутренней полости шины к металлическому диску, обладающему хорошей теплопроводностью. Скоростная шина должна иметь высокоэффективный герметизирующий внутренний слой и, наоборот, газопроницаемые слои каркаса, протектора, боковин и других участков шины. Это требование диктуется тем, что при неизбежном процессе дифундирования воздуха в герметизирующий слой и затрудненном выходе его из резины шины, воздух существенно ухудшает теплопроводность шины, что ведет к ее большему нагреву. С целью облегчения выхода воздуха из шины в ее наиболее массивной протекторной части изготавливают специальные дренажные отверстия. Температура окружающей среды, как и дорожные условия, несомненно, оказывают влияние на долговечность шин. На рис. 1.49 показан характер влияния температуры воздуха на интенсивность износа шин. Минимум интенсивности износа шин обычно наблюдается в температурном диапазоне -5 ...-10 °С. В какой-то мере на это оказывают влияние и дорожные условия, поскольку при такой температуре дорога обычно бывает скользкой, как следствие, в кон5 ж

О S

ха в я

s a о <->

-20 -15 -10

-5

О

5 10 15 20 Температура воздуха, °С

Рис. 1.49. Характер влияния температуры на интенсивность износа шины 42

такте шины с дорогой усилия малы, скорости движения небольшие. При повышении температуры интенсивность износа шины существенно возрастает. Характер дорожного покрытия и рельеф дороги также существенно влияют на износ и долговечность шин. Как показывает практика, на дорогах первой и второй категорий долговечность шин на 20...25% больше этого показателя на дорогах третьей и четвертой категорий. При работе автомобилей в карьерных условиях, когда резко возрастает доля абразивного износа, пробег шин уменьшается в два раза и более. Ресурс шин на горных дорогах на 15...20% ниже, чем на дорогах в равнинной местности. Например, если износ шин на дороге с асфальтобетонным покрытием принять за 100%, то на дороге с цементобетонным покрытием износ составляет 135%, с щебеночным — 128%, с гравийным — 142%, на профилированной грунтовой дороге — 70%. По наблюдениям разных авторов для грузовых автомобилей удельный износ шин находится в пределах 0,14,..0,24 мм/тыс, км, износ шин прицепов обычно меньше — 0,11.,.0,12 мм/тыс, км. Удельный износ зависит от того, на каких колесах шины установлены. Для трехосных автомобилей часто износ шин заднего моста наибольший, а наименьший износ наблюдается у шин среднего моста. Следует учитывать, что передние колеса одиночные, а задние — спаренные. Удельный износ достигает наибольшего значения для новой шины, а по мере износа протектора удельный износ несколько уменьшается. В зависимости от степени износа шин меняются эксплуатационные характеристики колес и автомобиля в целом. Поскольку шины весьма разнообразны по конструкции, размерам, рисунку протектора, материалам, из которых они изготовлены, опубликованные численные результаты экспериментальных исследований разных авторов могут существенно различаться. Тем не менее можно проследить общие закономерности изменения эксплуатационных показателей шин по мере их работы. Изношенные шины оказывают меньшее сопротивление качению автомобильного колеса. Это рстественно вытекает из того, что по мере уменьшения толщины протектора уменьшаются гистерезисные потери при деформировании слоев резины. Снижение коэффициента сопротивления качению проявляется в увеличении свободного выбега автомобиля и снижении расхода топлива на 7... 12 %. Специальные шины Regroovable имеют начальную высоту протектора 13... 15 мм (вместо 20 мм — у обычных шин грузовых автомобилей) и толстый слой протекторной резины, который по мере износа протектора прорезается специальным приспособлением для восстановления высоты рисунка протектора. Имеются сведения, что такие шины позволяют в среднем экономить 2...4% топлива. 43

Для колеса с новой и изношенной шиной коэффициент сцепления на сухом асфальте отличается, как правило, несущественно. На мокром и загрязненном покрытии разница коэффициентов сцепления возрастает. Радиус колеса с изношенным протектором шины, особенно диагональной, мало отличается от радиуса колеса с новой шиной. Это объясняется тем, что по мере работы «разнашивается» каркас шины, что увеличивает ее диаметр. Крутильная (тангенциальная) и боковая жесткости шины с изношенным протектором больше жесткостей новой шины. Это может сказываться, прежде всего, на крутильных колебаниях в трансмиссии автомобиля. Демпфирующие свойства новой шины выше, чем старой. В заключение следует отметить, что шина является очень важным элементом конструкции автомобиля, весьма сильно влияющим на его показатели качества. Доля затрат на шины в себестоимости перевозок в зависимости от типа подвижного состава составляет 5... 10%. Понимание процессов, влияющих на долговечность автомобильных шин, является необходимым условием их правильной эксплуатации.

1.4. Роль сферы сервиса в поддержании работоспособности автомобиля В рыночных условиях потребительский спрос на любой вид продукции определяется соотношением цена — качество. Для сложных изделий, к которым относится автомобиль, большую роль играет доступность и качество получаемых потребителем услуг по поддержанию приобретенного изделия в работоспособном состоянии. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей в процессе эксплуатации объединяют понятием сервис, который занимает важное место в жизненном цикле автомобиля. Характеристиками качества сервисных услуг как процесса являются: результативность по обеспечению качества продукции (агрегата, системы и автомобиля в целом); эффективность, оцениваемая издержками материальных ресурсов и времени на осуществление услуг; адаптивность как отклик на «настроение» рынка, т.е. способность перенастраиваться на изменяющиеся условия оказания сервисных услуг. На основании опыта стран с развитой рыночной экономикой отправной точкой TQM (всеобщего управления качеством) является «акцент на потребителя» [9]. Это означает, что в конкурентной борьбе производителей продукции и услуг выигрывает толь44

ко тот, кто выстраивает свое производство, сообразуясь с запросами потребителей продукции или предоставляемых услуг. Как известно, раньше в нашей стране, в условиях острого дефицита запасных частей для ремонта автомобилей и ограниченном количестве государственных СТО, автомобильный сервис был «ненавязчивым». Качество оказываемых услуг регламентировалось требованиями нормативных документов, исполнение которых «лежало на совести» работников СТО. При переходе к рыночным условиям сеть предприятий по оказанию услуг по ТО и Р автомобилей у нас значительно расширилась. Это дает клиенту возможность выбора места выполнения сервисных работ, а предприятия обязывает заботиться о своей репутации, а потому и о качестве предоставляемых услуг. Качество сервисных услуг во многом определяется материально-техническим оснащением производственного процесса и квалификацией специалистов, осуществляющих технологический процесс. Можно выделить две стратегии повышения качества сервисных услуг: а — совершенствование имеющегося технологического процесса и форм обслуживания клиентов за счет повышения квалификации обслуживающего персонала и лучшей организации работ; б — переход на новые, более совершенные технологии и формы обслуживания, коренным образом отличающиеся от действовавших ранее. Стратегия а обычно сводится к наведению элементарного порядка в производственном процессе, приучению исполнителей услуг к ответственному выполнению своих обязанностей, внимательному отношению к нуждам клиента, что, в конечном счете, не требует значительных материальных затрат. Эта стратегия наиболее эффективна, если изначальный уровень качества предоставляемых услуг был низким. Однако дальнейшее повышение качества потребует существенных усилий и затрат на введение дополнительного контроля и других подобных мероприятий. Темп нарастания качества будет снижаться. Стратегия б подразумевает замену морально устаревшего технологического оборудования на более современное, обеспечивающее высокое качество исполнения работ, или создание дополнительных удобств клиенту СТО (удобный подъезд и стоянка, комфортные условия в зале ожидания и т.п.). Естественно, что замена винтовых растяжек стендом для ремонта кузова типа БС-71.000, а потом замена его более совершенным стендом с лазерным контролем геометрии кузова требует все больших затрат. Однако каждый такой переход открывает новые возможности повышения качества ремонта кузова автомобиля. При этом на начальном этапе, в период освоения новой технологии, рост показателей качества обычно низкий. 45

Соотношение качества услуг и затрат на его обеспечение по стратегиям а и б показано в левой части графика на рис. 1.50. Требования клиента к качеству услуг зависят от наполнения рынка услуг. При дефиците услуг клиент вынужден соглашаться на очень низкое качество. При появлении хотя бы какого-то выбора предлагаемых услуг, требования к качеству услуг существенно возрастают. Дальнейшее насыщение рынка услуг вызывает пропорциональный рост требований к их качеству. Когда рынок услуг насыщается и клиент получает возможность широкого выбора исполнителей услуг, требования клиента к качеству вырастают весьма существенно. Кривая этой зависимости показана в правой части графика на рис. 1.50. Сопоставляя левую и правую части графика можно сделать важное заключение. При малом насыщении рынка услуг повышение качества услуг по стратегии а представляется более эффективным, чем по стратегии б. Однако при некотором уровне насыщения рынка услуг стратегия б становится более эффективной. Станция технического обслуживания или другое предприятие, предоставляющее услуги по поддержанию автомобиля в работоспособном состоянии, которые пытаются повысить качество услуг только путем некоторых модернизаций существующих технологий, при насыщении рынка услуг становятся неконкурентоспособными по отношению к предприятиям, внедрившим новые технологии. Руководство сервисных предприятий должно внимательно следить за развитием рынка услуг и своевременно переходить на новые технологии оказания услуг. В случае опоздания таких переходов предприятия будут терять клиентов из-за невозможности предоставления услуг требуемого качества. Вынужденной мерой может стать уход с рынка сервисных услуг или поиск других услуг (наКачество услуг

Стоимость затрат на обеспечение качества

О

100 Наполняемость рынка услуг, %

Рис. 1.50. Сравнительный анализ двух стратегий повышения качества услуг: а — изменение качества услуг путем совершенствования имеющегося технологического процесса и форм обслуживания клиентов, 6 — изменение качества услуг при переходе на новые совершенные технологии и формы обслуживания

46

пример, предприятие перестает заниматься кузовным ремонтом и начинает проводить диагностику двигателей с электронным впрыском топлива). В любом случае такие изменения в деятельности обычно весьма болезненны для предприятий. Общепризнанным методом подтверждения соответствия качества услуг установленным требованиям является сертификация. Система сертификации механических транспортных средств в Российской Федерации введена в действие с 1992 г. (на Западе сертификацию начали использовать в 1930-е гг.). Услуги по ТО и Р автомототранспортных средств в последние годы были включены в список обязательной сертификации. Все сервисные организации, а также технические службы автотранспортных предприятий могли быть допущены к выполнению работ по поддержанию работоспособности автомобилей только при наличии сертификата соответствия. По принятому закону от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании» все виды обязательной сертификации приостановлены до момента разработки и принятия технических регламентов. На данный момент, до принятия соответствующих технических регламентов (крайний срок установлен до 2010 г.), постановлением Госстандарта России от 21.08.2003 № 97 введены Правила функционирования Системы добровольной сертификации услуг по техническому обслуживанию и ремонту автомототранспортных средств. Руководящим органом Системы добровольной сертификации услуг назначена Консультационно-внедренческая фирма «Интерстандарт», а научно-методическим центром Системы добровольной сертификации услуг — Всероссийский научно-исследовательский институт сертификации (ВНИИС). Правила добровольной сертификации услуг являются основополагающим документом Системы, входящей в качестве подсистемы в Систему сертификации ГОСТ Р. Правила устанавливают организационную структуру Системы, основные принципы сертификации, а также порядок добровольной сертификации услуг. Сертификация услуг по ТО и Р автомототранспортных средств может проводиться по схемам 1 М 2, 3, 5. Схема 1: оценка мастерства исполнителя работ и услуг, включающая в себя проверку результатов работ и услуг и инспекционный контроль. Схема 1 применяется, как правило, для сертификации небольших предприятий (численность работников, занятых в сфере основного производства, не более 5 чел.), в которых ответственность за качество и безопасность оказываемых услуг возлагается непосредственно на исполнителей услуг и определяется их мастерством. Схема 2: оценка процессов выполнения работ и оказания услуг, включающая в себя проверку результатов работ и услуг и инспекционный контроль. Схема 2 применяется, как правило, для серти47

фикации небольших и средних предприятий (5 — 30 чел. в сфере основного производства), имеющих двух-, трехуровневую структуру управления и распределения ответственности за качество и безопасность оказываемых услуг. Отдельные составляющие процессов могут иметь разных исполнителей, а сами процессы оказания услуг основаны, как правило, на использовании документированных процедур. В зависимости от сложности процесса оценивают: полноту и актуализацию документации, устанавливающей требования к процессу; оснащение необходимым оборудованием, инструментом, средствами измерений (испытаний, контроля), веществами, материалами, помещениями и др., а также их соответствие установленным требованиям; метрологическое, методическое, организационное, программное, информационное, материальное, правовое, техническое и другое обеспечение; безопасность и стабильность процесса; профессиональную компетентность исполнителей работ и услуг, обслуживающего и производственного персонала. Схема 3: анализ состояния производства, включающий в себя проверку результатов работ и услуг и инспекционный контроль. Схема 3 используется, как правило, при сертификации крупных предприятий (более 30 чел. в сфере основного производства), имеющих многоуровневую структуру управления и распределения ответственности, использующих документально оформленные процессы оказания услуг, а также располагающих организационно-техническими и кадровыми ресурсами для проектирования процесса оказания услуг. Схема 5: оценка системы качества, включающая в себя проверку результатов работ и услуг и инспекционный контроль. Схема 5 применяется для сервисных предприятий, имеющих документально оформленную систему менеджмента качества. Оценку системы качества проводит эксперт по сертификации систем качества в соответствии с нормативными документами. При наличии сертификата на систему качества его учитывают при сертификации услуг. Перечень показателей, которые могут быть подтверждены при сертификации, и нормативные документы, содержащие требования к услугам и методы их контроля, входят в комплект документации Системы добровольной сертификации. Проверку соответствия оказываемых услуг установленным требованиям осуществляет аккредитованный региональный орган по сертификации, который выдает сертификат соответствия, регистрируемый в едином реестре Системы. Сертификация, несомненно, стимулирует сервисные предприятия и технические службы АТП к повышению качества услуг по 48

ТО и Р автомобилей. Однако следует отметить, что владельцы автомобилей, как и большинство граждан России, очень плохо представляют сущность сертификации и приучены не доверять официальным заявлениям. При выборе СТО для проведения ремонтных работ на своем автомобиле, для владельца автомобиля гораздо более авторитетным может быть мнение знакомого о качестве услуг, оказываемых данной СТО. Таким образом, руководители сервисных предприятий, выполняя требования постулата рыночных отношений: «акцент на потребителя», должны хорошо представлять, как оценивает качество услуг их потребитель. Потребитель судит о качестве услуг по тому, насколько он удовлетворен ими. Естественно, между качеством услуг и степенью удовлетворенности клиента уровнем качества существует определенная, хотя во многом и субъективная, связь. Различают три грани (профиля) качества продукции и услуг: базовое (основное) качество — это совокупность характеристик продукции или услуги, наличие которых потребитель считает обязательным и само собою разумеющимся (ножницы должны резать, двигатель автомобиля должен запускаться и работать). Когда базовое качество имеет приемлемый уровень, потребитель о нем не говорит, хотя производитель продукции или услуг может затрачивать для достижения этого уровня значительные усилия. Но при снижении базового качества у потребителя возникает ощущение сильной неудовлетворенности; требуемое качество — это совокупность характеристик продукции или услуги, в первую очередь влияющих на ценность продукта в глазах потребителя (расположение и время работы СТО удобны для клиента, заказ на обслуживание выполняется быстро, работники СТО вежливы и внимательны и т.п.). Чем выше уровень требуемого качества, тем более удовлетворен потребитель; неожиданное желаемое качество — группа характеристик продукции или услуги, представляющих для потребителя неожиданные ценности, о наличии которых он мог только мечтать, не предполагая возможности их практической реализации (клиент, ожидающий исполнение заказа, мфкет бесплатно выпить кофе и посмотреть видеофильм о стилях безопасного вождения автомобиля и т.п.). Зависимость удовлетворенности потребителя от уровня выполнения рассмотренных граней качества услуги может быть условно представлена рис. 1.51. При качестве, соответствующем первому и третьему квадрантам, потребители услуг обычно ничего не говорят о качестве полученной услуги. При качестве, соответствующем четвертому квадранту потребители выражают свою неудовлетворенность и жалуются на низкое качество услуги, а при качестве, соответствующем второму квадранту, потребители хвалят услуги. 49

Очень удовлетворен

3

Высокое качество

Низкое качество

0

Очень неудовлетворен

Рис. 1.51. Характер связи граней качества с удовлетворенностью потребителя: / — изменение базового качества, 2 — изменение требуемого качества, 3 — изменение желаемого качества

Желаемые параметры качества, особенно сильно сказывающиеся на удовлетворенности потребителя, должны быть неожиданными не только для потребителей, но и для конкурентов по оказанию сервисных услуг. За время, пока конкуренты будут копировать предложенную форму услуг, может быть сделан прорыв на рынке сервисных услуг и завоевана хорошая репутация у владельцев автомобилей, нуждающихся в их ТО и Р. В заключение следует отметить, что потребности клиентов сервисных предприятий со временем меняются. Например, у нас уже ушли в прошлое попытки «самодельного тюнинга», когда владельцы автомобилей украшали их футбольными мячами, плюшевыми тиграми с качающейся головой. Со временем появились тюнинговые фирмы, которые более или менее удачно изменяют внешний вид автомобилей, отвечая запросам их владельцев. С появлением электронного впрыска топлива появился спрос на особую настройку системы питания, обеспечивающей «спортивный стиль вождения» и т.п. Контрольные вопросы 1. Как соотносятся понятия «качество» и «надежность» автомобиля? 2. Может ли безотказный автомобиль быть долговечным, а долговечный — безотказным? 3. Влияет ли ремонтопригодность автомобиля на его безотказность? 50

4. Какие показатели надежности у правительственного автомобиля должны быть выше, чем у обычного транспортного автомобиля? 5. Какие условия способствуют увеличению ползучести металлов? 6. В каких условиях происходит усталостное разрушение деталей? 7. Почему смазка снижает прочность деталей автомобиля? 8. Что может быть причиной коробления корпусной детали автомобиля в процессе его эксплуатации? 9. При каких условиях может наблюдаться задир трущихся поверхностей деталей автомобиля? 10. При каких видах износа трущиеся поверхности деталей гладкие и блестящие? 11. Какие детали автомобиля могут быть подвергнуты фреттинг-коррозии? 12. Какие детали автомобиля могут быть подвергнуты эрозии? 13. Почему при увеличении скорости движения автомобиля возрастает износ протектора шины? 14. Если в бескамерную шину вставить камеру, то как это скажется на долговечности шины по износу протектора? 15. Что является источниками боковых сил, действующих на шины колес?

ГЛАВА 2

ОПИСАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН, ОТРАЖАЮЩИХ ПРОЦЕССЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ

2.1. Общие принципы описания случайных величин Процессы, происходящие в природе и технике, можно разделить на две большие группы: процессы, описываемые функциональными зависимостями, когда имеется жесткая связь между аргументом и функцией (например, всем известный закон Ома); случайные или вероятностные процессы, когда функция отражает аргумент с некоторой вероятностью (можно напомнить, что вероятность события — это отношение числа случаев, благоприятствующих наблюдению события, к общему числу возможных случаев). В практике ТЭА в большинстве случаев приходится иметь дело с вероятностными процессами. Например, диаметр цилиндров двигателя вследствие износа увеличивается неодинаково по мере наработки, тем более для разных двигателей той же модели (рис. 2.1). Во многих случаях достаточно знать не функцию (регрессию) у = f(x),a числовые характеристики совокупности случайных величин Х Ь Х2, Х3 И Т.Д.

Основными числовыми характеристиками случайных величин являются математическое ожидание тх и среднее квадратинеское отклонение о,:

где п — число анализируемых случайных величин х,; р, — вероятность наблюдения случайной величины х,. Если анализируется не вся генеральная совокупность случайных величин, а только некоторая выборка из этой совокупности, то в качестве меры рассеяния случайной величины используют оценку среднего квадратического отклонения

5=

/7-1

Более наглядной характеристикой рассеянности (разброса) случайных величин является коэффициент вариации

(2.1)

v = 2±.

В некоторых случаях математическое ожидание должно рассчитываться как среднее гармоническое значение

••»

" 1 У— J—t Y /=!*'

Поясним область применения этой формулы примером. Пример. Требуется найти средний путевой расход топлива двух автомо-

Предельный диаметр

билей, если известно, что первый автомобиль расходует х, = 20 а второй автомобиль х2 = 30

100 км

100 км '

.

Если находить среднее арифметическое значение, то получим Номинальный допуск на диаметр

_

X|

Наработка двигателя х

Рис. 2.1. Возможные изменения диаметра цилиндров двигателя по мере его работы

52

20 + 30

. Убедимся в справедливости такого решения по 100км сути задачи. Если в баки автомобилей залить по 60 л топлива, то первый автомобиль проедет 300 км, а второй — 200 км. Общий пройденный путь составит 500 км, а количество израсходованного топлива — 120л. Отсю=

X •

• = 25-

да средний расход топлива х =

500

= 24—-— . Этот ответ является 100км 53

абсолютно верным, а результат, полученный как среднее арифметическое значение путевых расходов, ошибочный. Если рассчитывать по формуле среднего гармонического значения, то mr = •

J_ + J_ 20

Р(х)

= 24-

'100км'

30

Таким образом, математическое ожидание случайных величин с удельной размерностью нужно рассчитывать как среднее гармоническое значение. Примерами таких величин, дополнительно к рассмотренному, являются удельный расход топлива двигателем (г/л. с. -ч), удельный расход краски при окрашивании (г/м2) и т.п. Наиболее полно случайная величина описывается законом распределения вероятностей. Распределение вероятностей может быть представлено таблицей, графиком или формулой. Существенное значение для распределения вероятностей имеет характер случайной величины, которая может быть дискретной (число пассажиров в автобусе может быть только целым) или непрерывной (наработка между очередными проколами колеса). На рис. 2.2, а показано распределение вероятностей Р(х,) дискретной случайной величины х, (например, расхода запасных частей со склада в течение дня). Если попытаться аналогично изобразить распределение вероятностей непрерывной случайной величины (например, наработки до отказа детали), то возникнет противоречие: конкретное значение х, — это точка на непрерывной шкале и вероятность отказа именно в этот момент времени очень мала. О реальных величинах вероятности отказа можно говорить, только если рассматривать некоторый интервал наработки Ах. Чем уже интервал, тем меньше вероятность, но отношение />(*,) = f ( x ) будет коAJC,

нечной величиной, характеризующей определенное значение х. Это отношение называют плотностью вероятности. Плотность вероятности, представленная в виде графика (рис. 2.2, б), также позволяет судить о том, насколько часто или редко может наблюдаться то или иное значение случайной величины х. На практике часто важно знать вероятность того, что случайная величина равна или меньше некоторого значения, т.е. Р(х < лс0). Для закона распределения дискретной случайной величины Р(х < XQ) = X P(xi) (Рис- 2.2, в), для непрерывной случайной величины Р(х < XQ) = ^Р(х,) =£/(jc)Ax. Если Ад; -» 0, то Р(х < XQ) = = F(x) = J f(x)dx. В таком виде закон распределения вероятностей называют интегральным законом (рис. 2.2, г), а плотность распре54

Законы распределения вероятностей

0

1

2

3 4 а

5

Законы распределения вероятностей Р(х<х$)

P(x)k 1

F(x)\

Рис. 2.2. Законы распределения вероятностей значений дискретной (а и в) и непрерывной (б и г) случайных величин деления вероятностей часто называют дифференциальным законом распределения вероятностей. Закон распределения вероятностей дискретной случайной величины по рис. 2.2, в могут называть кумулятивной кривой [10].

2.2. Виды законов распределения вероятностей Формы кривых распределения могут быть разнообразны, что зависит от особенностей рассматриваемой случайной величины и процесса, в котором рождается эта величина. Главным фактором здесь является степень наличия последействия. Процесс не имеет последействия, если состояние в будущем не зависит от того, как система пришла в настоящее состояние. Например, наработка до прокола колеса и ресурс коленчатого вала являются случайными величинами, но их распределения вероятностей различны. Если мы сегодня установили на двигатель новый коленчатый вал, то завтра он еще новый и даже через месяц работы автомобиля коленчатый вал можно считать новым. Если мы сегодня установили 55

F(x)

Рис. 2.3. Экспоненциальный закон распределения вероятностей

новую камеру в колесо, то никаких особых гарантий отсутствия прокола завтра, потому что камера новая, нет. В этих примерах наработка камеры до прокола является случайной величиной, рождаемой процессом без последействия, а ресурс коленчатого вала рождается процессом с хорошо выраженным последействием. В математике известны многие законы распределения вероятностей случайных величин, из них в практике ТЭА достаточно широко используются пять законов [1, 10, 16, 20 — 22, 28, 29]. Экспоненциальный закон — закон, описывающий непрерывные случайные величины, рождаемые процессом без последействия. Закон выражается формулами F(x) = 1 -

где параметром распределения является Х = 1/тх, здесь тх— математическое ожидание случайной величины. Для случайных величин, распределенных по экспоненциальному закону, коэффициент вариации равен единице, т.е. ах= тх. Формы кривых показаны на рис. 2.3. Следует отметить, что в окружающей нас действительности очень многие явления можно отнести к процессам без последействия, поэтому наше интуитивное представление часто соответствует экспоненциальному закону (например, человек привыкает к опасности, потому что вначале прирост вероятности события большой, а со временем прирост уменьшается). Случаи применения экспоненциального закона в практике ТЭА: наработка на отказ автомобиля при выходе из строя различных деталей; наработка на отказ (моменты возникновения потребности в замене) конкретной детали для группы одновременно работающих автомобилей; периодичность внезапных отказов деталей из-за аварии и т. п. (например, прокол колеса); 56

время простоя автомобиля в ремонте при дефиците запасных частей. Нормальный закон — описывает непрерывные случайные величины, рождаемые процессом с хорошо выраженным последействием. По предельной теореме Ляпунова, если случайная величина является суммой многих случайных величин, то она хорошо описывается нормальным законом. Отсюда можно считать, что если на процесс влияет много различных факторов, то рождаемая этим процессом случайная величина будет распределена по нормальному закону 1

/(*) =

(х-т^У

, 2о '

где тк — математическое ожидание случайной величины; а х — среднее квадратическое отклонение. Интегральная функция F(x) = \ f(x)dx не имеет аналитического выражения, поэтому для ее построения пользуются табличными значениями функции F(z), где z =

— квантиль (ус-

°* ловный аргумент, позволяющий определять значения вероятностей для любых совокупностей нормально распределенных случайных величин). Следует отметить, что в разных литературных источниках квантиль может обозначаться различными буквами. Формы кривых распределения показаны на рис. 2.4. Характерной особенностью нормального закона является то, что кривая плотности вероятности симметрична относительно математического ожидания, а кривая интегральной вероятности зеркально симметрична относительно вероятности 0,5. Поскольку с вероятностью 0,997 нормально распределенная случайная вели-

X

X

X

X

Рис. 2.4. Нормальный закон распределения вероятностей

57

чина укладывается в интервал х ± За, а в реальных условиях отрицательных величин, как правило, не бывает, то математическое ожидание не может быть меньше 30, значит, нормально распределенные случайные величины имеют коэффициент вариации v < 0,333. По этому условию выбирают вид закона распределения анализируемых случайных величин. Нормальный закон распределения вероятностей в практике ТЭА применяется при расчетах: ресурса нормально изнашиваемых деталей; времени простоя автомобиля в ТО и Р; трудоемкости ТО и Р; пробега автомобилей по календарным периодам; расхода эксплуатационных материалов и т.п. Закон Вейбулла — описывает непрерывные случайные величины:

где а и b — параметры (эмпирические коэффициенты). В зависимости от соотношения значений эмпирических коэффициентов формы кривых могут быть различны (рис. 2.5). Кривая может быть симметричной, близко совпадающей с нормальным законом, и несимметричной. Чаще всего закон Вейбулла используют при коэффициенте вариации 0,4 < v < 0,9. Закон Вейбулла в практике ТЭА применяется при расчетах: ресурса деталей, разрушающихся из-за усталости; наработки до отказа крепежных деталей; простоев автомобиля в текущем ремонте и т.п. Числовые характеристики случайной величины, распределенной по закону Вейбулла, особым образом связаны с его параметрами а и б. f(x)

Рис. 2.5. Закон Вейбулла 58

а

Ь

х

а

Ь

х

Рис. 2.6. Закон равновероятного распределения

Закон равновероятного распределения — описывает непрерывные случайные величины, которые достоверно встречаются на некотором интервале от а до Ь и вероятность наблюдения случайной величины в этом интервале постоянна (рис. 2.6). Например, если автобусы идут по маршруту с интервалом 15 мин, то время ожидания автобуса человеком, пришедшим на остановочный пункт в случайный момент времени, будет находиться в интервале 0...15 мин и распределено по закону равной вероятности. Описывается этот закон следующим образом: f(x) = 0 при х меньше а; /(*) =

1 Ь-а

при а < х < Ь;

f ( x ) = 0 при х больше а; F(x) =

Ь-а

при а < х < Ь.

Закон равновероятного распределения в практике ТЭА применяется при расчетах: времени простоя отказавшего технологического оборудования до прихода мастера по ремонту, если заявка в течение смены обязательно выполняется; времени ожидания маршрутного транспортного средства и т.п. Закон Пуассона — этот закон описывает дискретные случайные величины и является приближенным выражением более общего закона Бернулли. По формуле, предложенной Пуассоном, можно определять вероятность попадания в выборку п
Распределение выражается формулой х

где параметр распределения является математическим ожиданием случайной величины а = тх. Закон Пуассона в практике ТЭА применяется при определении: числа отказов для группы одновременно работающих автомобилей в течение заданного промежутка времени (или наработки); числа аварий или дорожно-транспортных происшествий; числа дефектных изделий, попадающих в выборку из партии изделий; числа клиентов, обращающихся на пункт обслуживания в единицу времени; количества запасных частей, забираемых со склада и т.п. Контрольные вопросы

1. Что дает более полное представление о разбросе случайной величины: среднее квадратическое отклонение или ее коэффициент вариации? 2. В чем разница между средним арифметическим и средним гармоническим значением случайной величины? 3. Почему плотность распределения вероятностей случайной величины называют дифференциальным законом распределения? Может ли этот закон описывать дискретные случайные величины? 4. Какими законами распределения описывается наработка на отказ автомобиля и наработка до предельного износа коленчатого вала? 5. Почему нормальным законом описываются значения ресурса нормально изнашиваемых деталей автомобиля? 6. Каким законом распределения может быть описан ресурс детали, если его среднее значение в два раза больше среднего квадратического отклонения? 7. Каким законом распределения обычно описывается ресурс пружин, отказывающих из-за усталостных трещин? 8. Если известно, что в маршрутном автобусе в среднем находится 40 пассажиров, то с какой вероятностью число пассажиров будет равно 10? По какой формуле это можно подсчитать? 9. В чем разница закона распределения, представленного как F(x)

ГЛАВА 3

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ АВТОМОБИЛЯ КАК СЛОЖНОЙ СИСТЕМЫ

3.1. Общие представления о сложных системах Под сложной системой понимают объект, выполняющий заданные функции и который может быть расчленен на элементы, каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элементами. Элементы сложной системы могут иметь разнообразные выходные параметры, которые с позиции надежности можно разбить на три группы (типа): Х\ — параметры, изменение которых с выходом за установленные уровни показателей приводит к потере работоспособности элемента и системы; Х2 — параметры, участвующие в формировании выходных параметров всей системы, но по которым трудно судить об отказе элемента; Х3 — параметры, влияющие на работоспособность других элементов системы аналогично изменению внешних условий работы всей системы. Для большей наглядности возможных типов выходных параметров систему из двух элементов (на примере двигателя) можно представить структурной схемой (рис. 3.1). В представленной на рис. 3.1 схеме для системы питания^ — это пропускная способность топливного жиклера (если жиклер забит и топливо не поступает, то система питания отказывает и отказывает двигатель), Х2 — это износ топливного жиклера (топливная экономичность автомобиля ухудшается), XT, — образование богатой смеси (двигатель перегревается и затрудняет работу системы охлаждения). В свою очередь, плохая работа системы охлаждения приводит к перегреву двигателя и образованию паровых пробок в системе питания — это Х3 для элемента № 2, плохая работа термостата затягивает прогрев двигателя, что приводит к снижению топливной экономичности автомобиля — это Х2, обрыв ремня приводит к отказу системы охлаждения и отказу автомобиля — это Х\ для элемента № 2. В реальных сложных системах элементы могут иметь или все три типа выходных параметров, или меньше (один или два). Во 61

Элемент № 1 (система питания)

Элемент № 2 (система охлаждения)

Выходные параметры системы

Рис. 3.1. Пример взаимодействия разных типов выходных параметров элементов сложной системы

многом это зависит от степени расчленения системы на элементы. В рассмотренном примере система питания и система охлаждения сами являются сложными системами. Автомобиль является сложной системой, которую можно разбить на большое число элементов. При анализе надежности такой системы ее элементы разделяют на группы: 1) элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность автомобиля (повреждение обивки салона, коррозия крыла). Отказ таких элементов обычно рассматривают изолированно от системы; 2) элементы, работоспособность которых за рассматриваемый промежуток времени или наработки практически не меняется (для автомобиля, направляемого на уборку урожая, учитывать изменение состояния картера коробки передач не имеет смысла); 3) элементы, восстановление работоспособности которых не требует значительных затрат времени и практически не снижает показателей эффективности работы автомобиля (натяжение ремня вентилятора); 4) элементы, отказы которых приводят к отказу автомобиля и регламентируют его надежность. Функционирование автомобиля связано с выполнением разнообразных задач в неодинаковых условиях эксплуатации, поэтому разделение элементов на группы может быть проблематичным (отказ стеклоочистителя в сухую погоду не приводит к отказу автомобиля, а в дождь и слякоть — приводит к отказу). 62

3.2. Оценка безотказности сложных систем В зависимости от характера влияния на надежность сложной системы, ее элементы можно считать включенными последовательно или параллельно (по аналогии с включением лампочек в гирлянде). При этом реальную конструктивную схему системы следует представлять структурной схемой безотказности. Приведем пример структурной схемы подшипникового узла, состоящего из следующих элементов: / — вал, 2 — подшипник, 3 — корпус подшипника, 4 — винты крепления крышки подшипника (4 шт.), 5 — крышка подшипника. Если отказ элемента приводит к отказу системы, то можно считать, что элемент включен последовательно. Если при отказе элемента система продолжает функционировать, то элемент включен параллельно. В соответствии с этим структурная схема подшипникового узла будет иметь вид, представленный на рис. 3.2. Безотказность сложной системы, состоящей из последовательно включенных элементов, определяется произведением вероятностей безотказной работы элементов R0 = R{R2R3...Rn = Например, если система состоит из 50 элементов с одинаковой безотказностью R, = 0,99, то R0 = 0,9950 = 0,55. Как видно из приведенного примера, увеличение элементов при их последовательном включении приводит к снижению безотказности сложной системы. Для реальных элементов безотказность является переменной величиной, зависящей от их наработки, ее можно выразить законом распределения вероятностей. На рис. 3.3 показаны графики законов распределения вероятностей для трех последовательно включенных элементов.

. 3.2. Представление подшипникового узла структурной схемой для анализа его надежности: 1—5 — номера элементов, представляющих детали подшипникового узла

63

Рис. 3.4. Структурная схема сложной системы с параллельно включенными элементами

/(Of

/(О

Рис. 3.3. Пример анализа безотказности системы, состоящей из последовательно включенных элементов Из графика следует, что при наработке t\ наибольшую вероят/ ность отказа F\(t) - \ f(t)dt будет иметь первый элемент, однако, о

при увеличении наработки до величины t2 вероятность отказа второго элемента может существенно возрасти. Третий элемент при рассматриваемых значениях наработки остается практически безотказным. Таким образом, для повышения безотказности системы, состоящей из последовательно включенных элементов, следует в первую очередь повышать надежность наиболее «слабых» элементов. Одинаково увеличивать средний ресурс всех элементов системы нецелесообразно. При параллельном включении элементов (рис. 3.4) сложная система откажет только при отказе всех т элементов, вероятность этого события

В качестве примера оценим безотказность грузового двухосного автомобиля по проколу колес (колеса задней оси спаренные). Известно, что при определенном пробеге автомобиля безотказность по проколу переднего колеса равна /?п = 0,999, а по проколу заднего колеса /?3 = 0,995 (часто передние колеса наезжают на лежащий гвоздь, подбрасывают его и он прокалывает заднее колесо, поэтому обычно вероятность прокола задних колес больше, чем передних). Если автомобиль груженый (вариант а), то при проколе любого колеса дальнейшее движение автомобиля невозможно — наблюдается отказ сложной системы. Если автомобиль совершает порожний пробег (вариант б), то при проколе одного из спаренных колес дальнейшее движение возможно; отказ будет происходить только при проколе обоих спаренных колес или переднего колеса. В соответствии с этими условиями на рис. 3.5 показаны структурные схемы безотказности сложной системы по обоим вариантам. Безотказность сложной системы по структурной схеме варианта а 4 = 0,9992 0,9954 = 0,978.

Вариант а

пл

Зл

•з

•з

з„

Вариант б

F0 = F}F2...Fm. Безотказность сложной системы

или RO = \ -до -/?,). Например, для системы из трех элементов с безотказностью 0,9 общая безотказность R0 = 1 - (1 - 0,9)3 = 0,999. Таким образом, увеличение числа параллельно включенных элементов увеличивает безотказность сложной системы.

64

Рис. 3.5. Структурная схема автомобиля при анализе его безотказности по проколу колес: П л — переднее левое колесо; П п — переднее правое колесо; Зл — заднее левое колесо; З п — заднее правое колесо

65

Безотказность сложной системы по структурной схеме варианта 6 R0 = R2n [l - (1 - Д3)2]2 = 0,9992(1 - 0,0052)2 = 0,998. Таким образом, при движении груженого автомобиля отказ по проколу колеса может наблюдаться в 22 случаях из 1 000, а при движении порожнего автомобиля — в двух случаях из 1 000.

3.3. Резервирование как метод повышения надежности автомобиля Резервированием называют способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и возможностей, избыточных к минимально необходимым при выполнении требуемых функций. Иногда вместо термина «резервирование» используют словосочетание «введение избыточности». Между этими понятиями есть много общего, но есть и различия, поэтому их нельзя воспринимать как синонимы. Под избыточностью понимают превышение производительности, размеров, прочности и т.п. над минимально необходимыми значениями показателей. Ясно, что введение избыточности не означает автоматического улучшения показателей надежности. Чтобы улучшение надежности произошло, необходимо должным образом управлять избыточными ресурсами. Виды и методы резервирования довольно разнообразны и зависят как от типа характеристик, которые должны быть улучшены, так и от класса систем, в которых резервирование используется. Можно выделить следующие виды резервирования: структурное резервирование — это способ повышения надежности системы, состоящий в применении в системе дополнительных (резервных) элементов, которые не являются необходимыми для выполнения возложенных на систему функций, но используются системой после отказа основных элементов. Характерной особенностью структурного резервирования является то, что в идеально надежной системе все резервные элементы могут быть удалены из системы без какого-либо ухудшения качества ее функционирования. Резервные элементы нужны только тогда, когда появляется возможность отказа основных элементов; функциональное резервирование — это способ повышения надежности, использующий свойства технических систем при отказах элементов обеспечивать безотказное функционирование системы за счет перераспределения функций и более интенсивной работы элементов, выполнявших до отказа только свои основные функции. Этот способ широко применим в живых организмах. Простейшим примером реализации способа в технике можно счи66

тать перераспределение нагрузок в несущих элементах кузова после появления трещины в одной из его стоек, когда фактического отказа кузова нет и он продолжает работать. При функциональном резервировании в системе нет «лишних» элементов — они все необходимы для выполнения требуемого набора функций в условиях нормальной эксплуатации; временное резервирование — это способ повышения надежности, при котором системе в процессе ее функционирования предоставляется возможность израсходовать некоторое время, называемое резервным, для восстановления технических характеристик. Резерв времени можно израсходовать на переключение структурного резерва (установить запасное колесо), обнаружение и устранение отказов (например, заменить оборвавшийся ремень), повторение работы и т.п., при этом выполняя заданные показатели функционирования системы (например, сменное задание автомобиля по грузообороту). Рассмотрим более подробно структурное резервирование, которое делят на два вида: «горячий резерв», когда резервируемый элемент дублируется такими же параллельно и постоянно включенными элементами, и «холодный резерв», когда дублирующий элемент включается в работу только после отказа основного элемента. Для автомобиля примером холодного резерва является запасное колесо, спаренные задние колеса грузового автомобиля при порожнем пробеге можно считать примером горячего резерва (при проколе одного из колес порожний автомобиль может продолжать движение). При резервировании различают два метода (рис. 3.6): поэлементное резервирование, когда резервируются отдельные элементы сложной системы;

—Е

Раздельное резервирование

> UИ-1

ШН

Общее резервирование

и

Рис. 3.6. Структурная схема системы при поэлементном и общем резервировании

67

общее резервирование, когда при отказе элемента сложной системы ее может заменять такая же резервная система (резервируется вся цепочка элементов). Безотказность сложной системы при поэлементном резервировании

Например, при RtJ = 0,9, п = 4, т = 3, Л 0 = (1 - 0,13)4 = 0,996, т.е. отказ системы можно ожидать в четырех случаях из 1 000. Безотказность сложной системы при общем резервировании

R» = Для того же примера при R:J = 0,9, п = 4, т = 3 безотказность системы /?0 = 1 - (1 - 0,94)3 - 0,958, т.е. отказ системы можно ожидать в 42 случаях из 1 000. Проведенные расчеты показывают, что поэлементное резервирование дает более высокую безотказность сложной системы, однако реализация этого метода резервирования для механических устройств практически невозможна (для подключения резервных элементов потребуются специальные устройства, т.е. новые элементы, и система станет иной). Общее резервирование для механических устройств является более приемлемым (в конструкции автомобиля используется многоконтурная система тормозов), однако и в этом случае резервирование сопровождается ростом числа элементов в цепочке сложной системы. Рост числа элементов в системе приводит к снижению ее безотказности, и при определенном соотношении увеличения числа элементов и числа резервных цепочек безотказность системы может не только не увеличиться, а и уменьшиться. С учетом сказанного для повышения безотказности механических устройств и, в частности, автомобиля, чаще всего прибегают к повышению запасов прочности деталей или увеличению их износостойкости и т.п.

вить структурные схемы по параметрам возможных отказов. Пример анализа вариантов конструктивной схемы последовательного и параллельного включения двух фильтров приведен на рис. 3.7 Если в рассматриваемом примере безотказность фильтра по прорыву фильтрующего элемента /?р = 0,7, а по его забиванию — 7?3=0,9, то при параллельном включении фильтров общая безотказность по прорыву будет равна /?0 = 0,72 - 0,49, а по забиванию — Rf,= 1 - (1 - 0,9)2 = 0,99. При последовательном включении фильтров общая безотказность по прорыву Я„ = 0,92 =0,81, а по забиванию — /?о= 1 - (1 - 0,7)2 =0,91. Сравнивая минимальные значения общей безотказности, можно сделать вывод, что при последовательном включении фильтров рассматриваемая сложная схема надежнее. (Не следует забывать, что этот вывод справедлив при заданных значениях безотказности по рассматриваемым параметрам.) Для сложных систем с большим числом элементов и их выходных параметров рассматривается столько структурных схем, сколько может быть сочетаний возможных отказов по всем параметрам. Поскольку большинство элементов автомобиля (сложной системы) могут выходить из строя по разным параметрам, при оценке долговечности элемента следует это учитывать. Например, кузов легкового автомобиля может быть отправлен в утиль при серьезных повреждениях в дорожно-транспортных происшествиях (ДТП) и при сильной коррозии или усталостных разрушениях. Допустим, что средний ресурс кузова по ДТП Зс, = 100 тыс. км, а средний ресурс кузова по коррозии Зс2 = 120 тыс. км при среднем квадратическом отклонении <зх = 15 тыс. км. Какой в этом случае средний ресурс кузова?

Конструктивная схема

Структурная схема безотказности по забиванию элемента

по разрушению элемента

3.4. Оценка параметрической безотказности и долговечности изделий Элементы сложной системы, как правило, имеют несколько выходных параметров, по каждому из которых возможен отказ элемента. Например, полнопоточный фильтр может отказать из-за прорыва фильтрующего элемента или вследствие его забивания. Для оценки безотказности сложной системы необходимо соста68

Рис. 3.7. Пример анализа параметрической безотказности двух конструкi тивных схем 69

При решении подобной задачи следует представить структурную схему безотказности элемента по параметрам. В данном примере общая безотказность будет выражаться произведением безотказностей: R(x)0= R(x){R(x)2. Наработка на отказ по ДТП является случайной величиной, распределенной по экспоненциальному закону:

где Я,= \/тх\. Наработка на отказ по коррозии является случайной величиной, распределенной по нормальному закону:

Дх)2 =

Подставляя выражения безотказностей по отдельным параметрам в формулу общей безотказности, получим -]/(*)2dx) Отсюда можно найти математическое ожидание ресурса кузова путем интегрирования кривой безотказности тхо - \ R(x)0dx. В рео зультате решения получена формула математического ожидания ресурса кузова, который выбывает из эксплуатации вследствие или дорожно-транспортного происшествия, или коррозии и усталостных трещин: тхо = тх] (\\ -

для заданных в при-

мере числовых характеристик тхо = 70 тыс. км. Если за счет применения новых антикоррозийных покрытий повысить ресурс кузова в два раза, общий средний ресурс станет равным 90,8 тыс. км. На основании расчетов можно сделать следующие выводы: если деталь автомобиля (элемент сложной системы) имеет несколько выходных параметров, характеризующихся некоторыми средними ресурсами, то общий средний ресурс всегда будет меньше меньшего ресурса; для повышения среднего ресурса детали в первую очередь следует повышать ресурс по самому «слабому» параметру, который дает наименьшее значение среднего ресурса. 70

3.5. Безотказность сложной системы при установившихся потоках отказов Автомобиль является сложной восстанавливающейся системой, когда при отказе одного элемента (детали, узла) его заменяют другим (новым или отремонтированным) и функционирование системы продолжается. Наработки до отказа элементов являются случайными величинами, характеризующимися математическим ожиданием ресурса тх, и коэффициентом вариации ресурса v,. Начало эксплуатации автомобиля является общей точкой отсчета ресурса всех элементов сложной системы. Из-за того, что элементы системы имеют различные показатели долговечности, и конкретные значения ресурсов являются случайными величинами, отказы элементов будут происходить в случайные моменты времени, которые становятся начальной точкой отсчета ресурса элементов, устанавливаемых при ремонтах. Если в начале автомобиль состоял только из новых (заводских) элементов и вероятность их отказа была небольшая, то со временем в состав автомобиля в разные моменты входят различные элементы и поток отказов становится установившимся. Суммарная интенсивность потока отказов системы А.0 будет складываться из интенсивностей потоков отказа элементов А,,, поскольку в системе элементы, как правило, включены последовательно и при отказе элемента отказывает вся система. На рис. 3.8 условно показаны моменты отказа трех элементов, составляющих систему. п

Интенсивность отказа системы Х0 = А., + А.2 +.. + А,„ = ^Лс ^°~ 1 скольку математическое ожидание наработки на отказ системы т

хо = ~ > можно получить формулу mrn =

1

1

Отказы элементов сложной восстанавливающейся системы можно принять практически несвязанными друг с другом, тогда наработка между отказами является случайной величиной, рождаемой процессом без последействия и распределенной по экспоненциальному закону. В качестве примера определим среднюю наработку между ремонтами много лет работавшего автомобиля, связанными с раз71

4. Как рассчитать безотказность сложной системы из параллельно включенных элементов при известных безотказностях? 5. Почему резервирование как метод повышения надежности находит ограниченное применение в конструкции автомобилей? 6. Что нужно сделать для оценки безотказности сложной системы, если ее элементы имеют по нескольку выходных параметров? 7. Если ресурс объекта ограничивается действием разных процессов и известны средние ресурсы по каждому из них, то чему будет равен средний ресурс объекта?

Моменты отказа элементов 1, 2 и 3

в

-е —в—

— в- - — в-

в-в-

—о— во

-ев —

во- -в—о-ве —о- —е- -в—в-во-в —

Моменты отказа системы Время

Рис. 3.8. Моменты отказа элементов сложной системы при установившемся режиме работы боркой основных агрегатов, если известны их средние ресурсы,

тыс. км:

Двигатель ........................... 120 Коробка передач ............... 160 Ведущий мост ................... 105

Карданная передача ............ 87 Кузов .................................... 170 Рулевой механизм ............... 210

Используя приведенную ранее формулу, найдем -

=

( \

+

1

+

1+

1+

1+

I T ' 2-1 , , * = '6тыс.км.

Вероятность, что ремонтные работы не потребуются при интересующей нас величине пробега х, тыс. км, х

R(x)0 = е"2^. Следует иметь в виду, что рассмотренный метод расчета справедлив при установившемся потоке отказов, т. е. только для долго работавших сложных систем. Контрольные вопросы 1. По каким признакам детали, агрегаты и системы автомобиля можно отнести к последовательно или параллельно включенным элементам сложной системы? 2. Нужно ли для повышения среднего ресурса автомобиля в два раза повышать средний ресурс всех деталей в два раза? 3. Как рассчитать безотказность сложной системы из последовательно включенных элементов при известных безотказностях?

72

ГЛАВА 4

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ АВТОМОБИЛЯ

где тхо — математическое ожидание ресурса группы совместно заменяемых деталей; тХ1 — математическое ожидание ресурса детали при ее работе до отказа. Математическое ожидание ресурсов тх, =]к(х),йх, О

4.1. Стратегия совместной замены деталей при ремонте. Проблема равнопрочного автомобиля Ремонтопригодность автомобиля зависит не только от быстросъемности агрегатов и деталей, числа используемых инструментов, ремонтной оснастки и других достаточно очевидных факторов, но и от стратегии замены деталей при ремонте. Можно выделить три варианта организации замены деталей при ремонте автомобиля: замена только отказавшей детали (ресурс каждой детали в этом случае используется полностью, но возникает необходимость частых разборок, велики простои автомобиля в ремонте); плановая замена групп деталей (агрегатов) до момента наступления отказа (такой вариант часто используется в авиации, при этом обеспечивается высокая безотказность, но ресурс деталей существенно недоиспользуется); совместная замена, назначаемая техническими условиями на ремонт группы деталей при отказе одной детали группы (имеет достоинства первого и второго вариантов). Четвертым вариантом можно было бы считать замену деталей по результатам дефектовки деталей разобранного узла, когда наряду с отказавшей деталью заменяют сильно изношенные или поврежденные при разборке узла детали. Это достаточно очевидная ситуация, не требующая никаких теоретических обоснований. Из опыта установлено, что при ремонте автомобилей ЗИЛ-НО в среднем заменяют [35]: 2,24 детали — в коробке передач; 2,36 детали — в заднем мосту; 1,78 детали — в карданной передаче. Необходимость в ремонте, как правило, возникает при отказе одной детали. Эффективность совместной замены деталей при ремонте можно оценить коэффициентом использования ресурса детали р, и коэффициентом использования стоимости группы деталей (Зс. Коэффициент использования ресурса детали

тхо = ВД0 dx = 0

[ R(x), dx. 0 '=1

Очевидным условием оптимальности стратегии совместной замены деталей является наиболее полное использование их ресурса, что достигается при (3, -> 1. Определим, в каких случаях будет выполняться это условие на примере. Решается вопрос о плановой совместной замене поршней компрессора и задних рессор автомобиля, поскольку их ресурсы оказались одинаковыми. Известно, что ресурс поршней распределен по нормальному закону с коэффициентом вариации v n = 0,2, а ресурс рессор по закону Вейбулла с коэффициентом вариации v p = 0,77. Поскольку отказ автомобиля произойдет при отказе хотя бы одной из четырех рассматриваемых деталей, можно считать, что эти детали образуют структурную схему из четырех последовательно включенных элементов. Рассмотрим кривые безотказности, представленные на рис. 4.1.

Безотказность поршней

Безотказность рессор

Безотказность группы деталей

Рис. 4.1. Изменение безотказности группы последовательно включенных элементов: /?(x)in, R(x)2n — кривые безотказности одного и двух поршней соответственно; р, R(x)2r, — кривые безотказности одной и двух рессор соответственно

74

75

Безотказность двух поршней R(x)2n = Л(х)?п , математическое ожидание ресурса для двух поршней тх2п = j R(x)2ndx . Безотказность двух рессор R2p = R(x)^, математическое ожидание ресурса двух рессор

Если ресурс деталей используется полностью и р, -» 1, то и Р С -» 1; если все детали имеют одинаковую стоимость С, = С, то В =

-^ = -^ , а если еще все детали будут иметь одинаковый nC n коэффициент использования ресурса, то Рс = Р,. Рассмотрим случай совместной замены двух деталей с большой разницей в стоимости, когда С, = 100С2 (например, принимают решение в плановом порядке заменять шестерню и шпонку). Ко-

тх2р = I R(x)2pdx. о

,, С,р,+С 2 р 2 эффициент использования стоимости0рс = — — -^ = — .

^Общая безотказность для группы совместно заменяемых деталей R(x)0 = R(x)2nR(x)2p, математическое ожидание ресурса группы совместно заменяемых деталей

По этому выражению при р, = 1 и р2 = 0,01 рс = 0,99. Если взять Р] = sO,01 и Р 2 = 1, то рс = 0,02. Отсюда следует, что при стратегии плановой совместной замены деталей при ремонте автомобиля, ресурс дорогой детали должен быть использован полностью, т.е. вероятность отказа очень дешевой детали до выхода из строя всех дорогих деталей должна быть очень маленькой. Расположение кривых безотказностей для этого случая должно соответствовать рис. 4.2. Из приведенного примера ясна проблема равнопрочного автомобиля, который состоит из большого числа деталей разной стоимости. Для равнопрочного автомобиля недостаточно условия равенства ресурсов, а необходимо также отсутствие рассеяния ресурса всех деталей, что практически невозможно. При неодинаковых, но сопоставимых стоимостях деталей, вводимых в группу для совместной замены, оптимальное соотношение ресурсов можно найти определением экстремального значения коэффициента стоимости деталей. По результатам расчетов

тхо = I R(x)0dx . о

Из анализа кривых безотказностей видно, что чем больше рассеяние ресурса деталей, тем больше недоиспользуется ресурс совместно заменяемых деталей. Чем больше деталей входит в группу, тем меньше будет коэффициент использования их ресурса. При малых наработках поршни компрессора практически безотказны, но рессоры могут отказывать, а при больших наработках некоторые рессоры остаются работоспособными, но все поршни уже достигают предельного значения ресурса. Таким образом, можно сформулировать следующие рекомендации для плановой совместной замены группы деталей при ремонте автомобиля (с позиции использования ресурса деталей): число деталей, включаемых в группу для совместной замены, должно быть не очень большим; плановая совместная замена эффективнее для деталей, имеющих малую вариацию ресурса; все детали, включаемые в группу для совместной замены, должны иметь не только равные ресурсы, но и тождественные законы распределения вероятностей наработок до предельного состояния. Детали, объединяемые в группу для совместной замены, могут иметь различную стоимость, что учитывается в коэффициенте использования стоимости

в-

Ре -

где С, — стоимость детали, входящей в группу.

76

\->\ + (^2

1U 1

R(x)

R(x)2

Рис. 4.2 Оптимальное расположение кривых безотказности дорогой и дешевой деталей при их совместной замене для разных вариаций ресурса: Л(л:)| — кривая безотказности дорогой детали, R(x)2 — кривая безотказности дешевой детали

77

строят специальные номограммы [35]. Например, при С, = ЗС2 и коэффициенте вариации V] = v 2 = 0,2 наилучшее использование стоимостей деталей достигается при тх2 = \,25тх\ , т.е. ресурс более дешевой детали должен быть на 25 % выше среднего ресурса более дорогой детали. В заключение следует подчеркнуть, что рассматриваемые зависимости относятся к стратегии плановой совместной замены установленной заранее группы деталей, что оговаривается в технических условиях на ремонт автомобиля. Проводя совместную замену деталей при ремонте автомобиля, обычно интуитивно учитывают не только стоимость заменяемых деталей, но и издержки, которые могут возникать при отказах деталей. Например, при ремонте заднего моста автомобилей ВАЗ совместной замене подлежат четыре детали: полуось, подшипник, запорное кольцо и крышка подшипника. Отказ каждой из этой группы деталей имеет различные последствия. Износ (питтинг) подшипника приводит к повышенному шуму. Ослабление натяга запорного кольца приводит к выдвиганию полуоси, когда шлицевая часть полуоси выходит из зацепления с шестерней, автомобиль останавливается. При этом возможно незначительное повреждение барабаном тормозных колодок. Разрушение крышки подшипника может привести к быстрому выдвиганию полуоси из балки моста, нарушению кинематики качения колеса и траектории движения автомобиля. Если водитель в такой ситуации будет тормозить, то возможна разгерметизация гидравлического привода тормозной системы. Усталостное разрушение полуоси, испытывающей циклические нагрузки, приведет к отрыву колеса, опрокидыванию автомобиля в кювет или выезд на встречную полосу с возможными тяжелыми последствиями. Обозначая среднюю величину издержек от отказа детали J, и зная коэффициент использования ресурса р,, который, по сути, отражает как бы вероятность отказа детали, можно найти средние

нии числа совместно заменяемых деталей. Это соответствует здравой логике: если после первого отказа заменять весь автомобиль в целом, то число отказов и их последствий будет меньше (естественно, здесь мы не учитываем приработку, возможность проявления скрытых дефектов изготовления, которые обнаруживаются у новых автомобилей и т.п.). Средние затраты от недоиспользования стоимостей совместно заменяемых деталей 1С,(1-РД 1=1 общие затраты будут равны сумме

Естественным условием эффективности стратегии совместной замены деталей при ремонте автомобиля является снижение общих затрат от недоиспользования ресурса деталей и издержек, связанных с отказом деталей. Преобразуя выражение общих затрат, можно записать

Несмотря на то что издержки от отказа некоторых деталей могут быть меньше их стоимости, общие затраты не могут быть равны нулю. Докажем это от обратного, переписав выражение общих затрат следующим образом:

Разделив все на £ •/, и заменяя £ СД = P C L C / > получим

п

издержки при групповой замене деталей JV,P, . По аналогии с ;=1

коэффициентом использования стоимости деталей, введем в рассмотрение коэффициент издержек при групповой замене деталей

Здесь в знаменателе записаны суммарные издержки, когда ресурс всех деталей группы использовался бы полностью. Оптимальной будет такая стратегия замены деталей, когда РУ -» min, что достигается при р, — » min. Ранее было показано, что коэффициент использования ресурса уменьшается при увеличе78

Как было показано ранее, рс < 1, значит ру < 0, что невозможно. Подставляя выражение коэффициента использования ресурса, получим m

На основании полученного выражения можно дать следующие рекомендации по формированию группы деталей для их совместной замены при ремонте автомобиля:

79

дешевые детали, отказ которых приводит к большим издержкам (повреждение других деталей, необходимость выполнения трудоемких разборочно-сборочных работ, влияние на безопасность автомобиля и т.п.) должны иметь большой ресурс; дорогие детали, отказ которых не приводит к большим издержкам, должны иметь ресурс меньший, чем ресурс дешевых деталей; число деталей, включаемых в группу совместной замены, не должно быть очень большим. Соблюдение этих рекомендаций особенно важно для деталей, отказ которых носит внезапный, как бы непредсказуемый, характер (разрушение хрупких материалов, поломка из-за образования невидимых усталостных трещин и т.п.). При продуманном конструировании и тщательной доводке конструкции автомобиля завод-изготовитель может сам рекомендовать группы деталей для совместной замены при ремонте. Специалист по технической эксплуатации автомобилей должен внимательно относиться к таким рекомендациям. Например, в разработанной концерном Fiat конструкции полуоси ведущего моста первым, обычно, отказывает подшипник. Иногда наблюдается сползание запорного кольца при нарушениях технологии изготовления. Однако все это в эксплуатации автомобиля не приводит к большим издержкам. Отказы крышки подшипника и поломка полуоси, которые могут привести к серьезным последствиям, в практике нормальной эксплуатации автомобиля не встречаются. То есть запасы долговечности полуоси существенно выше запасов долговечности подшипника. Замена при ремонте не группы деталей, а только одного подшипника (да еще многократная замена) может привести к очень серьезным последствиям.

4.2. Определение оптимального срока службы автомобиля как сложной восстанавливающейся системы Автомобиль, состоящий из большого числа агрегатов, систем и деталей, является сложной восстанавливающейся системой. Это означает, что путем многократных ремонтов автомобиль можно поддерживать в работоспособном состоянии, в принципе, неограниченно долго. Не учитывая издержек от морального старения автомобиля, оптимальный срок его службы можно найти по минимуму удельных затрат на покупку автомобиля и на поддержание его в работоспособном состоянии в соответствии с рис. 4.3. Если Са — стоимость автомобиля при его покупке, то при сроке службы / удельные годовые затраты, связанные с покупкой, выразятся отношением CJt. Затраты, связанные с поддержанием 80

СТЭА Оптимальный срок службы

'

Рис. 4.3. Определение оптимального срока службы автомобиля по минимуму суммарных затрат

автомобиля в работоспособном состоянии, СТЭА в течение года можно представить как СТЭА = (Сто

СТГ)Д,

где С т о — общие затраты на техническое обслуживание автомобиля; Ср — затраты на ремонт автомобиля, существенно возрастающие по мере его старения; С т г — затраты, связанные с потерей дохода от простоев автомобиля, обусловленных его технической готовностью. Суммируя удельные затраты, получаем кривую, по которой можно найти оптимальный срок службы автомобиля, соответствующий минимуму общих удельных затрат С0. Следует иметь в виду, что кривая суммарных удельных затрат может быть в зоне экстремума достаточно пологой. Это будет указывать на то, что оптимальный срок службы автомобиля может иметь нечетко выраженные границы. Контрольные вопросы 1. Какие можно выделить варианты организации замен деталей при ремонте автомобилей? 2. Какие требуется выполнить условия, чтобы ресурс деталей, объединенных в группу совместной замены, использовался наиболее полно? 3. Какие требуется выполнить условия, чтобы стоимость деталей, объединенных в группу совместной замены, использовалась наиболее полно? 4. Если в группу совместной замены деталей включены две детали, то ресурс дорогой или дешевой детали должен быть больше? 5. Возможен ли равнопрочный автомобиль? Если возможен, то при каких условиях? 6. Как сказываются на стратегию совместной замены деталей при ремонте автомобиля издержки от отказов деталей? 7. Как определяется оптимальный срок службы автомобиля как сложной восстанавливающейся системы?

ГЛАВА 5 ИСПЫТАНИЯ И ОБРАБОТКА ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. Организация испытаний автомобилей в условиях автотранспортного предприятия В практике технической эксплуатации автомобилей многие параметры проявляются как результат случайных процессов. Их численные значения, в частности показатели надежности, являются случайными величинами, которые могут быть определены только по результатам испытаний. В общем случае объектами испытаний могут быть: образцы материалов (масел, присадок, покрытий и т.д.); детали (оцениваются конструктивные и технологические факторы, режимы обработки и т.д.); агрегаты автомобиля; автомобили; системы машин (учитывается взаимодействие с механизмами погрузки, грузами, прицепами и т.п.). В зависимости от решаемых задач различают исследовательские (проводят для изучения факторов, влияющих на надежность) и контрольные испытания (оценивают достигнутый уровень надежности данного изделия). По месту проведения различают испытания: стендовые (обеспечивают хорошие условия для быстрого получения результатов и сопоставимости сравнительных испытаний, однако распространение результатов стендовых испытаний на условия реальной эксплуатации проблематично); полигонные (имеют преимущества стендовых испытаний в части сравнимости испытаний и дают хорошую сопоставимость с реальными условиями эксплуатации); эксплуатационные (дают наиболее достоверные результаты, но требуют много времени на испытания). Перед проведением испытаний в условиях АТП, авторемонтного завода (АРЗ) или другой организации необходимо разработать методику испытаний с указанием технологии измерений и обработки получаемых данных; издать приказ (распоряжение) по предприятию с указанием сроков проведения испытаний, ответственных исполнителей, утвердить методику испытаний; провести инструктаж (обучение) всех участвующих в испытаниях. 82

В процессе проведения испытаний необходимо фиксировать наиболее полно всю полезную информацию. Например, при испытаниях надежности автомобилей следует фиксировать: вид отказа; наработку изделия; момент отказа (астрономическое время); причину отказа; условия среды в момент отказа (температуру, режим работы, манипуляции водителя и т.п.); влияние отказа на работоспособность других агрегатов и автомобиля; затраты времени и средств на устранение отказа. Для фиксации результатов испытаний заводят специальный журнал, обработку получаемых статистических данных полезно вести с использованием компьютерных программ.

5.2. Обработка результатов испытаний безотказности автомобиля Определение показателей безотказности автомобиля производят при наблюдении группы автомобилей в условиях реальной эксплуатации. В журнале фиксируют наработку (по одометру) и наименование отказавших деталей и систем. На основании журнала полезно составить гистограмму частот отказов по интервалам, определить среднее число отказов, приходящихся на один автомобиль за весь период испытаний, например 25 тыс. км. Делением среднего пробега автомобиля (по принятому примеру — 25 тыс. км) на среднее число отказов на один автомобиль находят среднюю наработку на отказ х автомобиля в процессе испытаний. Поскольку отказы различных деталей, как правило, не связаны друг с другом, наработка на отказ является случайной величиной, распределенной по экспоненциальному закону. Параметр закона распределения А, = (х)~[, а вероятность наработки до отказа F(x) = 1 - e~u . Например, при средней наработке на отказ х -2,7 тыс. км интенсивность потока отказов А,= 0,37 1/тыс. км и вероятность наработки на отказ F(x) = 1 - е~°-31х . Используя полученную формулу, можно определить безотказность автомобиля R(x) = 1 - F ( x ) . В данном примере R(x) = е^0-37*. Безотказность обычно представляют графиком, наглядно показывающим, с какой вероятностью автомобиль будет оставаться безотказным при разных значениях наработки. 83

5.3. Оценка долговечности деталей автомобиля на основе полностью завершенных испытаний Наблюдая за группой автомобилей, на которых установлены испытуемые детали, можно зафиксировать их ресурсы хь х2, х3, ... , х„, т.е. случайные величины наработки от начала их эксплуатации до предельного состояния. Располагая полученными значениями ре-

V

сурсов, можно найти математическое ожидание ресурса тх == ^ и оценку среднего квадратического отклонения S = J — т . \ п-\ Для определения гамма-процентного ресурса нужно располагать кривой безотказности R(x) = 1 - F(x). Выбор закона распределения вероятностей производят на основе априорной информации о характере анализируемой случайной величины, а также по с

значению коэффициента вариации v = — . Если коэффициент вариЛ

ации меньше 0,33, то можно принять нормальный закон, если он больше — то закон Вейбулла. Построение кривых производят с помощью специальных таблиц [10, 21, 36], приведенных в справочной литературе по математической статистике (см. Приложение 1).

5.4. Обработка результатов усеченных испытаний Многие испытания автомобилей, связанные с определением ресурса их деталей и агрегатов, весьма продолжительны и, за счет большого рассеяния ресурсов, наработка до отказа последнего автомобиля в подконтрольной группе может быть в несколько раз больше наработки до отказа первого автомобиля. Такая растянутость моментов наблюдения отказов и желание получить как можно скорее результат обусловили разработку методов определения числовых характеристик случайных величин на основе приостановленных (усеченных) испытаний. Если при обработке полностью завершенных испытаний вначале находят числовые характеристики случайной величины и по ним строят кривую закона распределения вероятностей, то при обработке усеченных испытаний вначале строят кривую вероятности отказа и по ней находят числовые характеристики (средний ресурс или гамма-процентный ресурс). Без существенного снижения точности определения среднего ресурса, испытания долговечности автомобилей можно прекра84

щать (усекать) после отказа 60...70% числа испытуемых автомобилей п. Располагая результаты испытаний х\, х2, х3, ..., xk в порядке нарастания ресурсов, можно рассчитать вероятности отказов, соответствующие полученным значениям случайных величин, деля порядковый номер случайной величины на число испытуемых автомобилей F(x,) = — . Нанося на график точки вероятностей и п проводя через них кривую, можно получить закон распределения вероятностей. При малом числе п испытуемых автомобилей кривая закона может оказаться существенно смещенной (в предельном случае при п = 1 F(x\) = 1, т.е. наблюдаемое значение ресурса как бы является самым большим, но логичнее предположить, что в испытаниях участвует автомобиль со средним ресурсом, чему соответствует вероятность F(x) = 0,5). Чтобы исключить смещение кривой закона распределения вероятностей, следует рассчитывать вероятности по формуле F(x,) =

. п+\ Вторым приемом, повышающим точность результатов испытаний, является использование специального графика с нелинейными шкалами, так называемой вероятностной бумаги. Порядок построения нелинейных шкал определяется видом закона распределения вероятностей [36]. Для нормального закона шкала ординат линейная, а шкала абсцисс (вероятностей) — нелинейная. Эту шкалу можно построить по специальной таблице, которая приведена в Приложении 2, или непосредственно графическим построением, как на рис. 5.1. F(x)

F(x)

Рис. 5.1. Схема построения нелинейной шкалы нормального закона распределения вероятностей 85

Нанося величины F(x,) против соответствующих значений х, на вероятностную бумагу и проводя через полученные точки прямую линию, получим искомое распределение вероятностей. При обработке усеченных испытаний следует заранее знать, каким законом описываются случайные величины, т.е. иметь некоторый опыт проведения испытаний подобных объектов. Вероятностная бумага для закона Вейбулла имеет нелинейную вероятностную шкалу по оси ординат (Приложение 3) и логарифмическую шкалу по оси абсцисс (Приложение 4). Числовые характеристики получаемого распределения случайных величин определяют по положению линии распределения относительно осей координат на графике. Например, для нормального закона при испытании долговечности средний ресурс соответствует вероятности 0,5, для закона Вейбулла числовые характеристики находят, используя специальные преобразования [21, 36].

5.5. Обработка незавершенных или многократно усеченных испытаний по методу Джонсона При определении ресурса агрегатов и деталей в эксплуатационных условиях возможны вынужденные прекращения испытаний некоторых автомобилей. Момент прекращения испытаний обычно случайный, и наработка незавершенных испытаний различна для разных автомобилей. Это является существенным отличием от усеченных испытаний, когда они прекращаются по заранее продуманному плану и все автомобили с неотказавшими испытуемыми агрегатами имеют наработку, единую для всех автомобилей. Для обработки незавершенных испытаний может быть использован комбинаторный метод, или, как его называют, метод Джонсона [21]. Поясним идею комбинаторного метода на примере. Пример. Для оценки долговечности кузова взяты под наблюдение шесть автобусов. Моментом отказа считается появление усталостных трещин на несущих лонжеронах кузова. Определить математическое ожидание места третьего отказа. Р е ш е н и е . В процессе испытаний автобусов фиксируемые по мере пробега события развивались, как указано в табл. 5.1. По результатам испытаний видно, что отказ кузова наблюдался только у трех из шести автобусов. Если отбросить несостоявшиеся испытания, то выборка будет состоять только из трех случайных величин, что не может обеспечить высокой точности определения числовых характеристик распределения вероятностей. В то же время пренебрегать информацией по четвертому и пятому автобусам, которые оставались в рабо-

86

Т а б л и ц а 5.1 Результаты испытаний автобусов Номер автобуса

Пробег, тыс. км

Состояние автобуса

1

112

Отказ Т ,

2

213

Попал в аварию St

3

250

Отказ F2

4

484

Сгорел S2

5

500

Попал в аварию S3

6

572

Отказ FJ

7

тоспособном состоянии при наработках 484 и 500 тыс. км, представляется явно нелогичным. Общая последовательность результатов испытаний будет представлена рядом состояний: F}, S{, F2, S2, F3, Sj. Если обрабатывать результаты по трем отказам, как полностью завершенным испытаниям, то вероятности отказа будут следующими: -,

-,

= 572) = -.

Если принимать во внимание все шесть автобусов, то, естественно, F(x = 1 12) = - , а далее и л и F(x = 250) = — , и л и F(x = 250) = — , 6 6 6 в зависимости от наработки до отказа автобуса, выбывшего из испытаний при пробеге 213 тыс. км (она могла быть больше или меньше 250 тыс. км). Таким образом, отказ при 250 тыс. км может находиться на втором или третьем месте, в первом приближении можно принять среднее место 2,5. Для более точного определения ожидаемого места отказа следует рассмотреть все возможные варианты его расположения. Определим число возможных исходов испытаний автобусов, если отказ при 250 тыс. км будет находиться на втором месте в ряду состояний: F],F2,SI,S2,S3,F3; F],F2,S2,F3,S2,St и т.д. — в 24 случаях (по числу перестановок из четырех элементов S^S^S^^^. Р = 4! = 4 • 3 • 2 • 1 = 24). Если отказ при 250 тыс. км будет находиться на третьем месте, то число возможных исходов событий будет выражаться следующим набором состояний: F\,Si,F2,Sz,S3,Fi; F]tS{,F2,F3,S2,S3 и т.д. — в Р= У. =6 случаях. Таким образом, всего имеется 24 + 6 = 30 вариантов исхода испытаний; математическое ожидание места отказа при 250 тыс. км

2-24 + 3 - 6 »2 = — Зо— = 2 > 2 ' Третий отказ автобуса при пробеге 572 тыс. км мог бы занять 3, 4, 5 или 6-е место в ряду отказов, если бы в наших исследованиях все испы87

тания были завершены. Рассмотрим возможные варианты исходов испытаний: A) F],F2,Fi,S},S2,S}; Fl,F2,F),S2,S2,S\', ... в 3! = 1 • 2 • 3, т.е. в шести случаях; Б) Ft,S\,F2,Fi,S2,Sj; F\,F2,S\,F3,S},S3; ... в восьми случаях; B) Ft,S\,F2,S2,Fj,Si', F],F2,S],S2,F^,S3; ... в восьми случаях; Г) F\,S\,S2,F2,Si,F}', Fi,F2,Sl,S2,Si,Fi,; •" в восьми случаях. Число возможных исходов может быть определено обычным перебором комбинаций, но следует помнить, что S2 и 53 не могут быть поставлены ранее F2, поскольку в наших испытаниях эти автобусы уже проработали более 250 тыс. км. Математическое ожидание места наблюдаемого в наших испытаниях третьего отказа п

., - 3 6 + 4 8 + 5 8 + 6 8= 4,6. 6+8+8+8

Джонсон предложил для расчета ожидаемого места отказа формулу

N + 1-n,, п, = п. ,+• '

' ~'

N + 1- т<_\ \ 7

Л

'

где л, — ожидаемое место отказа при наработке *,; «,_, — место предшествующего отказа; т(_\— число предшествующих отказавших и выбывших из испытаний объектов; N — число испытуемых объектов. Для нашего примера N = 6, место отказа при наработке 112 тыс. км п\ = 1, при наработке 250тыс. км — п2 = \ +

6 + 1-2

= 2.2

и при 572 тыс. км — «3 = 2,2 +

— = 4,6. Расчеты полностью 6 + 1-5 совпадают с результатами комбинаторных вычислений. Зная ожидаемые места отказов, находят несмещенные значения вероятностей F(x,) =

, которые так же, как при обра-

ботке усеченных испытаний, наносят на вероятностную бумагу (график с нелинейными шкалами). По точкам вероятностей проводят прямую, являющуюся законом распределения вероятностей, по которой можно найти числовые характеристики случайной величины. Для рассмотренного примера испытания ресурса лонжеронов автобуса следует принять закон Вейбулла, поскольку разрушения имеют усталостный характер. На основании проведенных расчетов найден средний ресурс 414 тыс. км и среднее квадратическое отклонение 297 тыс. км.

88

5.6. Обработка результатов испытаний долговечности, усеченных слева В рассмотренных ранее методах определения показателей долговечности агрегатов или деталей автомобиля наблюдение за их работой производилось с момента установки на автомобиль до отказа. Возможные приостановы (усечения) испытаний происходили по общепринятому направлению оси абсцисс на графике, как бы, справа. В данном методе результаты испытаний усечены слева, т.е. наблюдается момент отказа, а момент начала работы испытуемого агрегата или детали неизвестен [31]. Идею такого метода можно пояснить условным примером. Марсиане прилетели на Землю и хотят узнать, что такое человек. В соответствии с традиционным методом организации эксперимента они должны подойти к роддому, дождаться рождения ребенка и наблюдать за ним в течение всей его жизни. Такой эксперимент будет очень длительным. Скорее всего, марсиане выберут оживленный перекресток и будут наблюдать одновременно за большой группой людей, состоящей из взрослых, стариков, детей и т. п. Очевидно, что достаточно быстро на основании такого наблюдения можно получить представление о человеке как таковом. По аналогии, наблюдая за большой группой разновозрастных автомобилей одной модели на сравнительно небольшом отрезке времени или наработки, можно получить информацию о долговечности их агрегатов или деталей. Например, нас интересует долговечность ведомого диска сцепления и мы наблюдаем за большой группой автомобилей на протяжении промежутка времени Т (для простоты рассуждения примем, что это один год). Этот промежуток должен быть достаточно большим, чтобы можно было иметь отказы диска сцепления, но при этом вероятность последовательных двух и более отказов на одном автомобиле должна быть крайне мала. Поскольку для построения закона распределения вероятностей достаточно 6 — 8 точек, то можно величину Т выбирать примерно равной 0,25 предполагаемого среднего срока службы детали. Результаты наблюдения заносят в табл. 5.2. Разбивая возможный срок службы на интервалы времени Т, мы будем иметь гистограмму (рис. 5.2), характеризующую вероятности наблюдения отказов Р, в интервалах времени Т,. Если распределение вероятностей близко к нормальному закону, то при большом сроке службы вероятности отказов уменьшаются, так как основная доля деталей уже отказала ранее. Практически, у старых автомобилей детали отказывают чаще, чем у новых. Это объясняется тем, что в числе отказывающих деталей присутствуют не только первые (установленные на заводе) детали, но и установленные при проведенных ремонтах.

89

Т а б л и ц а 5.2 Результаты наблюдений Возраст автомобилей в периодах Т

Число наблюдаемых отказов деталей т,

Число автомобилей в возрастной группе п,

1

т{

п\

2

т2

«2

3

тл

«3

;

Р2Р1

Рис. 5.3. Варианты возможных исходов событий на разных периодах срока службы автомобиля

Таким образом, для построения закона распределения вероятностей необходимо из наблюдаемого числа отказов исключить отказы деталей, установленных при ремонтах, или скорректировать наблюдаемые (опытные) вероятности

где т, — число отказавших деталей; п, — число автомобилей в Т,-н возрастной группе. Для вывода формулы, позволяющей корректировать опытные вероятности, рассмотрим граф возможных исходов событий для объектов (деталей), имеющих различную наработку или срок службы (рис. 5.3). На графе состояние отказа обозначено крестиком, а работоспособное состояние — кружочком, вероятность отказа за первый интервал времени Г обозначена р{, за второй интервал — р2, за третий — /?3 и т.д. Очевидно, вероятность отказа детали в первом периоде будет совпадать с опытной вероятностью, которая определяется по результатам наблюдения за группой новых автомобилей:

Распределение вероятностей для детали, установленной при ремонте

Рис. 5.2. Законы распределения вероятностей ресурса детали, установленной на автомобильном заводе и при ремонте автомобиля 90

т

\ р\ = р\о = —• п\

Вместо отказавшей детали при ремонте автомобиля будет установлена другая деталь, которая также может отказать во втором периоде Т. Вероятность двух отказов подряд выразится произведением вероятностей отказов и будет равна р\. Во втором периоде с вероятностью р2 может наблюдаться отказ детали, установленной на заводе, срок службы которой мы ищем. Таким образом, опытная вероятность отказов детали в возрастной группе автомобилей 2Т будет равна р2 = р\ + р2. Отсюда или можно записать Для последующего вывода полезно выразить р\=р2- РгАналогично для третьего периода можно записать Представим р,3 -р\р |2, и, подставляя выражение квадрата вероятности, получим р\= Р\р2-р\р2. Вставим эту зависимость в выражение опытной вероятности третьего периода р® = р\р2 -р\р2 + + 1р\рг + РТ,. Отсюда можно выразить вероятность отказа детали в третьем периоде />3 = Рз - Р\Рг - РгР\ (напомним, что р\ = р \ ) . Сопоставляя полученные выражения вероятностей отказа по периодам, можно заметить общую тенденцию и для любого периода Tk можно записать k-\

91

Здесь вычитаемая сумма, по сути, исключает отказы деталей, которые устанавливались при ремонтах до момента наблюдения за автомобилями в течение периода Т. Полученные значения вероятностей можно представить в виде гистограммы или в виде кумулятивной кривой закона распреде, по которой удобнее находить

ления вероятностей

F(Tk) и,ууу

0 995

А< > / / /) /<

Л Qf,

П Q4

средний срок службы контролируемого объекта. Для повышения точности построения точки вероятностей следует наносить на вероятностную бумагу (график с нелинейными шкалами), как и при обработке усеченных испытаний. По шкале ординат откладывают значения Tk, а по шкале абсцисс — F(Tk). В качестве примера в табл. 5.3 приведены результаты наблюдения в течение одного года отказов детали (ведомого диска сцепления) у разновозрастных автомобилей одной модели и значения опытных и расчетных вероятностей, на основании которых построен график нормального закона распределения вероятностей с нелинейной шкалой (рис. 5.4). На рис. 5.4 вероятностная шкала построена по таблице, приведенной в Приложении 2. Поскольку закон распределения вероятностей нормальный, средний срок службы Г = 5, 4 находим по точке закона распределения при вероятности, равной 0,50. Достоинством рассмотренного метода оценки долговечности деталей и агрегатов автомобилей является то, что, придя в АТП с Т а б л и ц а 53 Результаты наблюдения отказов детали Возраст автомобилей в группе, лет

Число автомобилей в группе

Число замен детали

Вероятность из опыта, Pi

Вероятность отказа в группе, р,

Суммарная вероятность

1

30

1

0,033

0,033

0,033

2

27

1

0,037

0,032

0,065

3

25

3

0,120

0,118

0,183

4

40

5

0,125

0,116

0,299

5

40

7

0,175

0,158

0,457

6

45

8

0,178

0,145

0,602

7

35

7

0,200

0,149

0,751

8

30

6

0,200

0,123

0,874

9

28

5

0,179

0,077

0,951

92

/7(Л = Хр,

0,84 0 80 0 76 0 70 064

0 50 040

J/

(

П ")А

0,20

(5

0 10

//

<>

(\ of.

/

0,02

/

/

V f

/

(

^/

5

Т

л

/< / г/

/

L/

)

Л

/

/ /

s

с>

0 002 0,001

?,

i 6

Рис. 5.4. Пример построения закона распределения вероятностей срока службы автомобиля на графике с нелинейной шкалой вероятностей

большим разновозрастным парком автомобилей, специалист уже после года работы имеет возможность определить средний срок службы всех деталей. Зная средний годовой пробег автомобилей по среднему сроку службы, легко определить средний ресурс, что позволяет оценивать надежность автомобилей и планировать расход запасных частей.

5.7. Оценка достоверности результатов испытаний При определении показателей надежности испытанию подвергается ограниченная по числу автомобилей группа, а получаемые результаты можно считать выборкой случайных величин из некоторой генеральной совокупности, характеризующейся средним значением хг и дисперсией Dt. 93

Средняя по выборке п значений случайных величин хв фактически тоже является случайной величиной, поскольку при повторении опытов над таким же числом автомобилей мы получим, скорее всего, другое значение средней по выборке. Рассеяние средних по выборкам характеризуется дисперсией выборочных средних, которую можно выразить путем следующих преобразований: =

/)£>,) =

пР(х) _ D(x)

Здесь использованы две известные теоремы: D(ax) = a2D(x), т.е. постоянный множитель случайной величины может быть вынесен за знак дисперсии будучи возведенным в квадрат, и D(£x) = = ^D(x) = nD(x) , т.е. дисперсия суммы случайных величин равна сумме дисперсий этих случайных величин. Поскольку мы имеем дело с общей генеральной совокупностью случайных величин, все дисперсии равны, а число слагаемых равно п. Таким образом, рассеяние (разброс значений) средних по выборкам характеризуется дисперсией, в п раз меньшей дисперсии самой случайной величины. Очевидно, что математическое ожидание средних по выборкам Зсв, которые могут быть получены при многократных повторениях испытаний, будет стремиться к среднему значению генеральной совокупности случайных величин, т.е. Л/(Зсв) —» хг. Математическое ожидание дисперсий по выборкам M[D(x)] никогда не будет равно дисперсии генеральной совокупности, поскольку рассеяние случайных величин в выборке всегда меньше, чем в генеральной совокупности. Доказано [10], что

п-\

M[D(x)].

Ha практике испытывается только одна выборка из генеральной совокупности, т.е. возможность находить математическое ожидание дисперсий отсутствует, и мы можем говорить только об оценке дисперсии генеральной совокупности D

п-\

94

2 . . ^ п £ (х, - хв) п-\ п

,- хв)2

п-\

или оценке среднего квадратического отклонения

п-\ (в формулах не указаны пределы суммирования — 1— п). Таким образом, чем меньше объем выборки, тем больше будет величина оценки среднего квадратического, что позволяет более уверенно характеризовать среднее квадратическое отклонение исследуемой генеральной совокупности случайных величин. Используя ранее полученное соотношение, можно найти оценку среднего квадратического отклонения для средних по выборке S(x,) = 4-

Пример. Для оценки среднего времени простоя автомобилей в ТО-1 проведен хронометраж обслуживания десяти автомобилей. Установлено, что среднее время хв = 3,2 ч, a S = 0,4 ч Полученное среднее время обслуживания может не совпадать с действительным средним временем обслуживания, поскольку обследованные автомобили являются только выборкой из генеральной совокупности. Для определения ширины интервала вокруг найденного значения среднего по выборке, в котором с некоторой заданной вероятностью может находиться действительное среднее значение времени обслуживания, можно воспользоваться критерием (коэффициентом) Стьюдента t=

у —л v

лв

г

S(x,)

Здесь хг — среднее значение генеральной совокупности случайных чисел, распределенных по нормальному закону. Представим себе, что это числа, написанные на карточках, находящихся в урне. Проведем эксперимент, выбирая п = 5 карточек из урны. Рассчитаем среднее значение чисел х в и величину S(xB), подставим в выражение критерия (, который является случайной величиной, поскольку и числитель, и знаменатель — числа случайные. Повторяя тот же эксперимент многократно, получаем совокупность различных по величине критериев /, которые можно представить особым законом распределения вероятностей. Меняя объем выборки я, будем получать различные законы распределения вероятностей, которые можно проиллюстрировать рис. 5.5. По кривым законов распределения вероятностей можно находить такие значения /, которые для разных объемов выборок могут превышаться с некоторой одинаковой вероятностью К примеру, на рис 5.5 эта вероятность пропорциональна заштрихованным под кривыми площадям и равна 0,1 (построения на рисунке приблизительные). Результаты определения по различным кривым распределений вероятностей значений /сведены в особую таблицу (Приложение 5), где вероятности превышения называют уровнем значимости и обозначают a, a

95

f(t)(

5.8. Оценка существенности различия результатов сравнительных испытаний В практике ТЭА часто проводят сравнительные испытания, задачей которых является экспериментальное определение различий некоторых ситуаций. Например, требуется определить, как скажется добавление присадки в масло на ресурс двигателя, или, как сказывается на топливной экономичности автомобилей применение различных моделей шин и т.п. Рассмотрим идею метода оценки существенности различий сравнительных испытаний на конкретном примере.

Рис. 5.5. Кривые распределения вероятностей значений критерия Стьюдента при различных объемах выборки случайной величины объем выборки выражают числом степеней свободы, под которым понимается величина я - 1. Для определенного числа степеней свободы, задаваясь уровнем значимости, по таблице можно найти значение коэффициента Стьюдента, а по нему рассчитать интервал Д = хв - хг = tS(xs) , который называют доверительным интервалом. Вероятность того, что неизвестное среднее генеральной совокупности находится в пределах х в ± Д , называют доверительной вероятностью, которая равна 1 -а. Возвращаясь к задаче определения среднего времени ТО-1 автомобилей, можно отметить, что время обслуживания является случайной величиной, распределенной по нормальному закону, а значит, результаты хронометража ведут себя так же, как в опытах Стьюдента с выниманием карточек со случайными числами из урны. Задаваясь доверительной вероятностью 0,9 (уровень значимости а = 0,1) по таблице коэффициентов Стьюдента для числа степеней свободы 10 - 1 = 9 находим t = 1,83. Рассчитаем доверительный интервал: А = tS(xa) = f -

= 0,23 ч.

= Л/10

Пример. В АТП решается вопрос о заключении контракта на поставки тормозных колодок. Возможны два варианта: использование тормозных колодок производителя А (первый вариант) и производителя В (второй вариант). Требуется установить, колодки какого производителя более долговечные. Для этого организованы испытания 15 автомобилей с колодками по варианту 1 и 10 автомобилей с колодками по варианту 2. По результатам испытаний рассчитаны средние ресурсы и оценки средних квадратических отклонений: jc, = 48 тыс. км, S, = 3,7 тыс. км и л/2 = 51 тыс. км, S2 = 3,9 тыс. км, для колодок первого и второго варианта, соответственно. Разница средних ресурсов может быть не только следствием разного качества тормозных колодок, но и случайного стечения обстоятельств, если принять что испытуемые автомобиля это только выборки из большого числа автомобилей АТП, на которых планируется применение испытуемых колодок. Сделаем предположение, что обе выборки взяты из обшей генеральной совокупности. Тогда при многократных повторениях испытаний математическое ожидание разности средних Зс, - х2 будет стремиться к нулю. Применительно к' этому условию коэффициент Стьюдента примет вид:

t=

(Х]-х2)-0 S(xt-x2)

Таким образом, по результатам проведенного исследования среднее время простоя автомобилей в ТО-1 равно (3,2 ± 0,23) ч. Это утверждение справедливо с вероятностью 0,9, т.е. в девяти случаях из десяти.

Дисперсия разности случайных величин

Следует понимать, что необходимость применения рассмотренного метода оценки достоверности результатов испытаний возникает тогда, когда нас интересуют числовые характеристики генеральной совокупности случайных величин, а мы имеем данные только по выборке из этой совокупности. Увеличение доверительной вероятности приводит к увеличению ширины доверительного интервала, т.е. большая гарантия достоверности испытаний сопровождается размыванием границ получаемых результатов.

Если случайные величины взяты из общей совокупности, то

96

D(xt-X2)=D(Xl)+D(x2).

'

После приведения к общему знаменателю _

Щ +П2

-l - i

2

97

Так же будет записана оценка дисперсии

П

5.9. Оценка наличия связи между исследуемыми факторами как случайными величинами П

\ 2

Теперь можно записать Х{-Х2

Величину оценки среднего квадратического отклонения можно найти по известным S} и S2 как среднее взвешенное значение. Поясним такой способ расчета примером В цехе работают две бригады В первой бригаде работает т ( рабочих, их средняя зарплата составляет C h во второй бригаде т2 рабочих, их средняя зарплата составляет С 2 Средняя зарплата по цеху С=

+ т2С2

i + m2

Применительно к оценке дисперсии в качестве меры «веса» предлагается брать не объем выборки, а число степеней свободы, тогда 2

(я, - ОД + (п2 - \}S2

Для рассматриваемого примера с тормозными колодками найдем (15-1)3,7 2 +(10-1)3,9 2 14 + 9 48-51 3,78

= 3,78 тыс. км,

= 1,94.

Значение коэффициента Стьюдента берут по абсолютной величине, поскольку распределение симметричное. Сравнивая расчетное значение коэффициента Стьюдента с табличным значением (Приложение 5) видим, что при числе степеней свободы п\ + п2 - 2 (в нашем случае это 23) для уровня значимости а = 0,05, ? = 2,069, а для уровня значимости а = 0,1 — / = 1,714

Надежность автомобиля зависит от многих факторов, которые могут быть независимы друг от друга или находиться в некоторой связи. Умение оценивать наличие связей между факторами позволяет лучше управлять процессами ТЭА. Наличие связей может быть достаточно очевидным, как, например, связь между ростом и массой человека (хотя очень высокий человек необязательно бывает очень тяжелым). Связь между стажем работы водителей и путевым расходом топлива управляемых ими автобусов на одном и том же маршруте не столь очевидна. В этих случаях необходимо использовать специально разработанные методы оценки связей между случайными величинами. Самым простым способом выявления связи между случайными величинами является графическое представление результатов наблюдений, когда в масштабе по одной оси откладывают значение фактора х„ а по другой оси — соответствующий тому же объекту наблюдения фактор у, По совокупности получаемых точек можно судить о наличии или отсутствии связей (рис. 5.6). Например, если по результатам дефектовки коленчатых валов по оси х откладывать средний износ шеек, а по оси у — износ резьбы под храповик, то график скорее всего будет соответствовать рис. 5.6, а. Если по одной оси откладывать средний износ шеек коленчатого вала, а по другой оси — износ первой коренной шейки, то график будет иметь вид рис. 5.6, б. При контроле осадки работавших пружин (потери высоты в свободном состоянии) и их жесткостей может быть получен график, показанный на рис. 5.6, в. Количественно теснота парной связи между случайными величинами может быть определена коэффициентом корреляции [10]

Таким образом, если давать гарантию 0,95 (в 95 случаях из 100 наше утверждение верное), то по полученным результатам испытаний тормозных колодок нельзя считать, что их долговечность различна (/расч < 1га5л), если снизить гарантию заключения до 0,9, то можно считать, что разница долговечности испытанных колодок по варианту 1 и варианту 2 все-таки есть.

где од, о» — средние квадратические отклонения случайных вели-

ЧИН,

\Lx/y =

— корреляционный момент.

Если случайные величины х и у находятся в прямой функциональной связи (рост одной величины приводит к пропорциональному росту другой), то коэффициент корреляции равен единице. Если связь функциональная, но обратная (рост одной величины приводит к пропорциональному уменьшению другой), 99

о о

о

о о

о о

о

Рис. 5.6. Графическое предсташгение парной связи случайных параметров: а — связи между х и у нет; б — имеется прямая связь; в — имеется обратная связь

то коэффициент корреляции равен -1. Если связи нет (по примеру рис. 5.6, а), то /•= 0. Связь случайных величин, показанных на рис. 5.6, б и 5.6, в, будет выражаться некоторыми промежуточными значениями г. Чем теснее связь, тем ближе коэффициент корреляции к единице. Следует иметь в виду, что чем меньше проведено опытов, тем больше вероятность ошибочного заключения по поводу наличия связи между случайными величинами. Например, на рис. 5.7 показан график с независимыми случайными величинами л: и у. Однако если проведено обследование только пяти объектов, не исключено, что это будут точки, обведенные на графике двойным кружком. Судя по этим точкам, можно сделать ошибочное заключение о том, что связь между случайными величинами есть.

Для оценки существенности связи между случайными величинами, т. е. отличия коэффициента корреляции от нуля, может быть использован коэффициент Стьюдента, который для рассматриваемой задачи будет записан в виде , =S(r) ^°. После преобразований получена расчетная формула [10]

Расчетное значение коэффициента Стьюдента сравнивают с табличным значением. Если оно меньше табличного, то разница г-0 для данного числа опытов слишком мала и связь между случайными величинами нельзя считать существенной. Формула коэффициента корреляции может быть непосредственно использована для выявления связи между количественно выражаемыми величинами. Например, по набранной статистике можно оценить наличие связи между стажем работы водителей автобусов и средним годовым числом отказов автобусов, на которых они работают, и т. п. С помощью коэффициента корреляции можно также оценить связь между величинами, выражаемыми некоторыми дискретными (пороговыми) значениями. Например, при ремонте автомобиля техническими условиями на дефектовку задаются предельные размеры деталей, определяющие состояния «годен» или «не годен». Если характеризовать наличие дефекта величиной «1», а отсутствие дефекта — «О», то по известному числу продефектованных деталей можно найти все величины, необходимые для расчета коэффициента корреляции. Рассмотрим пример оценки наличия связи между дефектами первичного вала коробки передач: износом шлицов (х) и износом посадочного места под подшипник (у). Результаты дефектовки п валов представлены в табл. 5.4. Т а б л и ц а 5.4

Связь между дефектами первичного вала коробки передач Износ шлицов, х

Рис. 5.7. Пример возможного расположения малого числа контролируемых точек при отсутствии парной связи между анализируемыми параметрами 100

Износ посадочного места под подшипник, у

Всего

1

0

\

Кху

КхО

*i

0

КОУ

^00

*о

У]

Уо

п

Все го

101

В таблице обозначено. Кху — число валов с обоими дефектами; Кх0 — число валов только с дефектом х\ К0у — число валов только с дефектом у; Ада — число валов без дефектов, х{ = Кху+ Кх0 — общее число валов с дефектом х; *о = КЪУ + А'оо — общее число валов без дефекта х; у\ = Кху + К0у — общее число валов с дефектом у; У0 = Кх0 + Л'оо — общее число валов без дефекта у. Располагая имеющимися в таблице числами, можно найти числовые характеристики, необходимые для подсчета коэффициента корреляции. Средние величины дефектов -_ х-

-- ,

у= —

п п п п Среднее квадратическое отклонение величин дефектов х

2

_ ~

2

х}(\-х) +х0(0-х) п

'

расчетное значение больше табличного, можно сделать вывод (с гарантией 0,95), что связь между износом шлицов и посадочного места под подшипник объективно существует

В некоторых случаях интересующие нас факторы вообще не выражаются количественно, и мы можем только располагать анализируемые объекты относительно друг друга по мере уменьшения или увеличения факторов. Например, в ремонтном производстве исследуется влияние на качество удаления старой краски с деталей порядка закладывания деталей (крупных корпусов или рам) в моечную ванну. По принятой технологии в ванне вываривается 10 деталей, после чего раствор фильтруют и корректируют по составу моющих компонентов. Порядок закладывания деталей в ванну контролируется достаточно просто. Качество мойки (очистки от старой краски) нельзя выразить количественно, и детали можно только по результатам визуального наблюдения расположить относительно друг друга по мере ухудшения результатов мойки Обозначая место (ранг) в ряду последовательности закладывания деталей в ванну х„ а в ряду качества очистки — у„ для оценки связи рангов можно воспользоваться коэффициентом корреляции рангов Спирмена [10]

65Х2

Корреляционный момент \ix/y = [(1 - х)(1 - у)Кху + (1

0

+ (0 -

+ (0-x)(0-30*oo]//i. Коэффициент корреляции г=

Пример. Требуется установить наличие связи между дефектами первичного вала коробки передач (износом шлицов и посадочного места под подшипник) По результатам дефектовки установлено число валов с обоими дефектами — 47, валов, у которых изношены только шлицы, — 8, у которых изношено только посадочное место под подшипник, — 15, годных валов — 12 Всего продефектовано 82 вала Предварительно определяем число валов с дефектом шлицов х\ = 47 + + 8 = 55, число валов с дефектом посадочного места под подшипник — yt = 47 + 15 = 62, и далее, используя приведенные формулы, находим г= 0,327 Расчетный коэффициент Стьюдента получается равным 3,09 Табличные значения коэффициента при уровне значимости 0,05 для числа степеней свободы 60 и 120 равны 2,00 и 1,98, соответственно. Поскольку

102

Р

~ ~ п(п2-\У

где р — показатель корреляции рангов; d, = х, - у, — разница рангов; п — число контролируемых объектов. Показатель корреляции рангов ведет себя так же, как и коэффициент корреляции. Если все ранги совпадают, то связь между ними прямая функциональная, все d, = 0, а р = 1. Если ранги строго обратные (первое место по х, соответствует последнему месту по у„ второе — предпоследнему и т.д.), то р = -1. Если связь между рангами отсутствует, то р = 0. Чем ближе расчетное значение показателя корреляции рангов к нулю, тем менее тесная связь между рангами. Значимость получаемого показателя рангов можно оценить по коэффициенту Стьюдента / =

п - 2. Если расчетное зна-

чение коэффициента больше табличного значения, то связь между рангами существенная. Найдем показатель корреляции рангов для рассматриваемого примера по результатам, приведенным в табл. 5.5. 103

Т а б л и ц а 5.5 Расчет показателя корреляции рангов Параметр

Ранг х,

Всего

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

У,

6

4

8

1

2

5

10

3

7

9

—

d,

5

2

5

3

3

1

3

5

2

1

—

d?

25

4

25

9

9

1

9

25

4

1

112

Показатель корреляции рангов

р=

6 112 = 0,32. 10(100-1)

Коэффициент Стьюдента

0,32 Vl-0,32 2 Табличное значение коэффициента при а = 0,1 и числе степеней свободы 8 равно 1,86. Поскольку расчетное значение коэффициента меньше табличного, то с гарантией 0,9 можно считать, что связь между порядком закладывания деталей в моечную ванну и качеством очистки деталей отсутствует. Таким образом, нет необходимости изменять технологию и производить коррекцию моющего раствора чаще. Следует иметь в виду, что при определении рангов анализируемых параметров могут возникать ситуации, когда невозможно заметить четких различий для присвоения определенного ранга. Например, заметной разницы в качестве очистки 5-й и 6-й детали нет. В этом случае объектам присваивается средний ранг, в данном примере это 5,5 и ряд рангов будет иметь вид: ... 4; 5,5; 5,5; 7С- ... /, S,

Рассмотренные примеры показывают, что владение корреляционным анализом позволяет решать важные инженерные вопросы, возникающие в практике ТЭА. Следует помнить, что при определении коэффициента корреляции или показателя корреляции рангов по результатам испытаний малого числа объектов следует всегда проверять значимость полученных критериев с помощью коэффициента Стьюдента. Контрольные вопросы

1. Какова общая процедура организации испытаний надежности автомобилей в условиях АТП или АРЗ?

104

2. Какие данные фиксируются в испытаниях безотказности автомобиля? 3. Как определяют гамма-процентный ресурс детали по результатам полностью завершенных испытаний? 4. С какой целью проводят усеченные испытания долговечности деталей? В чем отличия этих испытаний от полностью завершенных испытаний? 5. Как находят средний ресурс по результатам незавершенных испытаний, когда часть испытуемых объектов выбывает из испытаний? 6. Можно ли в АТП, имеющем большой парк разновозрастных автомобилей, через год наблюдений получить информацию о среднем сроке службы деталей? 7. Если испытанию подвергается ограниченная по числу объектов выборка, то является ли среднее значение получаемого результата средним значением для всей совокупности объектов? 8. Что такое доверительный интервал и доверительная вероятность? Как они связаны друг с другом? 9. Что такое критерий (коэффициент) Стьюдента? Как он записывается при многократных измерениях и при сравнительных испытаниях? 10. Для каких целей применяют коэффициент корреляции и показатель корреляции рангов? 11. Почему при малом количестве опытов значимость коэффициента корреляции следует оценивать с помощью коэффициента Стьюдента?

ГЛАВА 6

НОРМИРОВАНИЕ И ПОСТАВКА ЗАПАСНЫХ ЧАСТЕЙ ДЛЯ РЕМОНТА АВТОМОБИЛЕЙ

6.1. Основы планирования и управления запасами частей для ремонта автомобилей Поддержание работоспособности автомобилей (в общем случае любых технических средств) требует своевременного проведения ремонтных и профилактических работ, что сопряжено с расходом соответствующих запасных частей. Чем больше запасных частей придается автомобилям, тем лучше их технические эксплуатационные характеристики (коэффициент готовности, вероятность бесперебойной и регулярной работы в данном интервале времени и т.д.). Однако обеспечение автомобилей большим числом запасных частей приводит к возрастанию экономических издержек, связанных не только с их приобретением, но и с организацией складского хозяйства. Исходной информацией для нормирования запасных частей могут служить данные о фактическом расходе запасных частей со склада за известный период или статистические характеристики ресурса частей автомобиля. Нормирование запасных частей на основе характеристик их ресурсов позволяет точнее учитывать меняющиеся условия эксплуатации автомобилей: изменение объемов транспортной работы, возрастной состав автомобильного парка и т.п. В нашей стране переход от плановой экономики к рынку сопровождался коренной ломкой производственных отношений. Состояние российского рынка автомобильной техники характеризуется сокращением продаж многих моделей отечественных автомобилей, бессистемной торговлей автомобилями и запасными частями. В то же время были сделаны первые шаги в структурировании рынка по образцу рынков капиталистических стран. Иностранные компании активно вторгаются на наш рынок, имея мощные сбытовые сети и склады запасных частей, позволяющие им обеспечивать поставку запасных частей в немыслимые для России сроки. В данный момент российские автозаводы медленно, но все же переходят на выпуск новых моделей: собственных, с применением импортных двигателей и других узлов, собираемых по лицензиям из импортных комплектующих. В последнее время все больше открывается автосборочных заводов, производящих выпуск как за-

106

рубежных, так и отечественных моделей автомобилей. Однако в условиях рынка продавать эти модели невозможно без надлежащего обеспечения запасными частями. Запасные части автомобилей можно разбить на следующие группы: оригинальные части, которые выпускают заводы — производители автомобилей или их дочерние предприятия. Это, как правило, сложные по конструкции и технологии изготовления детали и агрегаты; неоригинальные части, которые выпускают специализированные предприятия и так называемые имитаторы [8]. В эту группу обычно входят унифицированные и стандартизованные детали (свечи зажигания, подшипники, бензонасосы, фильтры и т.п.); части, получаемые при разборке автомобилей в металлолом, годные для дальнейшего использования. Известны случаи, когда мелкие фирмы разбирают новые агрегаты автомобилей и продают их запасными частями, поскольку спрос на дорогие комплектные агрегаты невелик (следует учитывать, что необходимость ремонта возникает, обычно, при отказе одной детали); восстановленные детали и агрегаты, которые производят ремонтные предприятия, оснащенные соответствующим технологическим оборудованием. Потребителями запасных частей могут быть ремонтные предприятия дилеров автозаводов, которые осуществляют фирменный ремонт. Фирменный ремонт отечественных автомобилей проводится, как правило, только в гарантийный период. Ремонт иномарок, в основном, фирменный. Второй группой потребителей запасных частей являются «независимые ремонтники» — это СТО и отдельные мастера, которые выполняют ремонтные работы по заказу автолюбителей и индивидуальных перевозчиков. Низкое качество запасных частей породило практику, когда независимые ремонтники производят ремонт, используя детали, приобретенные клиентами самостоятельно, тем самым снимая с себя ответственность за возможные отказы установленных деталей. Основными потребителями запасных частей являются автолюбители и технические службы автотранспортных предприятий, которые производят ремонтные работы собственными силами. Каналами сбыта запасных частей могут быть разного уровня склады, дилеры, оптовики, магазины, рынки, агентские фирмы, посредники. Схема участников российского рынка запасных частей автомобилей показана на рис. 6.1. Уполномоченные или официальные дилеры имеют договорные отношения с автозаводами и несут перед ними ответственность за качество предоставляемых клиентам услуг. Следует признать, что в отечественной практике эта ответственность пока не

107

реализуется прежде всего потому, что заводы не обеспечивают дилеров всей номенклатурой запасных частей. Дилеры без обязательств более всего заинтересованы в продаже автомобилей, а вопросы ремонта решают только для создания положительного имиджа и привлечения клиентов. Агентские фирмы продают оптом и в розницу ограниченную номенклатуру запасных частей одного изготовителя. В силу значительной унификации многих узлов автомобилей, эти фирмы могут удовлетворять спрос в запасных частях многих потребителей. Посредники берут на себя роль поставщиков запасных частей для крупных потребителей. Имеется опыт предоставления автотранспортными предприятиями посредникам в аренду складских помещений, расположенных на территории АТП. В этом случае посредники обеспечивают поставку запасных частей не только арендодателю, но и другим потребителям запасных частей.

Изготовители автомобилей и запасных частей

Центральные и зональные склады

Специализированные заводы узлов и деталей

Уполномоченные дилеры

Дилеры без обязательств

Продавцы подержанных деталей Продавцы восстановленных деталей

Ремонт у дилеров

Ремонт у независимых ремонтников

Ремонт своими силами

Рис 6.1 Схема обеспечения автомобильного парка страны запасными частями 108

Роль оптовиков, магазинов и рынков достаточно очевидна. На «железных» рынках могут продаваться различные детали и узлы автомобилей, в том числе и бывшие в употреблении или восстановленные. На данный момент рынки составляют ощутимую конкуренцию всем остальным поставщикам запасных частей. В представленной на рис. 6.1 схеме под имитаторами понимаются многочисленные фирмы и машиностроительные заводы, которые из коммерческих соображений наладили выпуск запасных частей наряду со своей основной продукцией. Имитаторами производятся сравнительно несложные в изготовлении и пользующиеся большим спросом запасные части. Поскольку их продукция практически не подлежит контролю автомобильных заводов, качество запасных частей может быть очень низким. Такая система не исключает подделок под запасные части фирм, хорошо зарекомендовавших себя на рынке запасных частей. Следует признать, что заводы — изготовители отечественных автомобилей на данный момент не ведут серьезной борьбы за качество поступающих на рынок запасных частей. Изготовители считают, что не очень качественные, но недорогие запасные части имеют своего покупателя и способствуют продлению срока службы выпущенных автомобилей. Хотя наличие старых машин в эксплуатации сдерживает продажу новых, в то же время это служит хорошей рекламой их долговечности. В свою очередь, проблемы, создаваемые некачественными запасными частями, подталкивают более обеспеченного потребителя покупать новые автомобили. Зарубежные производители автомобилей уже полвека назад поняли, что самым главным аргументом конкурентоспособности техники является качество обеспечения запасными частями — наличие их полной номенклатуры и максимум одни сутки на ожидание детали [8]. Комплексные АТП традиционно имеют складское хозяйство, обеспечивающее своевременное обслуживание и ремонт автомобилей. Планирование и управление складскими запасами заключается в определении правил организации процесса пополнения, хранения и расходования запаса и соответствующих численных параметров этого процесса, подверженного влиянию многих реально существующих факторов. Общее представление о процессе управления запасами можно получить при рассмотрении простейших примеров систем пополнения и расходования запасов [19, 21]. На рис. 6.2 проиллюстрирован процесс изменения запаса на складе при равномерном расходовании запасных частей и строго регулярном их пополнении. Как только уровень запаса снизится до величины Р3 (момент ?3), производят заказ в объеме q^ на пополнение запаса с головного склада. В течение определенного промежутка времени ?3 п на склад

109

t-, t Рис. 6.2. Изменение запаса частей на складе при равномерном их расходовании и регулярном пополнении склада в соответствии с заказом поступает партия поставки qn - qv При получении поставки в момент / п объем запаса на складе будет опять максимальным. Несмотря на то что циклы расхода и пополнения запасов в рассматриваемой схеме идентичны, на складе должен быть определенный страховой запас /*стр. Среднее значение уровня запаса во времени В реальных условиях функционирования склада равномерное расходование запасов маловероятно. При переменной интенсивности расходования запаса его пополнение может производиться по разным схемам. На рис. 6.3 показана так называемая «двухбункерная» система пополнения запасов, когда заказ на пополнение проводят при

снижении запасов до некоторого заданного значения Р3 (условно, при расходовании одного бункера запасов). До момента поступления заказанного объема
Л™,

Рис. 6.3. Изменение запаса частей на складе при его пополнении после снижения запаса до заданного уровня НО

Рис. 6.4. Изменение запаса частей на складе с периодическими заказами на пополнение склада 111

* mav ^~

р

•*

mm

Рис. 6.5 Изменение запаса частей при периодическом его контроле и пополнении склада по необходимости

В этой системе запасы проверяются только в конце каждого постоянного промежутка времени ? к з , но сам заказ делается лишь в том случае, если фактический уровень запаса снижается до заданного минимального уровня Ртт. Размер заказа определяется как разность между максимальным и фактическим запасами в точке заказа. Таким образом, в данной системе время заказа кратно некоторой постоянной величине, а размер заказа может быть различным. Система применяется, когда в различные периоды времени интенсивность расходования запасов существенно меняется, а затраты на ежедневный контроль запасов велики. Рассмотренные системы пополнения и расходования запасов не исчерпывают всего многообразия возможных вариантов, но, тем не менее, дают представления о схемах планирования и управления запасами. При любой системе пополнения запасов требуют решения два основных вопроса: когда делать заказ и сколько деталей заказывать. Оптимальные размеры заказов определяются при сопоставлении издержек на содержание запасов и расходов на заказы. Расходы на заказы включают в себя затраты на контроль наличия, подготовку заказа, высылку заказа, получение товара, проверку количества и качества, раскладку по местам хранения, проверку документов, подготовку рекламаций на бракованные детали, постановку на учет, бухгалтерские проводки. Известны рекомендации по определению оптимального заказа на основе формулы Вильсона [8, 19] ОРЗ =

где ОРЗ — оптимальный размер заказа, шт.; А — затраты на поставку единицы заказываемого продукта, руб.; 3 — потребность в 112

заказываемом продукте, шт ; / — затраты на хранение единицы заказываемой продукции, руб.; k — коэффициент, учитывающий скорость пополнения запасов на складе (время от момента заказа до его исполнения). Практически на систему пополнения запасов оказывают влияние очень много факторов, которые не учитываются формулой Вильсона. Наиболее сложным в планировании и управлении запасами является прогнозирование их расходования. Исходная информация для оценки интенсивности расходования запасных частей может быть двух видов: статистические данные о расходе запасных частей со склада за прошлые годы или данные о расходе частей с других подобных складов, обслуживающих аналогичный парк автомобилей; сведения о надежности автомобилей (законы распределения вероятностей наработок до предельного состояния деталей и агрегатов и т.п.), о возрастном составе автомобильного парка, об особенностях эксплуатационных условий. Наиболее достоверный прогноз потребности запасных частей может быть произведен на основании установленных норм расходования запасных частей, которые определяются по известным показателям долговечности деталей.

6.2. Расчет средних норм расхода запасных частей Средние нормы запасных частей, используемых для текущего ремонта автомобилей, определяются из следующих соображений. За весь срок службы автомобиля до списания 1Л его общая наработка (амортизационный пробег) х3 при среднем годовом пробеге хг составит ха = х,1л. Замена детали или агрегата (в общем случае — части) производится с некоторой периодичностью. Обычно части автомобиля, поступающего в эксплуатацию с завода, служат дольше, чем части, устанавливаемые на автомобиль при его текущем ремонте. Если наработка автомобиля до первой замены части в среднем равна Зс,, то наработка (средний ресурс) до второй и последующих замен х2 = n*i, где ц < 1 — коэффициент, учитывающий уменьшение ресурса деталей вследствие общего старения автомобиля и несовершенства технологического процесса текущего ремонта. Принимая значение коэффициента ц постоянным, можно определить число второй и последующих замен части делением соответствующего отрезка наработки автомобиля хл - xl на средний ресурс части х2 (условно будем считать, что результат деления будет целым числом). Начиная счет с первой замены можно найти число запасных частей, устанавливаемых на автомобиль за весь срок его службы до списания (при списании новая часть не устанавливается) 113

\r _ -"'a —

x

\

Зная N3, можно определить годовую потребность автомобиля в запасных частях

это средний расход запасных частей за планируемый период. При запасе Н „ частей вероятность, что случайное число отказов будет меньше этого запаса, выразится суммой вероятностей а = P(k = 0) + P(k = 1) + Р(* = 2) +

+ P(k = Н„).

Используя закон Пуассона, можно записать Если в конструкции автомобиля используется п однотипных деталей, то годовая потребность в запасных частях может быть представлена как средняя норма запасных частей, которая обычно дается не на один, а на 100 автомобилей: н=

\QOnf ж, х

Л (\

"•=Sir

Га/

6.3. Расчет норм расхода запасных частей исходя из заданной вероятности отсутствия простоев (при установившемся потоке отказов) Расчет позволяет определить такие нормы запаса частей, которые с любой наперед заданной вероятностью гарантируют отсутствие простоев автомобиля из-за нехватки частей в течение планируемого периода. Метод расчета приемлем при любом числе автомобилей, если ресурс частей описывается экспоненциальным законом (отказы носят внезапный характер, например, разбивание лобового стекла и т.п.), а также может быть распространен на большие группы автомобилей, разнородных по наработке и сроку службы, когда ресурс описывается любым законом распределения вероятностей. В первом и втором случаях, когда отказы нормируемых деталей происходят на разных автомобилях и не связаны друг с другом, число отказов за планируемый промежуток времени описывается k a законом Пуассона Р(К) = — е °, где параметр распределения а — 114

Для удобства расчета перепишем формулу, перенося постоянный множитель в левую часть равенства:

П

где Н — средняя годовая норма запасных частей; п — число нормируемых частей на одном автомобиле; ц — коэффициент, учитывающий уменьшение ресурса частей, установленных на автомобиль при его текущем ремонте; jcr — средний годовой пробег автомобиля; х, — средний ресурс части в начальный период эксплуатации; ?а — срок службы автомобиля. На основании полученной расчетной формулы составляют номенклатурные справочники норм расхода запасных частей по моделям автомобилей. Этой работой занимается Центральная научноисследовательская лаборатория Министерства транспорта Российской Федерации.

К..

=е - " —.

Зная средний расход запасных частей и задаваясь требуемой вероятностью отсутствия простоев из-за нехватки запасных частей, подсчитывают левую часть равенства, а затем начинают считать сумму правой части последовательным перебором числа k до момента, когда значение суммы достигнет значения левой части равенства. То число k, при котором будет достигнуто равенство, и будет искомой нормой запасных частей Н а . На основании рассмотренных формул составлены таблицы ото

носительных норм р = —- запасных частей, обеспечивающих заданную вероятность отсутствия простоев из-за их нехватки [21, 36]. Рассмотрим фрагмент такой таблицы со значениями относительных норм р (табл. 6.1). Анализируя табличные значения, можно заметить очень важную закономерность: чем больше средний расход запасных частей, тем ближе значение р к единице, т. е при больших средних расходах незначительное превышение средних запасов гарантирует высокую вероятность отсутствия простоев из-за нехватки запасных частей. Таким образом, склады должны находиться не на Т а б л и ц а 61

Относительные нормы запасных частей р Вероятность а

Средний расход запасных частей а 25

too

1000

5000

0,900

1,24

1,18

1,04

1,02

0,998

1,6

1,29

1,09

1,04

115

входе в производство, а на выходе производства. Для гарантии отсутствия простоев АТП с небольшим парком автомобилей должно иметь запас подшипников, в несколько раз превышающий их средний расход, а на складе подшипникового завода излишних запасов иметь не надо, при незначительном превышении среднего расхода запросы всех потребителей будут удовлетворены с очень высокой гарантией. Тем не менее рассмотренный метод расчета норм запасных частей крайне необходим при организации работы автомобилей вдали от баз, при ограничениях в поставке запасных частей (северный завоз и т.п.).

6.4. Расчет норм расхода запасных частей при неустановившемся потоке отказов Область применения метода может быть наглядно определена следующим примером. В планируемый год в АТП предусмотрено получение 50 новых автомобилей. Средний ресурс двигателя данной модели автомобилей х = 125 тыс. км при 0^ = 25 тыс. км. Требуется запланировать потребность в капитальных ремонтах двигателей при годовом пробеге автомобилей хг = 50 тыс. км. Если запланировать число капитальных ремонтов как среднюю

При малых наработках автомобилей для точного выражения ожидаемого числа отказов необходимо использовать функцию потока отказов, суммирующую не только целочисленные значения отказов, но и как бы их доли, выраженные вероятностями отказов:

Расчет норм запасных частей при неустановившемся потоке отказов может быть произведен графоаналитическим методом на основе композиции распределений. Поясним применение метода на примере. Пример. Парк автомобилей на начало планируемого периода состоит из двух групп, первая из которых (100 авт ) не имеет начального пробега, вторая (200 авт.) на начало планируемого периода имеет пробег в среднем 65 тыс. км. Планируемый годовой пробег 80 тыс. км, квартальный — 20 тыс. км. Новые двигатели имеют средний ресурс хн = 150 тыс. км и он = = 30 тыс км, капитально отремонтированные двигатели — хр = 105 тыс. км и ор = 25 тыс. км. Рассчитаем числовые характеристики композиции распределений:

*2 = 150+ 105 = 255,

пх 50 50 _. ._ ¥, норму, то Н = —=-г = ^^ = 20 шт. Очевидно, что такая норма не 125

будет соответствовать действительности, поскольку мы имеем дело с новыми автомобилями и вероятность потребности в капитальном ремонте на протяжении 50 тыс. км будет мала. В этом примере, когда в эксплуатацию вступают одновременно все рассматриваемые автомобили, поток отказов будет явно не установившимся. Автомобиль представляет собой систему, работоспособность которой после отказа может многократно восстанавливаться путем замены или ремонта агрегата, узла, детали и т.п. Эксплуатация вновь поставленной части начинается с момента отказа предыдущей. Общая наработка автомобиля до отказа k-н части является случайной величиной х0 = х\ + х2 + ... + xk, математическое ожидание этой величины может быть выражено суммой математических ожиданий средних ресурсов тх = ратическое отклонение (дисперсия)

=

о, = о н = 30;

х, = хн = 150;

= л/30 2 +25 2 =39,05;

Jc3 =150 + 2 105 = 360;

о3 = л/302 + 2 252 =46,37;

х4 = 150 + 3 105 = 465;

o 4 = V 3 0 2 + 3 252 =52,68.

F(x)

Ведущая функция потока отказов

а среднее квад50

100

150

200

250

300

X, тыс км

Рис. 6.6. Построение ведущей функции потока отказов

116

117

Т а б л и ца 6.2 Ожидаемое число капитальных ремонтов двигателей по группам автомобилей Ведущая функция и число ремонтов по кварталам Число автомобилей п

1-й

квартал

2-й

квартал

3-й квартал

Да

лДа

ЛП

«Да

да

«да

100

0,00

0,0

0,00

0,0

0,00

0,0

200

0,01

2

0,05

10

0,15

30

—

2

—

10

—

30

Итого

4-й

квартал

да яда 0,01 1,0 0,28 56 —

57

Число ремонтов за год

1,0 98 99

Далее считать не имеет смысла, поскольку нас интересует интервал наработки до 80 тыс. км, на котором вероятность капитального ремонта более четырех двигателей на одном автомобиле очень мала. Используя численные значения квантилей нормального закона для различных вероятностей F(z) в диапазоне от 0 до 1, находим соответствующие наработки xk = zak + xk и строим композицию распределений (рис. 6.6). Функцию потока отказов О,(х) находим суммированием ординат всех изображенных на графике кривых вероятностей отказов для одинаковых значений наработки х. Естественно, что при малых наработках кривая функции потока отказов мало отличается от кривой вероятности отказа первого двигателя. Определив приращение функции потока отказов по мере наработки в течение квартала (для первой группы автомобилей начиная с нуля, а для второй — с 65 тыс. км), можно найти ожидаемое число капитальных ремонтов двигателей по группам автомобилей. Расчет сведен в табл. 6.2. Проведенный расчет показывает, что из группы новых автомобилей можно ожидать только один капитальный ремонт двигателя в конце года, всего следует планировать 99 капитальных ремонтов.

6.5. Формирование оптимального склада запасных частей с минимальной стоимостью и максимальной безотказностью Одним из условий эффективного функционирования ремонтных служб АТП или СТО является наличие требуемых для ремонта автомобиля запасных частей, которые наиболее быстро могут быть получены со склада предприятия. Очевидно, что безотказность склада будет тем выше, чем больше запасных частей хранится на складе. Однако чрезмерное увеличение числа запасных частей приводит к возрастанию экономических издержек, связанных с их приобретением и хранением. 118

Число запасных частей, потребность в которых возникает наиболее часто, должно быть больше числа редко запрашиваемых. Целесообразно учитывать стоимость хранимых запасных частей, так как при одинаковой безотказности склада излишние запасы дорогих запасных частей менее выгодны, чем запасы дешевых. Число забираемых со склада запасных частей за определенный промежуток времени является случайной величиной с распределением вероятностей по закону Пуассона

где k — случайное число забираемых со склада запасных частей; а — средний расход запасных частей за планируемый период (имеется в виду деталь определенного наименования). При наличии на складе Н, запасных частей определенного /-го наименования потребность в них будет удовлетворена при k < Н,. Вероятность а,, что склад будет безотказным по /-и запасной части, можно найти как сумму вероятностей: а - У «te'И*! ' При хранении на складе п видов (наименований) запасных частей безотказность склада гхс равна произведению безотказностей по каждому виду части: ас =

Увеличение нормы хранимых на складе запасных частей приводит к увеличению безотказности склада и стоимости хранимых частей (стоимости склада). Эффективность увеличения Н,до (Н,+ 1) при стоимости рассматриваемой части С, можно оценить по отношению — , где Да, = а(Н, +1)-а(Н,)— прирост безотказности С/ при увеличении нормы запаса на одну часть. Для удобства расчета введем величину R, = In а, . Если безотказность а, меняется в диапазоне от 0 до 1 , то R, меняется в более широком диапазоне — от -<х> до 0. Прирост безотказности заменим величиной А/?, = /?(Н, + 1) - /?(Н,), так как если R, = 1па, , то a

ДЯ, = In £ '' - In

. Преобразовав сумму вынесением за скоб-

ку общих множителей, расчет можно вести по циклической программе на ЭВМ. 119

Определив значения сумм, находим относительную величину ,/С, по всей номенклатуре хранимых на складе запасных частей; сравнивая получаемые значения, выбираем наибольшее, фиксируя номер (наименование) соответствующей запасной части. Увеличение нормы хранения выбранной запасной части дает наибольший прирост безотказности склада на 1 руб. затрат на приобретение запасных частей. Увеличиваем эту норму на одну запасную часть и определяем общую стоимость склада

Если стоимость склада меньше заданной по условиям расчета общей стоимости, то расчет повторяется — отыскивается номер той части, которая дает наибольший прирост безотказности склада на 1 руб. затрат. Если стоимость склада сравнивается с заданной общей стоимостью, то расчет прекращается. После этого дается распечатка норм хранения всей номенклатуры запасных частей. Вторым вариантом расчета может быть определение норм хранения запасных частей исходя из заданной общей безотказности вклада при наименьшей его общей стоимости. На рис. 6.7 приведены результаты расчета для четырех частей, Средний расход которых и стоимость отличаются на порядок в ^ответствии с табл. 6.3. н, шт

Р 1

403530-

0,75

2520-

0,50

1510-

0,25

50

1

5 С, тыс. руб

Рис. 6.7. Зависимость оптимальных запасов частей с разной стоимостью и средним расходом от общей стоимости склада: Р — кривая безотказности склада в зависимости от общей стоимости хранимых запасных частей, 1 — требуемые запасы дорогой запасной части с большим их расходом, 2 — требуемые запасы дорогой запасной части с малым их расходом, 3 — требуемые запасы дешевой запасной части с большим их расходом, 4 — требуемые запасы дешевой запасной части с малым их расходом

120

Т а б л и ц а 6.3

Исходные данные для расчета оптимальных запасов частей Номер запасной части

Стоимость части С„ руб

Средний расход а„ шт

1

100

20

2

100

2

3

10

20

4

10

2

Если склад будет сформирован по среднему числу расходуемых запасных частей, то его стоимость составит Сй = 100-20 + 100-2 + +10-20 + 10-2 = 2420 руб. Оптимальный по безотказности склад должен иметь при той же общей стоимости другое соотношение числа запасных частей: дешевых частей с большим расходом — больше средней нормы, а дорогих — меньше средней нормы. При уменьшении общей стоимости склада разница в численности дешевых и дорогих частей становится еще больше. Для рассматриваемого примера безотказность склада приближается к единице только при стоимости склада, в два раза превышающей стоимость Са.

6.6. Методика формирования склада запасных частей станций технического обслуживания автомобилей В рыночных условиях СТО легковых автомобилей испытывают жесткую конкуренцию, что вынуждает их принимать меры к боJiee полному удовлетворению потребностей клиента, в первую очередь — это сокращение времени ремонта при высоком качестве работ. Значительное число операций устранения отказов автомобилей сопряжено с заменой деталей. Наличие этих деталей на СТО сокращает время выполнения ремонтов, что уменьшает чис-ло переходов клиентов к конкурентам. При отсутствии запасной части клиент с некоторой вероятностью может покинуть СТО, что приведет к утере ее дохода, или согласиться воспользоваться услугами СТО при условии, что будет произведена экстренная доставка запасной части. Исходя из этих соображений, могут быть определены экономические потери С о ч от отсутствия запасной части: С0 ч -

д

+(1- /> УК )С Э ],

где k — интенсивность потока требований на конкретный вид запасной части; а — вероятность наличия запасной части; Рук — 121

6.7. Краткие сведения о складском хозяйстве

Рис. 6.8. Определение оптимальной нормы хранения запасных частей по минимуму суммарных затрат: С о ч — затраты от отсутствия запасных частей; С хр — затраты от хранения запасных частей, С0.,— общие затраты

вероятность ухода клиента; С д — утерянный доход от заявки (ухода клиента); Сэ — затраты на экстренную доставку части. Хранение запасных частей на СТО также требует определенных денежных затрат С хр , обусловленных омертвлением капитала (стоимости части) и затратами на содержание склада (в расчете фа конкретную часть). Если хранится Н запасных частей, то затра1$ы на хранение частей данного наименования СХЧ=СХРН. ,' Вероятность наличия запасной части а зависит от нормы запа|са Н и среднего расхода запасной части а, и может быть выражена шз формулы Пуассона, как в подразд. 6.3: н „k а а= £ — е~ . С учетом того, что А, = а, общие затраты СТО от отсутствия и хранения запасных частей

Оптимальную норму хранения запасных частей можно найти численным решением из условия C O J -» min в соответствии с рис. 6.8. Очевидно, что увеличение средних расходов запасных частей и затрат, связанных с экстренной доставкой части, приводит к необходимости увеличивать запасы частей, особенно, если они дешевые. При наличии сильной конкуренции со стороны других СТО и больших доходов, получаемых от ремонтных работ, число хранимых частей также следует увеличивать. Расчеты по выведенной зависимости позволяют найти конкретное значение нормы хранения запасных частей. 122

Оптимальная система складирования материальных ценностей и запасных частей для ремонта автомобилей предопределяет рациональность технологического процесса на складе. Большое значение в складском хозяйстве принадлежит виду и размеру устройства (товароносителя), на котором формируется складская грузовая единица. Такими устройствами могут быть ящики, поддоны, контейнеры, кассеты и т.д. Складской товароноситель увязывает между собой номенклатуру перерабатываемого груза, внешние и внутренние материальные потоки и все элементы системы складирования, включая подъемно-транспортные механизмы и транспорт. Размещение технологического оборудования должно обеспечивать максимальное использование площади и высоты склада. Выделяют следующие основные виды складирования: в штабеле блоками; полочных стеллажах; проходных (въездных) стеллажах; передвижных стеллажах; элеваторных стеллажах и т.д. При оценке преимуществ различных видов складирования рассматриваются следующие показатели: высокая степень используемой площади и объема; свободный доступ к товару; обеспечение контроля изменений запасов; легкость обслуживания; возможность автоматизированного управления; выполнение принципа «груз первым пришел — первым ушел»; низкие капиталовложения и строительные затраты; низкие эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание. Оценку размеров склада запасных частей для ремонта автомобилей можно произвести по имеющимся статистическим данным [8]. По методике компании Renault объем склада, включая зоны хранения, приемки, отгрузки и не включая конторские помещения, службы подготовки тары, внешние рампы для погрузки и т.п., можно рассчитывать по удельным показателям. Для разновозрастного парка автомобилей, сформировавшегося в течение 10 лет продажи машин, на один среднестатистический легковой автомобиль во Франции в год продается в среднем 0,1 м3, или примерно 15 кг запасных частей. Сходные данные у Fiat по Италии — 12... 18 кг. По данным Volvo, на один тяжелый грузовик продается примерно в шесть раз больше запасных частей, чем на легковой автомобиль, т.е. можно принять для расчета объем 0,6 м3, или примерно 90 кг.

123

Используя эти данные, можно определить полезный объем склада и его производственную площадь, которая включает в себя кроме мест хранения запасных частей проезды, зоны приемки, упаковки и отгрузки. Практика показала, что коэффициент использования площади склада при высоте 7 м составляет 0,60, при высоте 5 м — 0,48, при высоте 3,5 м — 0,36 [8]. Зная необходимый объем склада с учетом высоты, можно найти полезную площадь, разделив которую на коэффициент использования площади, можно найти площадь склада. При использовании данных по годовому расходу запасных частей следует учитывать оборачиваемость склада, т.е. сколько за год происходит циклов полной замены хранящихся частей. Для региональных складов в Европе, взаимодействующих с 50 дилерами, которые обслуживают 10 тыс. грузовых автомобилей и тракторов одной модели разных модификаций, оборачиваемость склада не превышает трех раз в год [8]. Для небольших дилерских складов, хранящих не всю номенклатуру, а только детали частого спроса, оборачиваемость запасов может составлять шесть раз в год и более. Очевидно, что в этом случае объем необходимого склада будет примерно во столько же раз меньше. При технологическом проектировании АТП по отечественным методикам количество хранимых на складах запасных частей определяется в зависимости от массы автомобиля и суммарного пробега всего парка за планируемый период [25]. Площади складских помещений находят по площади пола, занимаемого стеллажами, скорректированной коэффициентами, учитывающими проходы и проезды по складу В настоящее время без компьютерного учета невозможно эффективное функционирование крупных складов запасных частей и материалов для ремонта автомобилей. Фирмы, торгующие машинами, запасными частями и услугами по ремонту, нуждаются в специальных программах для компьютеризации информационных потоков. Программный комплекс должен обеспечивать выполнение финансового анализа, анализа спроса, результатов торговли в разных аспектах, а также эффективное управление запасами, автоматизированную подготовку проектов заказов на пополнение склада, автоматизированный расчет цен, статистических и аналитических данных и многие другие операции. Такой комплекс должен обеспечивать: раздельный учег машин как товара, как объекта гарантии и как объекта ремонта с накоплением истории обслуживания и ремонтов; учет реализации запасных частей как товара со статистикой и анализом расхода за ряд лет и параметрами, определяющими группу скидок, характер цен, применяемость, заменяемость и др.; 124

учет реализации запасных частей по коммерческим ценам клиентам; по себестоимости — при гарантийном ремонте, предпродажной подготовке и восстановлении агрегатов для своего оборотного фонда; ниже себестоимости — при реализации неликвидов и уценке брака; раздельный учет, статистику и анализ прихода и расхода новых запасных частей, подержанных деталей, восстановленных узлов и агрегатов; учет передачи запасных частей и материалов на реализацию в свои и чужие торговые точки, своим мастерским, на склады низшего уровня; учет трудозатрат при ремонте и предпродажной подготовке машин, аналогичный любому производству, расценка услуг по ремонту; учет и подготовку документации по рекламациям по качеству и количеству машин и запасных частей; учет прихода и расхода масел, других технологических жидкостей и материалов по разным ценам в случаях предпродажной подготовки, коммерческой реализации, гарантийных ремонтов, расходов для своего транспорта; учет материалов, обеспечивающих деятельность фирмы или конкретного склада; бухгалтерский учет, аккумулирующий результаты всех направлений деятельности; раздельный анализ по каждому направлению деятельности; учет обслуживаемого парка машин, статистику его изменения для планирования потребности в запасных частях, материалах, а также трудозатрат. Для эффективного управления распределением и сбытом запасных частей требуется иметь обширную базу данных, которые могут использоваться для различных видов анализа. Приведем примеры таких данных Основные данные:

номер детали по каталогу; наименование; единица измерения; масса; габаритные размеры; код изготовителя; материал; число на одну машину; модели машин, цля которых предназначена деталь; расчетный срок службы; какой деталью заменена (после снятия с производства); вместо какой детали введена в конструкцию; возможность восстановления после износа; 125

в какой комплект или сборку входит (если не поставляется от дельно); число деталей в упаковке; вид упаковки; вид тары. Складские данные: фактическое наличие на складе; минимальный запас или точка заказа; максимальный запас; страховочный запас; срок поставки, закупочная пена; розничная цена; группа скидок; минимальное число для склада; оптимальное число для заказа; заказано у поставщика; неудовлетворенный спрос; недогружено заказчику (долг). Статистические данные: продано (получено) за период; продано (получено) за период (в закупочных ценах, в розничных ценах); валовой доход за период; продано (получено) в году: «текущий -1»; «текущий -2» (предыдущий год); «текущий -10» и т.д. Аналитические данные: группа спроса; группа стоимости; коэффициент соотношения розничной и закупочной цен; коэффициент оборачиваемости запаса; сбыт на 1 000 машин в год и т.д. Современные системы предусматривают работу с компьютерами каждого сотрудника, а не специальных операторов. Освоение любого пакета программ требует постоянных консультаций с его разработчиками по телефону или в непосредственных встречах. Компьютеризация требует введения в штат администратора компьютерной системы для ежедневного контроля ее работы и устранения сбоев, консультирования сотрудников, обучения новых кадров, ежевечернего копирования всей информации на специальные диски или кассеты, хранимые в несгораемых сейфах на случай поломки компьютеров или порчи информации в них.

126

Сбытовые сети многих крупных компаний, занимающихся поставкой запасных частей для ремонта машин, строятся таким образом, чтобы на складах дилеров хранились одно —трехмесячные запасы деталей высокого спроса, на региональных — трехмесячные запасы деталей высокого и постоянного спроса, на зональных складах — четырехмесячные запасы деталей постоянного и нерегулярного спроса [6]. В процессе функционирования системы и накапливания в компьютере фактических данных производят корректирование состава складов по номенклатуре и количеству хранимых частей, обеспечивая повышение эффективности складов. Для уменьшения рисков образования неликвидов на складах ежегодно должна проводиться активация запасов. По результатам анализа спросов деталей изменяют их размещение в складе по принципу «чаще спрос — ближе к зоне выдачи». Задача такого анализа — разгрузка склада от деталей редкого спроса, перемещение на их место деталей высокого спроса и упорядочение размещения для облегчения доступа. Если нет готовой компьютерной программы для такого анализа, то нужно просто сделать выборки деталей, расход (продажа) которых составил менее 300 шт. в год, 300— 1 000 шт. в год и более 1 000 шт. в год. По таким выборкам принимаются решения. Например, если деталь продана за год числом менее 300 шт., то ее можно хранить на дальнем стеллаже или не в теплом, а холодном складе. Для сокращения складских расходов полностью избавляются от выявленных при анализе «мертвых» неликвидных запасов, а бездействующие запасы переводят на более дешевую форму хранения; удешевляют контроль по всем малоценным деталям; группируют оставшиеся на складе детали в соответствии с результатами анализа спроса для обеспечения надлежащего контроля за движением запасных частей Ликвидация «мертвых» запасов производится после тщательного анализа причин их возникновения. Обычно к таким запасам относят детали, не имеющие спроса более трех лет. Для реализации неликвидных запасов производят их уценку, дают рекламу о распродаже, связываются с поставщиком этих деталей и выясняют возможность их возврата. При отсутствии возможности реализации таких деталей их сдают в металлолом. Детали, по которым не было движения в течение года (за исключением деталей для новых, только введенных на рынок моделей машин), снимают со стеллажей и укладывают в ящики, на которые крепят упаковочные листы. Ящики держат в таком месте, где их хранение не влечет значительных расходов. Эти детали оставляют в базе данных, но указывают новый адрес складирования.

127

После очищения складов от бездействующих и «мертвых» запасов, руководство складского хозяйства принимает меры для предупреждения возможностей аккумуляции подобных запасов в будущем. Удешевление контроля помогает сократить расходы по содержанию запасов. Тщательный учет каждой находящейся на складе детали слишком дорог. Экономичное управление запасами предполагает, что нужно меньше контролировать дешевые детали и сосредоточивать все внимание на наиболее дорогостоящих деталях. На долю дешевых деталей приходится большая часть проводок в документации контроля запасов, в то время как в товарообороте и стоимости запасов они составляют очень малую долю. Если практикуется годовая инвентаризация физических запасов, то основное внимание уделяют деталям групп, на которые приходится наибольшая доля суммарной стоимости запасов. Что касается группы малоценных деталей, то принимают на веру данные карточек учета этих запасов. На многих складах применяются простые и дешевые способы контроля. Используют принцип оптимального размера заказа, устанавливают, что детали малой стоимости нужно заказывать менее часто, но в больших количествах. Для этих деталей применяют упрощенную систему визуального контроля запасов. При этой системе запасы каждой детали делят на три части (группы) и размещают в одной ячейке. Каждая группа («бункер») отделяется друг от друга с помощью специальных щитков или помещается в пластиковые мешки либо коробки. Каждая группа имеет цветовую кодировку: красный цвет означает минимальный запас, желтый — уровень заказа, зеленый — наличие сверх уровня заказа. На ячейке закреплена карточка, содержащая следующую информацию: код детали, ее адрес, наименование, категорию запаса и сведения об установленных для детали уровнях запаса. Для пополнения запаса не требуется никаких действий до тех пор, пока детали выбираются из «зеленого бункера». Как только детали начинают забирать из «желтого бункера», кладовщик берет из ячейки карточку и передает ее работнику, осуществляющему заказы на пополнение запасов. После этого карточка с отметкой о дате сделанного заказа возвращается на место. Как только детали начинают забирать из «красного бункера», принимаются меры для срочного пополнения запасов. На некоторых складах используют систему кодирования цветом времени поступления запасов. Для каждого года хранения и квартала устанавливается определенный цвет (две соответствующие метки). Нанесение этих меток не занимает много времени, зато позволяет быстро установить срок хранения запасов. При такой системе наиболее долго хранящиеся запасы используют в первую очередь; кроме того, с течением времени метки позволяют 128

выявить запасы, по которым нет движения. Это особенно важно для эксплуатационных материалов (шпаклевка, герметик и т.п.) и деталей небольшой стоимости, по которым не проводится контроль запасов. Небольшие склады применяют простую систему пополнения запасов, известную как «система авансирования» или «пополнение количества за количество». При этой системе в каждой ячейке склада имеется пачка талонов, состоящая из двух одинаковых частей. При упаковке деталей по заявке заказчика берут один талон и в обеих его частях проставляют отпущенное количество деталей. Затем одну часть талона прикрепляют к документу на отпуск деталей и передают в бухгалтерию, а вторую часть направляют на головной склад, информируя о расходе запасов На основании таких талонов головной склад формирует очередную партию запасных частей и отправляет ее на периферийный склад. Контрольные вопросы

1. Назовите участников российского рынка запасных частей. 2. В чем различие графиков расходования и пополнения запасов системы с постоянной периодичностью заказа и системы с периодическим контролем уровня запасов? 3 Что нужно знать для расчета средней годовой нормы расхода запасных частей? 4. Можно ли рассчитать норму расхода запасных частей, гарантирующих отсутствие простоев из-за нехватки запасных частей с заданной вероятностью? 5. Почему, имея средний запас частей, крупное предприятие страдает от их нехватки реже, чем мелкое? 6. Почему средние нормы расхода запасных частей неприемлемы для новых автомобилей? Какой метод расчета запасных частей в этом случае может пригодиться? 7 Как может быть сформирован оптимальный склад запасных частей с минимальной стоимостью и максимальной безотказностью склада? 8. На основании чего могут быть определены оптимальные нормы запасных частей, хранимых на СТО?

ГЛАВА 7

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА В МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ

7.1. Виды контроля качества при поставках запасных частей и эксплуатационных материалов Большинство задач, решаемых технической эксплуатацией автомобилей, в большей или меньшей степени связано с качеством запасных частей и эксплуатационных материалов, используемых при ремонтах и обслуживании автомобилей. На транспорте общего пользования прямые затраты на ТО и ТР составляют 12... 15 % себестоимости перевозок, из них, примерно, одна третья часть приходится на запасные части [16]. Современный период перехода к рыночным отношениям характеризуется децентрализацией производства запасных частей и плохо организованным государственным контролем их качества. Конкуренция производителей запасных частей пока еще не стала действенным инструментом обеспечения высокого качества запасных частей. То же самое относится к горючему, смазочным и эксплуатационным материалам. В этих условиях важную роль играет контроль качества поставляемой в АТП, АРЗ или СТО продукции на этапе материально-технического обеспечения, т.е. при покупке запасных частей и эксплуатационных материалов. Контроль продукции (изделий) по степени охвата можно разбить на два вида: сплошной контроль, когда контролируют все 100% изделий партии; выборочный контроль, при котором контролируют не всю партию из N изделий, а только некоторую выборку п < N Сплошной контроль дает наиболее полную информацию о качестве продукции, однако имеет ограничения в применении, так как не может использоваться, если контроль разрушающий, и имеют место большие затраты и ограничения во времени контроля. Условие целесообразности сплошного контроля в сравнении с приемкой партии изделий без контроля: где С к — стоимость контроля изделия; N — объем принимаемой партии; Сч — стоимость затрат (ущерба) от пропуска бракованного изделия; М — число бракованных изделий в партии. 130

Условие целесообразности выборочного контроля по сравнению со сплошным контролем Ски

С„МР < CKN,

где Р — вероятность приемки по результатам выборочного контроля партии с бракованными изделиями При контроле партии изделий по качественным признакам все изделия разбивают на две альтернативные группы: годные (кондиционные) и негодные (дефектные). В этом случае оценку партии изделий проводят по числу дефектных изделий, попадающих в выборку. При контроле партии изделий по количественным признакам у каждого проверяемого изделия определяют один или несколько количественных параметров. Оценку партии изделий производят по статистическим характеристикам распределения контролируемых признаков в выборке. Выборочный контроль широко применяется в практической деятельности и, в частности, при покупке различных товаров, однако, делается это интуитивно. Материально-техническое обеспечение крупных предприятий не должно зависеть только от интуиции экспедитора или другого лица, занимающегося поставками запасных частей и материалов, а должно базироваться на объективных научно обоснованных методах статистического контроля качества. 7.2. Теоретические основы выборочного контроля по качественным (альтернативным) признакам В процессе случайного отбора изделий из партии N, при небольшом числе М бракованных изделий в партии, в выборку п случайно может попасть большое число бракованных изделий, что послужит основанием ложного решения о забраковывании всей партии (ошибка 1-го рода). И, наоборот, при большом числе MB выборку случайно может попасть малое число бракованных изделий, что послужит основанием принять негодную партию (ошибка 2-го рода). Если объем выборки п < G,\N, то вероятность попадания в выборку случайного числа k бракованных изделий описывается законом Бернулли (биномиальным распределением). Обозначая вероятность брака в партии а = М — , а вероятность, что изделие годTV ное р - 1 - q, рассмотрим возможные ситуации попадания бракованных изделий в выборку (табл. 7.1). 131

Т а б л и ц а 7.1 Возможные ситуации попадания бракованных изделий в выборку Вероятность по каждому изделию

1

2

3

п

Общая вероятность по выборке

Все п изделий годные

Р

Р

Р

Р

Р"

Дефектное первое изделие, остальные годные

q

Р

Р

Р

"-'

Дефектное второе изделие, остальные годные

Р

(I

Р

Р

ЧР" '

Ситуация

Дефектное одно (любое) изделие

£?/>"-'

Дефектное первое и второе изделие, остальные годные

q

Я

Р

Р

q-p^

Дефектное первое и третье изделие, остальные годные

я

Р


Р

q-p"

Дефектные два (любые) изделия, остальные годные

2

!
Общая вероятность по выборке для конкретного набора состояний изделий определяется как вероятность совместного наблюдения событий путем перемножения вероятностей. Вероятность наблюдения любого одного или любых двух дефектных изделий в выборке складывается из вероятностей конкретных ситуаций. Число таких ситуаций определяется числом возможных сочетаний рассматриваемого числа элементов из общего числа элементов выборки. Например, из четырех элементов по два элемента можно составить следующие сочетания: 1 — 2, 1 — 3, 1—4, 2 — 3, 2 — 4, 3 — 4 (всего шесть сочетаний). Число сочетаний k элементов в выборке п [10]

п\ f(\-q)"k. k\(n-k)\

Это и есть закон Бернулли, на основании которого можно строить планы выборочного (статистического) контроля. Основной задачей статистических методов контроля является составление такого плана контроля, при котором ошибки первого рода (забраковывание годной партии) и второго рода (пропуск негодной партии) были минимальными, т.е. делались крайне редко сверх заданных пределов. Для оценки эффективности плана выборочного контроля (составление процедуры формирования выборки, определение объема выборки, браковочного числа) используют оперативную характеристику. Оперативная характеристика — это функция L(q), равная вероятности принятия по результатам выборочного контроля партии изделий с уровнем брака q. Очевидно, что при q = 0 L(q) = 1; при q = 1 L(q) = 0 (если все изделия в партии бракованные, то и в выборку попадут только бракованные изделия; принимать такую партию не будет никаких оснований). Образец оперативной характеристики некоторого плана статистического контроля показан на рис. 7.1. При контроле могут быть установлены два уровня качества: д0 — приемлемый уровень качества; qm — браковочный уровень качества. Вероятность забраковывайия годной партии часто обозначают а, ее называют «риск поставщика», вероятность приемки негодной партии обозначают р, ее называют «риск потребителя». Обычно а и р принимают равными 0,1; 0,05; 0,01 для конкретных условий использования изделий [36]. Например, по проекту Fiat допустимая вероятность брака при окраске кузовов на заводе ВАЗ была запланирована равной 8%; именно на такое число кузовов предусмотрены дополнительные нитки конвейера для отправки бракованных кузовов на устранение брака. L(q)

я!

k\(n-k)\ Для рассмотренного примера 4 3 2-1

= О.

2 1 2 1

Таким образом, вероятность попадания k дефектных изделий в выборку п 132

О

~?0


1

1

Рис. 7.1. Оперативная характеристика выборочного контроля 133

Форма кривой оперативной характеристики зависит от плана контроля (назначенной процедуры действий при выборочном контроле). К плану контроля предъявляются требования, чтобы изделия с уровнем брака q < q0 принимались с вероятностью 1 - а, а изделия с q > qm принимались с вероятностью (3.

7.3. Методика одноступенчатого контроля Из партии N изделий берут п изделий, которые проверяют и определяют число бракованных изделий k в выборке, которое сравнивают с приемочным числом С. При выполнении условия k < С, партию принимают, в противном случае — бракуют. План контроля устанавливает объем выборки и приемочное число исходя из заданного уровня брака и риска ошибочного принятия решения. Оперативная характеристика как вероятность выполнения условия k < С будет представлена суммой вероятностей; Щ) = P(k = 0) + P(k = 1) + •-• + P(k = С) = X

п\

-qk(\-q)"

Часто принимают С = 0, т.е. партия принимается, если в выборке нет ни одного бракованного изделия, тогда оперативная характеристика принимает вид nl

оы

1

-qY= (\-qY-

Задаваясь риском потребителя (вероятностью принять партию изделий с неприемлемым уровнем брака) можно записать (3= L(qm) = = (1 -
П л а н к о н т р о л я : выбрать случайным образом 45 изделий, проконтролировать. Если все изделия годные, то партию принять; если в выборке окажется хотя бы одно бракованное изделие, то партию браковать. Аналогично строится план выборочного контроля с позиции производителя продукции, когда задаются риском забраковать годную партию из условия L(qu} = (1 -
В рассмотренном методе выборочного контроля приемочное число принималось равным нулю, а по заданным вероятностям находился объем выборки. При очень большом числе изделий в партии объем выборки в относительных долях может оказаться очень маленьким, и, если нет гарантий, что дефектные изделия распределены по всему объему партии очень равномерно, выборочный контроль будет ненадежным. В таком случае лучше задаваться объемом выборки п, который в любом случае не должен быть больше 0,1УУ (это условие вывода формулы Бернулли), и находить величину браковочного числа С. При составлении такого плана контроля вместо формулы БерР(х) - —- е ах I котоV *• ) рый дает очень хорошее приближение при уровне брака q < 0,1. Применулли удобнее использовать закон Пуассона

нительно к выборочному контролю а = х = nq и P(k) = v '" f/ e~nq, k\ а оперативная характеристика

h k\

V <*?)*

lg(l-
134

IgO.l = 44,8 = 45. Ig(l-0,05)

-п»

С

Задаваясь риском принять негодную партию, можно записать или

Пример. При приемке партии метизов принято решение проконтролировать 300 изделий. Найти приемочное число С, если уровень брака qm = 0,01 является неприемлемым, а риск принять негодную партию |3 = 0,2. Р е ш е н и е . Определим правую часть расчетной формулы плана контроля реи
7.5. Статистический контроль по количественному признаку Таким образом, приемочное число С = 1 и план контроля должен включать следующие действия: случайным образом из партии взять 300 изделий, проконтролировать их; если в выборке окажется не более одного бракованного изделия, то партия принимается, если более — бракуется.

7.4. Методика двухступенчатого контроля Если при интуитивном выборочном контроле некоторой выборки изделий возникают сомнения в возможности приемки партии, то, обычно, берется вторая выборка для проверки или, даже, третья. Таким образом, выборочный контроль становится многоступенчатым. Математически обоснованной является следующая методика двухступенчатого контроля. Из партии изделий берется выборка п\, контролируется. Если в выборке все изделия годные (k\ = 0), то партия принимается; если в выборке более одного бракованного изделия — партия бракуется; если в выборке одно бракованное изделие, то берется вторая выборка «з- Если во второй выборке все изделия годные (k2 = 0), то партия принимается; если имеются бракованные изделия, то партия бракуется. Оперативная характеристика такого плана контроля

здесь произведение вероятностей характеризует условие совместного наблюдения событий. Выражая вероятности законом Пуассона, получим рабочую формулу оперативной характеристики, которая для случая п\ = п2 = п будет иметь вид

Задаваясь вероятностью риска принять негодную партию или риска забраковать годную, на основе оперативной характеристики можно рассчитать объем выборок. Для практического применения двухступенчатого контроля могут быть использованы специальные таблицы, как и для случая когда п2 = 1п\ [36]. Среднее число контролируемых при двухступенчатом выборочном контроле изделий можно определить как математическое ожидание (х = ^х,р, ) п = и,1 + n2P(k\ = 1) или я = щ + п{п2е " ] Ч . Двухступенчатый контроль, при той же точности, что и одноступенчатый контроль, требует меньшего числа контролируемых изделий [36]. 136

В процессе материально-технического обеспечения ТЭА в автотранспортные и авторемонтные предприятия в больших объе-t мах поступают смазочные материалы, краски, растворители, антифризы, моющие составы и прочее в расфасованном виде. В связи с этим возникает проблема контроля количества поставляемой партии продукции, отдельная единица которой является случай* ной величиной, распределенной в некотором диапазоне массы^ нетто. Ширина интервала допустимого разброса массы в упаковке 8 оговаривается в технических условиях на поставляемую продукцию и обеспечивается ее производителем. Нормально отстроенный процесс дозирования при расфасовке продукции нацеливается на середину допуска б, соответствующей номинальной массе единицы расфасованной продукции, представляемой как Зс ±0,58. При случайном или умышленном разрегулировании процесса расфасовки в партии N упаковок могут оказаться только упаковки с минимальной допустимой массой или еще меньшей. В этом случае, при штучном учете, общая недостача продукции в большой партии может оказаться весьма существенной. При выборочном контроле п упаковок замеряют их массу х,, х2, х3, ..., х„, на основании чего находят среднее значение по выборке х в , которое также является случайной величиной (в другую такую же по количеству выборку могут попасть упаковки с другой массой). Среднее квадратическое отклонение выборочных средних выражается известной зависимостью Х(х,-х) 2 где o v = 1=1

yv

В условиях реального контроля среднее квадратическое отклонение массы упаковок О А , как правило, неизвестно, поэтому можно воспользоваться свойством нормально распределенной случайной величины, которая с вероятностью 0,997 укладывается в диапазон x±o v . В нашем случае можно принять 6сх =а л и отсюда найти ъх = о/б. Целью выборочного контроля является оценка величины среднего значения массы упаковки х для всей партии N упаковок. При контроле задаются значениями х = х0 — приемлемый уровень качества, и х = хт — браковочный уровень качества (в решаемой нами задаче хт < х0), а также браковочным числом С. Если среднее значение по выборке х в > С, то партия упаковок принимается, в противном случае — бракуется. ^f

Оперативную характеристику плана выборочного контроля строят на основании нормального закона распределения вероятностей выборочных средних (рис. 7.2). Вероятности можно найти по интегральному закону, используя табличные значения функции F0 соответствующей квантили:

, с) =^^1=1 В данном случае использовано свойство симметричности нормального закона:

F(-z) = 1 - F(z). В решаемой задаче величина С является постоянной, а величина х — переменной (текущей) и вероятность того, что средняя по выборке будет больше приемочного числа и партия будет принята

L(Jc) - F(xB >

'(Зс-с)У/П <УХ I'

Эта формула выражает оперативную характеристику выборочного контроля, которая показана на рис. 7.3. По полученной оперативной характеристике можно определять план выборочного контроля, задаваясь приемочным числом С и вероятностью (3 принять негодную партию со средним весом упаковки хт. Пример. В АТП поставляется антифриз, расфасованный в емкости по (10 ± 0,3) л. Требуется провести выборочный контроль количества антифриза в емкостях, принимая, что среднее количество по всей партии 9,8 л является недопустимым, а риск принять такую партию составляет 0,05.

L(x)\

0,5

P 0

Рис 7 3. Оперативная характеристика выборочного контроля по количественному признаку: а — вероятность забраковать годную партию, р — вероятность принять негодную партию

Для разрабатываемого плана контроля примем С = 9,7 л, среднее квадратическое отклонение объемов <зх = 0,1 л, с учетом этого можно записать 0,1

Поскольку нормальный закон симметричный, таблицы содержат значения вероятностей от 0,5 и более. Квантиль вероятности 0,05 такая же, как и вероятности 1 - 0,05 = 0,95, для которой она равна 1,65, тогда •/я = 1,65 и объем контролируемой партии п - 1,652 = 2,72. Таким образом, получен план контроля: из партии расфасованного в емкости антифриза случайным образом взять три емкости, измерить объем их содержимого и найти среднее значение хв. Если хк < 9,7 , партия бракуется, в противном случае — принимается. Чаще условия выборочного контроля по количественному признаку включают х0, хт, а и (3, а для составления плана контроля находят п и С. На основании оперативной характеристики можно записать

/<*„)

а = 1 - /V)

—i (7.1)

Рис. 7.2. Распределение вероятностей контролируемого параметра при разных значениях средней по выборке 138

(7.2)

139

Складывая уравнения (7.1) и (7.2), находим объем выборки

пПриемочное число можно выразить по любому из уравнений (7.1) или (7.2):

i-a или

-7

л/Я

Пример. В АТП поставляется антифриз, расфасованный в емкости по (10 ± 0,3) л. Требуется провести выборочный контроль количества антифриза в емкостях, принимая, что среднее количество по всей партии 9,8л является недопустимым, а риск принять такую партию составляет 0,01; допустимой средней величиной количества антифриза в емкости является 10 л, а риск случайно забраковать такую партию при выборочном контроле равен 0,05. Р е ш е н и е . Используя таблицу функции нормального закона распределения вероятностей случайных величин (Приложение 1) для вероятностей 1 - 0,01 = 0,99 и 1 - 0,05 = 0,95, найдем соответствующие значения квантилей Z | _ p = 2,33 и Z,_ a = 1,65. Подставляем значения х0 = 10, хт= 9,8, о\ = 0,1 в формулу объема выборки: п=

0,1(2,33+1,65) 10-9,8

= 7,92 = 1

Браковочное число

П л а н с т а т и с т и ч е с к о г о к о н т р о л я . И з партии расфасованного в емкости антифриза взять восемь емкостей, измерить количество находящегося в них антифриза и найти среднее значение Зсв. Если х„ <9,94 л, то партию браковать, в противном случае — принять. Проводя контроль по такому плану, в среднем, в одном случае из ста будет принята партия со средним объемом одной емкости менее 9,8 л, и в пяти случаях из ста будет забракована партия, обеспечивающая среднее количество антифриза в емкости более 10 л.

7.6. Общие рекомендации по использованию методов статистического контроля В основе статистического контроля лежит вероятностный подход, который не должен нарушаться субъективным выбором контролируемых образцов партии продукции. Методы случайного отбо-

140

ра выборок штучной продукции регламентируются ГОСТ 18321—73. При формировании выборки часто используют таблицу случайных чисел, которая имеется в справочной литературе и учебниках по теории вероятностей и математической статистике [8], или методы генерирования случайных чисел. Если продукция имеет на упаковке заводской номер, то выбор можно производить по последней цифре номера. При выборе из пакета или контейнера с упорядоченным расположением образцов продукции случайным образом задают ярус, ряд и место образца, выбираемого для контроля, и т.п. Рассмотренные в данном разделе теоретические положения позволяют инженеру понять, что лежит в основе выборочного контроля; практические планы контроля могут быть составлены на основе специально разработанных таблиц. Таблицы имеются в стандартах, например, ГОСТ 16493 — 70 «Качество продукции. Статистический приемочный контроль по альтернативному признаку. Случай недопустимости дефектных изделий в выборке», ГОСТ 20736 — 75 «Статистический приемочный контроль по количественному признаку. Планы контроля». Контрольные вопросы

1. В каких случаях выборочный контроль целесообразнее сплошного контроля? 2. На основании какого закона может быть построена оперативная характеристика выборочного контроля? Что такое оперативная характеристика? 3. Что принимают в качестве исходных данных для построения плана выборочного контроля по качественным (альтернативным) признакам? 4. Чем отличаются планы одноступенчатого и двухступенчатого контроля? 5. Как организуется статистический контроль по количественному признаку? 6. Какие процедуры полезно использовать при формировании выборки контролируемых изделий в процессе статистического контроля партии?

ГЛАВА 8

ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

8.1. Общие принципы разработки режимов технического обслуживания автомобилей Существуют два способа обеспечения работоспособности автомобилей в процессе их эксплуатации: восстановление работоспособности после наступления отказа — текущий ремонт (ТР); поддержание работоспособности путем планово-предупредительных воздействий — техническое обслуживание. К техническому обслуживанию относят также уборочно-моечные работы по поддержанию внешнего вида и комфорта автомобилей. Анализ конструктивных особенностей и условий работы механизмов и материалов

Анализ отказов и неисправностей, возникающих при работе автомобиля

Классификация объектов воздействия

Классификация видов воздействия

8.2.1. Характеристика используемых методов определения периодичности технического обслуживания

Определение периодичности ТО

Определение периодичности плановых технических воздействий на автомобиль с целью предотвращения и отдаления моментов возникновения отказов и неисправностей его агрегатов и систем является важным этапом разработки режимов ТО. Можно выделить следующие методы определения периодичности ТО: аналогий и уточнений; визуально-диагностический; определения периодичности ТО по допустимому уровню безотказности; технико-экономический. Метод аналогий и уточнений — применение нормативов ТО с автомобилей-прототипов (аналогов). Этот метод базируется на аксиоме о полезности учебы на ошибках других, но во многих слу-

Определение вероятности выполнения работ после контроля

Определение трудоемкости операций ТО

Определение операций, подлежащих корректированию

I Режимы ТО

Рис. 8.1. Структурная схема разработки режимов ТО

142

8.2. Определение периодичности технического обслуживания автомобилей

Выбор типичных объектов и видов воздействий

Группировка операций по видам ТО

Определение последовательности выполнения работ

Основными исходными данными построения системы ТО автомобилей являются: предназначение автомобиля (спортивный автомобиль должен обслуживаться не так, как представительский; транспортный — не так, как военный); условия эксплуатации автомобиля (климатические, дорожные и т.п.); уровень исходной надежности и качества; организационно-технические ограничения (бессмысленно рекомендовать выполнение технологических операций ТО при отсутствии требуемого для них оборудования и т.п.). Основной задачей при формировании системы ТО является разработка оптимальных режимов, т.е. определение требуемого перечня и последовательности операций ТО, оптимальной периодичности их выполнения с учетом конкретных условий эксплуатации автомобиля. Общую последовательность разработки режимов ТО для новой модели автомобиля можно представить схемой, показанной на рис. 8.1. Разработка режимов ТО предполагает владение обширными знаниями по конструкции автомобилей, условиям их эксплуатации, технологии выполнения работ по смазке, регулировке и ремонту агрегатов и систем автомобилей, конструкции технологического оборудования и многому другому. Специфическим вопросом ТЭА является выбор периодичности ТО.

143

чаях этот метод может давать существенные ошибки. Например, в схожих по конструкции двигателях могут использоваться масла, произведенные из разной нефти; периодичность замены масла в этом случае не обязательно должна быть одинаковой. Кроме того, мы не всегда можем быть уверены, что режимы обслуживания автомобиля-прототипа являются оптимальными. Визуально-диагностический метод — периодичность ТО определяется на основе внешнего осмотра или диагностики (долив масла, моечные операции, крепежные операции и т.п.). Этот метод приемлем только для легко и постоянно наблюдаемых объектов. Метод определения периодичности ТО по допустимому уровню безотказности может быть применен при известных законах распределения вероятностей наработки до отказа обслуживаемой системы. Например, при уменьшении зазора до нулевого значения возникает необходимость регулировки теплового зазора в газораспределительном механизме (ГРМ). Наработка до этого момента зависит от интенсивности изменения зазора в процессе эксплуатации и является случайной величиной, распределенной по некоторому закону, показанному на рис. 8.2. При выбранном значении хто существует некоторая вероятно ность F = J f(x)dx отказа ГРМ (уменьшения зазора до нулевого о значения), а вероятность безотказной работы R = 1 - F. Принято считать, что безотказность систем автомобиля, отвечающих за его безопасность, должна быть не менее 0,95, а всех остальных систем — 0,8. Задаваясь требуемой безотказностью, по кривой закона распределения вероятностей всегда можно найти требуемую периодичность ТО. Можно заметить, что выбор величины безотказности во многом субъективен, и метод не учитывает многих весьма существенных других условий эксплуатации автомобиля.

Технико-экономический метод основан на минимизации сум-марных затрат на техническое обслуживание и ремонт автомобиля. Затраты на ТО С то и ремонт Ср для установленной технологий выполнения работ являются некоторыми постоянными величинами. Периодичность ТО х то является искомой величиной, а ресурс обслуживаемого агрегата х р является некоторой функцией периодичности ТО (чем реже будет производиться ТО агрегата, тем меньше будет его ресурс). Характер изменения удельных затрат

с

то и Q = —- показан на рис. 8.3.

х„

По минимуму суммарных удельных затрат С1 = С[0+ Ср7 можно найти оптимальную периодичность ТО х™, обеспечивающую минимальные издержки на обслуживание и ремонт автомобиля. Аналитически оптимальную периодичность ТО можно найти как экстремум целевой функции суммарных затрат из условия

= 0.

dxто Конкретный расчет оптимальной периодичности ТО зависит от особенностей обслуживаемой системы. Можно считать, что автомобиль состоит из основных и вспомогательных систем. Основные системы обеспечивают выполнение автомобилем своих функций как транспортного средства (колеса, подвеска, двигатель, трансмиссия и т.п.), а вспомогательные — условия нормального функционирования основных систем (смазка, фильтры и т.п.). При ТО воздействуют, главным образом, на вспомогательные системы, которые по своему влиянию на безотказность автомобиля можно разделить на параллельно или последовательно включенные (по аналогии с елочной гирляндой). Вспомогательные системы, при отказе которых автомобиль не теряет работоспособности, но начинает быстрее ухудшать свои

Зазор в ГРМ

С

у

Суммарные удельные затраты

Рис. 8.2. Определение периодичности ТО, обеспечивающей требуемый уровень безотказности обслуживаемой системы

144

х°т

*то

Рис. 8.3. Определение периодичности ТО по минимуму суммарных затрат 145

эксплуатационные показатели, можно считать включенными параллельно. Вспомогательные системы, при отказе которых автомобиль тоже отказывает, можно считать последовательно включенными. По мере работы автомобиля вспомогательные системы могут менять свои характеристики постепенно (плавно) или скачкообразно (дискретно). Предложенная классификация вспомогательных систем позволяет получить три расчетные формулы, с помощью которых можно определять оптимальную периодичность ТО многих реальных систем автомобиля.

ображений. Если за время до замены масла двигатель изнашивается на величину А/ = axfo , то предельный по техническим усло-

8.2.2. Определение периодичности технического обслуживания параллельно включенных вспомогательных систем, плавно меняющих свои характеристики

Берем производную от этой формулы по хто и приравниваем ее нулю:

Рассмотрим в качестве примера определение периодичности замены масла в двигателе [28]. По мере работы двигателя смазочные свойства залитого в картер масла постепенно ухудшаются, что приводит к увеличению интенсивности износа деталей двигателя. Выразим величину износа формулой /= ахь, где х — наработка автомобиля (масла); a, b — эмпирические коэффициенты. Если заменять масло через л:то километров, то при каждой замене характер нарастания износа будет повторяться (следует понимать, что это только более или менее удачная модель реально протекающего процесса) в соответствии с рис. 8.4. Согласно технико-экономическому методу определения периодичности ТО, целевая функция удельных затрат Cz =

Сто XJQ

виям износ /Пр будет достигнут при наработке хр = -^ хто = Д/

Подставляя в целевую функцию значение ресурса, получим формулу с одним искомым неизвестным — периодичностью ТО:

'пр

Отсюда выражаем оптимальную периодичность замены масла ' по

Ср

Полученную формулу можно упростить, введя значение минимального ресурса двигателя, работающего без замены масла. Из условия / п р = а(хрт'п)* выразим х™т = *|— и подставим в формулу оптимальной периодичности ТО параллельно включенных вспомогательных систем, плавно меняющих свои характеристики:

Определим неизвестный нам ресурс двигателя из следующих со„опт v mm •ХТО ~ хр

Рис. 8.4. Нарастание износа двигателя при периодической замене масла 146

а Ь-\

Сто

1

Ь-\

Для определения оптимальной периодичности замены масла в двигателе необходимо знать стоимость замены масла и стоимость капитального ремонта двигателя, а также минимальный ресурс двигателя, работающего без замены масла, и эмпирический коэффициент, определяющий крутизну нарастания износа по мере ухудшения смазочных свойств работающего масла. Ресурс и коэффициент следует находить экспериментально в процессе наблюдения за двигателем, работающим без замены масла. В процессе эксперимента с некоторой периодичностью по наработке производят контроль износа (по концентрации железа в масле, методом вырезанных лунок, по компрессии и т.п.) и получают систему уравнений:

147

/, = axf, /2 = axl

Для удобства решения уравнения можно прологарифмировать, представляя в виде lglk =\ga + b\gxk, после чего, разбивая на две примерно равные группы, можно получить систему из двух уравнений, из которых находят коэффициент Ь. Например, ресурс двигателя, работающего без замены масла 71 1 Хр " = 85 тыс. км, коэффициент b = 1,6, стоимость ремонта двигателя Ср = 10000 руб. и стоимость замены масла С то = 100 руб. T

Подставляя принятые значения в формулу, получим xfo =

1 = 6,57 тыс. км. /100001,6-1 100

На основании полученной формулы можно найти периодичность замены масла в агрегатах трансмиссии, замены смазки в ступицах колес, периодичность очистки системы охлаждения от накипи и т.п. 8.2.3. Определение периодичности технического обслуживания параллельно включенных систем с дискретным изменением характеристик В качестве примера рассматриваемой системы может быть принят полнопоточный фильтр для очистки масла, который отказывает при механическом разрушении фильтрующего элемента или его забивании, когда масло начинает проходить через редукционный клапан неочищенным. Рассмотрим характер нарастания износа деталей двигателя по мере наработки (рис. 8.5). При отказавшем фильтре интенсивность износа высокая и предельный износ двигателя (линия 7) может быть достигнут при наработке х™ 1П , если фильтр гарантированно работает, то интенсивность износа низкая (линия 2) и двигатель сможет проработать х™*. Фильтры часто изготавливают неразборными и заменяют в плановом порядке с периодичностью хто, в течение которой фильтр может отказать. Для конкретного двигателя нарастание износа будет выражено ломаной линией 7,, а его ресурс будет случайной величиной хг Найдем оптимальную периодичность замены фильтра, используя целевую функцию суммарных удельных затрат:

148

Рис. 8.5. Нарастание износа двигателя при периодической замене фильтр^ / — нарастание износа двигателя при неработающем фильтре, 2 — нарастани^1 износа двигателя при гарантированно работающем фильтре

Сто

хто

хр

Очевидно, что если хто -» 0, то хр -» х™", если х то — »°° (фильтры не заменяются), то хр -» х™"1. Кроме периодичности ТО, на ресурсе двигателя будет сказываться и надежность самого фильтра на периоде JCTO, которую можно представить кривой безотказности (рис. 8.6). По мере работы автомобиля вероятность безотказной работы фильтра будет меняться от 1 до /?(хто), среднюю безотказность фильтра можно определить по равновеликой площади под кривой безотказности путем интегрирования

_ Д(хто) =х — J R(x)dx. то о Зная безотказность фильтра можно найти средний ресурс двигателя как математическое ожидание (напомним, что х = по двум значениям х™"1 и х™4 : Хр = x™*R (хто ) + x p min 1-R (хт ) . Подставляя значение ресурса в целевую функцию затрат, получим Су =

'ТО

*то

XpniaxR (хто) + х™" [1 - Л (JCTO )]'

149

Из таблицы по минимуму суммарных затрат можно определить оптимальную периодичность замены фильтра *т'от = 20 тыс. км (округленно).

R(x)

R(xTO)

На практике для определения периодичности замены фильтра нужно было бы провести эксперименты с автомобилями, работаax ющими с поврежденным фильтром (находим jc™ ), а также для 1 определения х™" и числовых характеристик надежности фильтров, нужно было бы оборудовать автомобили датчиками, сигнализирующими о моменте отказа фильтра. 8.2.4. Определение периодичности технического обслуживания последовательно включенных систем

Рис. 8.6. Кривая безотказности фильтра Оптимальную периодичность ТО можно определить по минимуму затрат из условия

dQ CTO

= 0 . Поскольку аналитическое реше-

ние выполнить сложно, можно использовать численное решение, находя среднюю безотказность фильтра по площади под кривой на заданном отрезке хто. Перебирая с некоторым шагом величины л:то, можно найти такое значение, которое даст минимальные суммарные затраты. Пример. Известно, что стоимость ремонта двигателя С р = 7 500 руб., стоимость замены фильтра Сто = 45 руб. При гарантированно работающем фильтре ресурс двигателя Хр шх = 316 тыс. км, при неработающем 1 фильтре — х™" = 55 тыс. км. Распределение наработки фильтра на отказ подчинено закону Вейбулла с математическим ожиданием 56 тыс. км и коэффициентом вариации 0,681. По этим числовым характеристикам была вычерчена кривая безотказности, используя которую находили среднюю безотказность фильтра при разных периодичностях замены, и рассчитывали суммарные затраты. Результаты расчетов сведены в табл. 8.1. Т а б л и ц а 8.1

К последовательно включенным системам относятся агрегаты и системы автомобиля, отказ которых приводит к потере работоспособности автомобиля без серьезных повреждений других систем, — это приборы системы питания, зажигания, пуска и т.п. Обслуживание и ремонт последовательно включенных систем по потребности (после отказа) приводит к большим затратам С отк , включающим возможные штрафы за срывы рейса, необходимость буксирования автомобиля в гараж и т.д. Регламентированные ТО этих систем в условиях АТП или СТО требуют затрат С то < С отк . Определим оптимальную периодичность ТО последовательно включенной системы, используя закон распределения вероятностей ее наработки на отказ (рис. 8.7). При назначенной периодичности хто вероятность отказа сис•xto

темы в дорожных условиях F(xTO) = J f(x)dx, вероятность, что о

отказ будет предотвращен при плановом ТО, R(xTO) = 1 - F(xJO). Отказ может наблюдаться в интервале 0 < х < хто, в среднем отказ будет происходить при наработке /(*)

Расчет периодичности ТО Показатели

Периодичность ТО, тыс км 9

12

15

IS

21

24

27

Средняя безотказность Я(х70)

0,978

0,967

0,954

0,940

0,926

0,911

0,895

Суммарные затраты Cs, руб.

29,16

28,14

27,66

27,45

27,42

27,51

27,66

150

Рис. 8.7. График, используемый для определения периодичности ТО последовательно включенных систем

151

=

j xf(x)dx.

Таким образом, часть автомобилей будет отказывать и обслуживаться, в среднем, при наработке *отк, а часть — при наработке XTQ. Можно найти среднюю наработку, при которой будут обслуживаться последовательно включенные системы, как математическое ожидание:

Аналогично можно найти средние затраты на обслуживание системы: С = CmKF (хто) + Сто [Д(*то) + *^(*то)], где 0 < k < 1 — коэффициент, учитывающий очередное ТО системы, которая отказывала ранее и обслуживалась по потребности. Если все системы обслуживаются в плановом порядке, то k= 1, если в плановом порядке обслуживаются только те системы, которые до этого не отказывали и не обслуживались по потребности, то k = 0. Зная средние затраты на обслуживание и среднюю наработку, при которой проводится обслуживание, можно записать удельные суммарные затраты, т.е. целевую функцию для определения периодичности ТО: ^

чем больше коэффициент вариации v наработки на отказ обслуживаемой системы, тем менее четко выражен экстремум удельных затрат; при коэффициенте вариации, равном единице (экспоненциальный закон распределения наработок на отказ системы) экстремума удельных затрат нет и ТО таких систем в плановом порядке экономически нецелесообразно; если кривая в некоторой зоне экстремума пологая, то любую периодичность ТО в рамках этой зоны можно считать приемлемой. Рассмотренный метод определения периодичности ТО применим во многих случаях: зачистка контактов прерывателя-распределителя, регулировка зазоров в конических подшипниках и др.

то

Контрольные вопросы

Периодичность ТО, при которой удельные затраты будут минимальными, является оптимальной. Проведем качественный анализ удельных затрат: при хт -> 0 вероятности F(xm) -» 0, R(xTO) -» 1 и Сх -» °°; при х то — > °о система не будет обслуживаться в плановом порядке и F(xm) -» 1, R(xm) -> 0 и

—•>

С„

Оптимальную периодичность ТО можно найти численным решением, располагая значениями затрат на ТО в плановом порядке и средней стоимости устранения отказов системы, а также кривой закона распределения вероятностей отказа системы. Характер изменения удельных затрат показан на рис. 8.8. Из анализа кривых удельных затрат на ТО последовательно включенных систем можно сделать важные выводы:

152

Рис 8 8. Характер изменения удельных затрат в зависимости от периодичности ТО последовательно включенных систем. v — коэффициент вариации

1 В какой последовательности разрабатывают режимы ТО новой модели автомобиля? 2 Какие известны методы определения периодичности ТО? 3. Что лежит в основе технико-экономического метода определения периодичности ТО? 4 Что нужно знать для определения оптимальной периодичности замены масла в коробке передач автомобиля? 5 Какие агрегаты и системы автомобиля с позиции их ТО можно отнести к параллельно или последовательно включенным 9 6. Какие агрегаты и системы автомобиля с позиции их ТО можно отнести к параллельно включенным с непрерывным или дискретным изменением характеристик 9 7. В каких случаях плановое ТО последовательно включенных систем нецелесообразно9 8. Всегда ли необходимо строго выполнять заданную периодичность ТО?

ГЛАВА 9 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИАГНОСТИКИ

9.1. Общие представления о технической диагностике автомобилей Индивидуальная информация о скрытых и назревающих отказах автомобиля позволяет предотвратить преждевременный или запоздалый ремонт, а также проконтролировать качество выполнения ремонтных, регулировочных и других операции ТО Технической диагностикой называют отрасль знаний, которая изучает признаки, методы и средства определения технического состояния механизмов (и автомобиля, в частности) без их разборки, а также технологию и организацию использования систем диагностирования в процессе технической диагностики. Под системой диагностирования понимают комплекс, включающий диагностируемый объект, технические средства и алюритм диагностических работ. Системы диагностирования можно классифицировать по ряду признаков следующим образом [6, 27—29]. • по характеру связи технических средств с объектом' встроенные (перевозимые на автомобиле в процессе его работы); выделенные (подключающиеся в стационарных условиях); • по условию съема информации' функциональные (диагностирование в процессе нормальной работы объекта), тестовые (на объект подается особый сигнал, чтобы по отклику судить о состоянии объекта); • по полноте охвата. общие (диагностируется объект в целом), локальные (диагностируется отдельный элемент объекта); • по степени универсальности: специальные (объект, технические средства и алгоритм всегда постоянны); универсальные (объект, средства и алгоритм диагностирования легко меняются); • по количеству диагностических параметров: однопараметрические (диагноз по одному признаку); многопараметрические (диагноз по комплексу признаков);

154

• по степени участия человека, «ручные» (диагноз ставит человек); «машинные» или автоматические (диагноз ставится без участия человека). Техническая диагностика является важным звеном в системе ТО и Р автомобилей. По мере дальнейшего увеличения парка автомобилей и численности их пользователей (следует признать, что доля настоящих автолюбителей и профессионалов в общем числе водителей уменьшается), усложнения конструкции автомобилей и ужесточения требований к их безопасности и надежности роль технической диагностики возрастает. Характерной чертой современных автомобилей является все более широкое использование электроники и микропроцессорной техники, на которую возлагаются не только функции управления системами автомобиля, но и автоматического диагностирования его технического состояния. Например, Volvo разработал «женский» автомобиль, у которого на щитке приборов есть только спидометр, и водитель не имеет возможности открыть капот автомобиля. Контроль состояния всех систем автомобиля осуществляет бортовой компьютер, имеющий радиосвязь с СТО. При возникновении потребности в ТО и устранении неисправностей автомобиля водитель получает приглашение в назначенное время предоставить автомобиль на СТО. Диагностика сложных систем должна иметь техническое, информационное и математическое обеспечение. Техническое обеспечение представляет собой совокупность устройств получения и обработки информации (диагностические приборы, датчики, сигнализаторы, усилители и т.п.). Важную часть технического обеспечения современных систем диагностики составляют микропроцессорные схемы (ЭВМ), преобразователи аналоговых сигналов в цифровые базы данных, устройства для регистрации и представления диагностической информации. Информационное обеспечение содержит необходимый массив восполняемых технических сведений, способы получения, систематизации диагностической информации, ее хранения. Сюда же можно отнести различные программы — драйверы, обеспечивающие прохождение информационных потоков по отдельным блокам системы диагностирования. Математическое обеспечение является базой алгоритмов распознавания состояний диагностируемых объектов на основании получаемых диагностических параметров. Техническая диагностика как система включает также и специалистов, ответственных за принятие решений и способных разрабатывать элементы системы диагностирования.

155

9.2. Выбор диагностических параметров Техническое состояние автомобиля как сложной системы и его элементов характеризуется теми или иными физическими явлениями или процессами, которые можно рассматривать в качестве признаков состояния. Признаки состояния могут выражаться количественно на основе измерений, а когда они невозможны — то качественно на основе органолептических методов оценки цвета, запаха, блеска, тембра звучания и т. п. Очевидно, что по мере развития измерительной техники качественные оценки признаков могут переходить в количественные измерения. Диагностическую ценность может составлять большая часть информации о поведении автомобиля, его агрегатов и систем. Состав и состояние сред, взаимодействующих с изделием (воздух, охлаждающая жидкость, масло, продукты сгорания топлива и др.), рабочие параметры процессов (частота вращения, температура, давление), вибрация, акустическое и тепловое излучение и т.д.) — все это может содержать диагностическую информацию. Диагностическое значение имеют не только значения параметров в данный момент времени, но и их изменение во времени (кинетика информативных параметров). Диагностические параметры могут быть универсальными и специальными. Примером универсальных диагностических параметров являются вибрации и шумы, возникающие при работе автомобиля. В общем случае каждая точка конструкции автомобиля имеет пространственное вибросмещение в виде наложенных элементарных гармонических колебаний с различной частотой и амплитудой. Причинами возникновения вибрационных перемещений могут быть циклические процессы при работе агрегатов автомобиля, собственные колебания элементов конструкции, дорожные воздействия и т.п. Вибрация элементов автомобиля, происходящая в результате рабочих процессов, собственные колебания, соударения и т.п., вызывают колебания окружающей среды (воздуха), т.е. служат источником акустических колебаний. Источником звукового шума являются также потоки воздуха при движении автомобиля, струи выхлопных газов и рабочей смеси, поступающей в двигатель. К универсальным диагностическим параметрам можно также отнести тепловые потоки, отражающиеся на температуре элементов автомобиля. Источниками тепловыделений могут быть рабочие процессы и трение в сопряжениях деталей. Существенной проблемой применения универсальных диагностических параметров является необходимость разработки методов отделения полезной информации о конкретном объекте от «шумов», присутствующих в регистрируемом сигнале. 156

Весьма информативными могут быть специальные диагностические параметры (компрессия двигателя, значения напряжений и токов в электрических цепях и т.п.), поскольку они по своей природе лучше выделяются на фоне других сигналов. В системах технической диагностики наиболее широко применяют следующие типы датчиков. Контроль перемещения элементов автомобиля осуществляют с помощью датчиков реостатного, индуктивного или конденсаторного типа. Измерение ускорений производят с помощью пьезоэлектрических датчиков. Скорости перемещений могут быть получены или при дифференцировании сигнала перемещений, или при интегрировании сигнала ускорений. Температуру обычно измеряют терморезисторами или термопарами, биметаллическими датчиками, в некоторых случаях могут быть использованы термокраски (вещества, меняющие цвет в зависимости от температуры). Механические напряжения в деталях контролируют тензорезисторами или магнитоупругими датчиками (используется эффект изменения магнитной проницаемости материалов в зависимости от механических напряжений), может использоваться метод лаковых покрытий. Накопление усталостных повреждений контролируют токовихревыми датчиками. Звуковое давление регистрируют пьезоэлектрическими, конденсаторными и другими микрофонами. Для выявления локальных источников звукового давления при диагностике автомобиля могут использоваться звуковые панели, содержащие большое количество определенным образом сориентированных относительно друг друга микрофонов. Расходомеры жидкости и газа могут быть весьма разнообразны по принципу работы: объемные, эжекторные, тепловые и др. Для регистрации выдаваемой датчиками информации используют приборы, основанные на разных принципах действия. При визуальном наблюдении сигналов часто применяют самописцы, сцарапывающие иглой белый слой на черной подложке бумажной ленты, шлейфовые или катодные осциллографы с запоминающим слоем. Могут использоваться стрелочные или цифровые приборы, световые или звуковые сигнализаторы. При необходимости дальнейших преобразовании аналоговых сигналов используют магнитографы. Сигналы в цифровом коде записывают в файлах компьютера. Поскольку при диагностике состояние объекта оценивается без его разборки, в качестве диагностических параметров у, должны выступать косвенные признаки, некоторым образом связанные с состоянием S. Для того чтобы диагностический параметр был информативным и обеспечивал достоверность диагноза, необходимо, чтобы он отвечал трем требованиям: был чувствительным, однозначным и стабильным. На рис. 9.1 показаны три варианта поведения диагностического параметра у, по мере изменения состояния S.

157

чувствительный диагностический параметр. Если при этом разброс показаний относительно небольшой, то такой диагностический параметр можно считать информативным и стабильным. Таким образом, при разработке системы диагностирования по величине J(y,) можно выбрать признаки, которые наилучшим образом подходят в качестве диагностических параметров.

9.3. Определение допустимого значения диагностического параметра Рис 9 1 Варианты изменения диагностического параметра от состояния контролируемого объекта / — параметр однозначный и чувствитетьныи, 2 — неоднозначный параметр, 3 — параметр однозначный, но нечувствительный

Параметры у\ и у^ — однозначные, поскольку каждому возможному состоянию соответствует одна вполне определенная величина признака. Параметру— неоднозначен, поскольку одно и то же значение признака у, может соответствовать двум (или более) состояниям S{ и ^з Сравнивая параметры у^ и у3 можно заметить, что при изменении состояния на величину AS изменение величины Дудля первого параметра больше, чем для третьего, т е. первый параметр более чувствительный Таким образом, из представленных на рис 9 1 параметров предпочтительным для диагностики является _у ь поскольку он однозначный и чувствительный. Стабильность диагностического параметра определяется вариацией его значений при многократных измерениях на объектах с одним и тем же состоянием Разброс значений параметра может быть выражен средним квадратическим отклонением, которое следует рассчитывать для заведомо исправного и неисправного состояний диагностируемого объекта Для оценки стабильности и информативности диагностического параметра можно использовать критерий

О, +0 2

где у\ и у2 — средние значения диагностических параметров соответственно для заведомо исправного и неисправного состояний объекта, о, и о2 — средние квадратические отклонения параметров соответственно заведомо исправных и неисправных диагностируемых объектов. Очевидно, что существенное отличие признаков исправного и неисправного состояния диагностируемого объекта может дать

158

После выбора диагностических параметров необходимо решить два важных вопроса' назначить периодичность диагностирования (как часто контролировать состояние объекта) и выбрать допустимое значение диагностического параметра, при достижении которого следует проводить профилактические работы по восстановлению состояния объекта. Решения обоих вопросов являются взаимосвязанными, поэтому чаще всего вначале задаются периодичностью диагностирования, а затем находят соответствующее значение допустимого значения диагностического параметра. При выделенной диагностике периодичность диагностирования целесообразно совмещать с плановыми ТО автомобиля При встроенной автоматической диагностике периодичность диагностирования может быть связана с пробегом автомобиля или, например, проводиться после каждого десятого пуска двигателя и т п. Различают три значения диагностического параметра' начальный диагностический параметр ун — величина диагностического параметра, соответствующая технически исправному (новому) объекту, предельный диагностический параметр у„ — величина диагностического параметра, соответствующая состоянию объекта, когда его эксплуатировать дальше нельзя (отказ) или экономически нецелесообразно; допустимый диагностический параметр ул — величина диагностического параметра, соответствующая состоянию, когда целесообразно провести профилактические работы по восстановлению объекта до начального состояния Рассмотрим идеальный вариант системы диагностирования, когда состояние объекта линейно зависит от его наработки, а диагностический параметр связан с состоянием также линейно (рис. 9 2) В силу стечения обстоятельств состояние возможной на практике совокупности объектов и каждого объекта в отдельности, может меняться с разной интенсивностью, поэтому наработка до предельного состояния объекта и соответствующего значения уп

159

является случайной величиной Выразим величину наработки до предельного состояния некоторым законом распределения вероятностей f(x). Если выбрать величину допустимого диагностического параметра ул, как показано на рис. 9.2, и проводить диагностику с периодичностью ха, то часть объектов с высокой интенсивностью изменения состояния к моменту первой диагностики будет иметь диагностический параметр выше уг Эти объекты по результатам диагностики будут направлены на профилактические работы, а остальные оставлены для дальнейшей эксплуатации. Некоторая часть объектов, прошедших первую диагностику, может достигнуть предельного состояния, т.е. отказать до момента второй диагностики. Вероятность отказов после первой диагностики q\ на рис. 9 2 выражается выделенной площадью под кривой плотности вероятностей Аналогичная ситуация может возникать при второй диагностике q2, третьей QT, и т.д. Общая вероятность отказов при назначенной величине допустимого диагностического параметра ул будет равна Q - q\ + q2 +
Рис. 9.3. Влияние величины допустимого диагностического параметра на периодичность профилактических работ

Полученные на основании рассмотренного идеального варианта диагностической системы выводы в принципе правильно отражают связь допустимого диагностического параметра с периодичностью диагностирования, вероятностью отказов диагностируемого объекта и количеством профилактических работ. Однако, на практике связь между наработкой автомобиля, его состоянием и значением диагностического параметра чаще всего нелинейная. В этом случае значение допустимого диагностического параметра можно находить следующим образом. Используя выбранный диагностический признак, обследуют две группы автомобилей: заведомо исправных (диагноз /),) и заведомо неисправных (диагноз D2). В данном случае имеется в виду контроль некоторого агрегата или системы автомобиля, не имеющего или имеющего конкретную неисправность. Результаты контроля из-за погрешностей измерений и неоднозначности проявления признака на разных автомобилях можно представить как две совокупности случайных величин, которые показаны на рис. 9.4 в виде двух законов распределения вероятностей. Выбирая значение допустимого диагностического параметра^, >д

будем иметь некоторую вероятность р2 = J f ( y / D 2 ) d y того, что о неисправные автомобили будут ошибочно признаны как годные. Ун

В то же время с вероятностью р\ = | f ( y / D \ ) d y исправные автоУл

Рис 9 2 Влияние величины допустимого диагностического параметра на вероятность отказа системы (при линейных связях) 160

мобили, случайно показавшие большие значения диагностического параметра, будут признаны негодными и направлены на про-

161

f(y/D2)

Отсюда можно найти требуемое соотношение плотностей вероятностей случайных величин измеряемого диагностического параметра для группы заведомо исправных и неисправных автомобилей и по этому соотношению соответствующее значение у°т • опт

/(л /А)_сотк-Спр f(yTlD2} С пр

Рис 9 4 Выбор допустимого диагностического параметра с учетом случайного разброса результатов диагностики филактические работы. В обоих случаях будет допущена ошибка диагностирования, которая повлечет за собой или отказ автомобиля в дорожных условиях, или напрасно проведенные профилактические работы. Если обозначить средние затраты, связанные с отказом автомобиля, как С отк , а затраты на проведение профилактических работ — С пр , то средние затраты от ошибки диагностирования можно найти как математическое ожидание C O I U = Спрр} + (Сотк- Спр)/?2. Подставим выражения вероятностей и получим Сош = Спр

OTK

-C np

Оптимальным значением допустимого диагностического параметра можно считать такое yR, при котором затраты от ошибок диагностирования будут наименьшими. Минимум затрат можно найти из условия = 0.

Очевидно, что производная от интеграла — это подъинтегральная функция с соответствующими значениями аргумента Если бы мы интегрировали выражение суммарных ошибок, то нашли бы некоторую функцию, в которую вначале поставили верхний предел интегрирования, а затем нижний предел Функция с нижним пределом записывается со знаком минус. В нашем случае следует учитывать, что при у -> 0 и у -»°°/(j>) -> 0 Таким образом «^-TIIII

162

s~\

Полученная формула справедлива при равной вероятности наблюдения диагнозов О, и D2. На практике неисправные автомобили могут встречаться гораздо реже, чем исправные (во всяком случае, при встроенной диагностике, когда каждый автомобиль имеет диагностическую систему и автоматически с некоторой периодичностью проходит диагностику) При выделенной диагностике, наоборот, к услугам диагноста будут прибегать водители при возникновении подозрений о неисправности их автомобиля и число неисправных автомобилей, проходящих диагностику, может оказаться больше, чем исправных автомобилей (следует напомнить, что здесь идет речь о конкретной неисправности, которая отражается рассматриваемым диагностическим параметром). С учетом вероятностей диагнозов P(D\) и P(D2), которые в сумме дают единицу, средние затраты от ошибок диагностирования [6]

После соответствующих преобразований получим окончательную формулу С О Т К -С Г Р P(D2) J \Уа

I "1)

^пр

Полученная формула выводилась из условия, что среднее значение диагностического параметра неисправных объектов больше среднего значения диагностических параметров исправных объектов Если параметры ведут себя иначе (например, мощность неисправного двигателя не увеличивается, а уменьшается), то формула должна быть соответствующим образом трансформирована

9.4. Постановка диагноза по комплексу диагностических параметров Из врачебной практики и опыта технической диагностики диагноз, как правило, ставится не по одному, а по нескольким признакам. При анализе совокупности симптомов у диагноста интуи-

163

тивно возникает «догадка» о наиболее вероятном диагнозе. Чем глубже знания и больше опыт диагноста, тем достовернее выдвигаемый им диагноз. При разработке системы автоматической диагностики необходимо располагать алгоритмом постановки диагноза, на основании которого может действовать некоторая схема (в общем случае — ЭВМ) [6] При изменении технического состояния автомобиля различные неисправности могут частично сопровождаться одинаковыми диагностическими параметрами. Например, негерметичность клапана поплавковой камеры карбюратора (О,) сопровождается повышенным расходом топлива — у\, большим содержанием углеводородов СхНу в выхлопных газах — у2, большим содержанием СО в выхлопных газах — д>3, загрязнением карбюратора — у4. Износ топливных жиклеров (D2) сопровождается повышенным расходом топлива — yi, большим содержанием C A H V в выхлопных газах — уъ большим содержанием СО в выхлопных газах — у3. Неправильная регулировка холостого хода (£> 3 ) сопровождается указанными ранее признаками yt, ..., у^ и неустойчивой работой двигателя на холостом ходу — у5. Описание диагнозов удобно свести в матрицу, обозначая наличие признака «1», а отсутствие — «О» (табл. 9 1). Говоря об отсутствии или наличии некоторого диагностического признака имеют в виду, что диагностический параметр меньше или больше выбранного в соответствии с подразд. 9.3 допустимого значения диагностического параметра уа (ведь работающий двигатель всегда имеет какой-то расход топлива, какую-то температуру и т.д.). На основании подобных матриц делались попытки создавать электрические приборы для автоматической постановки диагнозов, содержащие набор тумблеров (включателей) и сигнальных лампочек (по числу диагнозов). При соответствующем строке диагноза сочетании включенных и выключенных тумблеров в приборе зажигается лампочка данного диагноза. Однако на практике такие приборы оказались неработоспособны, что объясняется следующим образом. Т а б л и ц а 9.1 Матрица диагнозов

Результаты статистических испытаний

Диагноз

Вероятности диагностических параметров

Вероятность диагноза P(D,)

Ро,(У\)

Р0,(Уг)

Ро,(Уз)

PD,(yJ

Ро,(Уи)

1,0

0,8

0,9

1,0

0,2

0,05

£>2

0,9

0,7

0,9

0,0

0,2

0,10

D,

0,6

0,1

0,9

0,1

0,9

0,30

D4

0,1

9,1

0,0

0,1

0,0

0,55

л,

Как уже отмечалось ранее, контролируемые диагностические параметры имеют случайный разброс из-за ошибок измерения, случайного сочетания режимов работы разных элементов автомобиля и т.п. Поэтому наличие или отсутствие диагностического признака при определенном диагнозе D, не является достоверным событием («1» или «О»), а наблюдается с некоторой условной вероятностью Р0,(у}). Наблюдая за большой группой автомобилей можно установить, как часто встречаются интересующие нас диагнозы — P(D,), и с какой вероятностью при этих диагнозах встречаются принятые для разрабатываемой системы диагностические параметры — РдЛ.У/)Для определения вероятностей наблюдения различных признаков можно искусственно вносить в автомобиль интересующие нас неисправности (нарушать регулировки и т.п.). Пусть результаты статистических исследований по ранее рассматриваемому примеру будут представлены табл. 9.2. Поскольку используется вероятностный подход, то к трем рассматриваемым в табл. 9.1 диагнозам в табл. 9.2 прибавлен еще один, образующий полную группу событий, диагноз D4 — все остальное, т.е. все возможные другие неисправности. Поставим диагноз для автомобиля с комплексом признаков: двигатель перерасходует топливо — у\, большое содержание СХН} в выхлопных газах — у 2 , карбюратор грязный — у4, остальные диагностические параметры не наблюдаются, т.е.

Диагностические параметры

Диагнозы

164

Т а б л и ц а 9.2

У\

Уг

Уз

У4

У5

А

1

1

1

1

0

/>2

1

1

1

0

0

А

1

1

1

0

1

Здесь знаком «~» отмечены отсутствующие (ненаблюдаемые признаки) Расчет наиболее вероятного диагноза можно произвести по известной в теории вероятностей формуле Бейеса, рассмотрим ее типичный вывод.

165

Пусть в урне находится /V шаров, среди которых п} — пустотелые (из них и* — белые) и п2 — сплошные (из них п\ — белые); остальные пустотелые и сплошные шары — черные. Вероятность вынуть пустотелый шар (события А)

ЛГ Вероятность вынуть белый шар (события В) Р(В) =

п-.

N

Вероятность, что вынутый пустотелый шар окажется белым:

Вероятность, что вынутый белый шар окажется пустотелым: Рв(А) =

п\ +П2

Вероятность, что шар будет белым и пустотелым (совместное наблюдение двух событий определяется произведением вероятностей): Р(ВА) = Р(В)РВ(А) =

N

п\ + п2

N

.

Вероятность, что шар будет пустотелым и белым: N щ

где Pyj(D,') — вероятность D,-го диагноза при наблюдении у у -го параметра; P(D,) — вероятность Д-ro диагноза; PDl(yj) -•- вероятность наблюдения ys -го параметра при диагнозе D,; P(yj) — вероятность наблюдения у,-го параметра по всем диагнозам. Поясним записанную формулу наглядным примером. К врачу на прием пришел больной с высокой температурой. С какой вероятностью у больного грипп? Если в данный момент в городе наблюдается эпидемия гриппа, то вероятность этого диагноза велика. Если данный вирус не сопровождается высокой температурой, то это снижает вероятность постановки диагноза — грипп. Если в поликлинику практически все приходят с высокой температурой (знаменатель формулы велик), то это тоже снижает вероятность постановки диагноза — грипп. При постановке диагноза по комплексу признаков, формула будет записываться аналогично, но вместо единичного параметра У] будет рассматриваться комплекс параметров у*. Вероятность совместного наблюдения независимых признаков, составляющих анализируемый комплекс диагностических параметров, можно выразить произведением вероятностей наблюдения каждого параметра при рассматриваемом диагнозе РМ) =

Ро,(У1)Ро,(У2)Ро1(Уз).-Ро,(Уп)-

Если в комплексе некоторые признаки отсутствуют, то в произведение ставят вероятность отсутствия диагностического параметра Ро,(у^ = \- P D l ( y j ) . Вероятность наблюдения комплекса признаков по всем диагнозам определяют по формуле полной вероятности (как математическое ожидание)

N

Поскольку Р(ВА) = Р(АВ), можно записать Используя данные табл. 9.2, рассчитаем вероятности диагнозов для заданного ранее комплекса диагностических параметров У* ={У\,У2, Уз, У*, U}- В результате получим Ру. (Д) = 0,849.

отсюда формула Бейеса: Р(В)РВ(А) Р(А) Применительно к диагностике формулу Бейеса можно записать

166

Р(У]} '

Ру (D3) = 0,00477; Py(D4) = 0,146. На основе проведенных расчетов можно сказать, что для автомобиля с набором признаков, соответствующих заданному комплексу диагностических параметров, наиболее вероятным явля-

167

ется первый диагноз: негерметичен запорный клапан поплавковой камеры карбюратора. Практически невероятен износ жиклеров, мало вероятно, что у карбюратора не отрегулирована система холостого хода. Если первый диагноз не подтвердится при проверке карбюратора, то вторым по значимости будет четвертый диагноз: причина плохой работы двигателя кроется в чем-то другом. Естественно, что в реальных системах диагностирования подобные расчеты должны проводиться микропроцессорной схемой автоматически. Система диагностирования должна предусматривать процесс «обучения», т.е. корректирования матрицы вероятностей по мере накопления опытных данных. С этой целью в памяти ЭВМ следует хранить не только вероятности P(D,) и PDl(yj), но и общее число объектов N, по которым определялись вероятности диагнозов У(Д), а также N:J — число объектов с признаком У] при диагнозе Д. Если поступает новый объект с диагнозом Dk, то проводят корректировку прежних априорных вероятностей следующим обра-i зом:

yv + i После этого присваивается новое значение числу объектов = N+\. I Корректировку вероятностей признаков проводят только дляи строки с диагнозом Dk следующим образом:

борки узла или каким-либо другим образом, диагност вносит коррективы в диагностическую матрицу. В результате такой процедуры диагностическая система «обучается», «набирается опыта», что имитирует рост профессионального мастерства человека, занимающегося диагностированием.

9.5. Постановка диагноза по методу последовательного анализа Как правило, первым диагностом технического состояния автомобиля является его водитель, который в процессе эксплуатации автомобиля следит за возникающими шумами, вибрациями и другими проявлениями процессов функционирования агрегатов и систем автомобиля. После появления некоторого необычного признака внимание водителя сосредотачивается на техническом состоянии автомобиля и происходит накопление информации о частоте повторного появления того же признака или других признаков, которые могут выступать в качестве диагностических параметров. Профессиональный диагност также начинает проводить обследование автомобиля с наиболее информативных признаков, последовательно перебирая их, при необходимости многократно повторяя испытания до момента установления диагноза. Часто диагностика сводится к проверке гипотезы о состоянии некоторого объекта, которое выражается двумя диагнозами: D, — объект исправен, D2 — объект неисправен. Вероятности диагнозов отвечают очевидному условию: P(D\) + P(D2) = 1. При наблюдении комплекса признаков вероятность диагноза, как это было показано в подразд. 9.4, может быть выражена формулой Бейеса: Py.(D,) =

если признак у} у нового объекта отсутствует;

если признак у; у нового объекта присутствует. В этих расчетах Nkj — общее число объектов, по которым рассчитывалась вероятность наблюдения признака; nkj— число объектов, у которых признак у} наблюдался. Таким образом, после диагностирования очередного автомобиля и подтверждения фактического диагноза по результатам раз-

168

Р(Р,)Рр,(У'}

P(y) •'

Под комплексом признаков здесь понимается или последовательно получаемый набор различных диагностических параметров, или последовательность нескольких значений одного параметра, контролируемого в процессе диагностирования. Для распознавания состояний D, и D2 следует составить отношение вероятностей этих диагнозов при наблюдаемом комплексе диагностических параметров по формуле Бейеса. Поскольку Р(у*) является общей величиной для обоих диагнозов, отношение будет иметь вид P(D2)

169

Если полученное отношение больше единицы, то при наблюдаемом комплексе признаков для конкретного диагностируемого автомобиля более вероятен второй диагноз (D2), а если меньше единицы — то первый диагноз (£>,). Таким образом, второй диагноз принимается при условии

а первый диагноз — при условии

Обозначим вероятность ошибки первого рода а, а вероятность ошибки второго рода (3. Допустим, диагностируется неисправный объект по k < п диагностическим параметрам. В этом случае с вероятностью р ошибочно может быть принято решение о том, что объект исправен, а с вероятностью 1 - р будет принято справедливое решение о том, что объект неисправен (диагноз D2). Исправный объект (диагноз /),) с тем же комплексом признаков может считаться неисправным только с вероятностью а. Если вероятность диагноза D2 по крайней мере в А раз больше вероятности диагноза D\, т.е. выполняется условие

Рр\(У\)-Рр\(У»)

P(D2)'

В практике диагностирования анализ диагностических параметров обычно производят по мере их последовательного наблюдения и решение о выборе диагноза принимают, когда отношение вероятностей наблюдения признаков при диагнозах D2 и /), выходят за установленные границы принятия решений А и В (диагност-практик может и не знать рассматриваемой здесь теории вопроса, но если признаки неисправного состояния объекта встречаются гораздо чаще, чем признаки исправного состояния, то он, естественно, будет считать, что объект неисправен). Если отношение вероятностей находится в коридоре указанных границ, то для анализа привлекают новые диагностические параметры. Таким образом, условие принятия решения о диагнозе после анализа А: диагностических параметров А<

(9.1)

Можно предположить, что существует некоторое большое число п диагностических параметров, позволяющих достоверно определить состояние объекта (в медицине достоверные сведения о причинах смерти человека часто устанавливают только по результатам вскрытия тела умершего, а для автомобиля достоверные сведения о техническом состоянии агрегата можно получить после его разборки). Условно постановку диагноза по п признакам можно считать сплошным контролем, а постановку диагноза по k < п признакам — выборочным контролем. При выборочном контроле объективно существует вероятность принятия ошибочных решений (см. гл. 7). Одним вариантом ошибочного решения является «ложная тревога», когда исправный объект начинают считать неисправным, — это ошибка первого рода; другим вариантом является «пропуск цели», когда неисправный объект допускается к дальнейшей эксплуатации — это ошибка второго рода.

170

> А , то

следует предпочесть второй диагноз и считать, что объект неисправен. Теперь допустим, что диагностируется исправный объект по k< п диагностическим признакам. В этом случае решение о том, что объект исправен, принимается с вероятностью 1 - а. Вероятность, что при том же комплексе признаков исправным может быть признан неисправный объект, равна р. Если вероятность диагноза D2 по крайней мере в В раз меньше вероятности диагноза £),, т.е. выполняется условие

< В , то

следует предпочесть первый диагноз и считать, что объект исправен. С учетом приведенных рассуждений условие (9.1) принятия решения о диагнозе после анализа k диагностических параметров

III а

(9.2)

Если отношения вероятностей диагнозов не выходят за установленные пределы, то накопленной информации не хватает и следует продолжить сбор и анализ дополнительных диагностических параметров. Когда цена ошибок первого и второго рода примерно одинакова, то вероятности а и р могут быть приняты одинаковыми (например, а-= Р = 0,1). Если «пропуск цели», т.е. допуск к дальнейшей эксплуатации фактически неисправного автомобиля может принести издержки гораздо большие, чем ошибочное направление на профилактические работы исправного автомобиля, то следует принять р < а. В качестве примера рассмотрим процедуру оценки состояния амортизатора подвески автомобиля, оборудованного системой диагностирования, включающей микропроцессор (бортовой компьютер), датчики ускорений и необходимую согласующую аппа-

171

ратуру. Установленный в зоне подвески датчик (пьезокристалл с приклеенным к нему кубиком определенной массы) генерирует аналоговый электрический сигнал, пропорциональный вертикальным ускорениям, испытываемым автомобилем. Аналоговый сигнал с некоторым временным шагом преобразуется в цифровой сигнал, абсолютная величина которого является диагностическим параметром состояния амортизатора. При исправном амортизаторе датчик фиксирует меньшие ускорения, чем при неработающем амортизаторе. Поскольку сигнал датчика по своей природе является величиной непрерывной и зависит от многих факторов (скоростного режима, дорожного покрытия и т.д.), диагностический параметр можно рассматривать как случайную величину, распределенную по нормальному закону. Примем среднее значение сигнала при исправном амортизаторе У] , при неисправном амортизаторе — у2; дисперсии сигналов 2 of « С2 = <з у . Поскольку контролируемая величина непрерывно распределенная, вместо вероятностей признаков в формулу отношений можно подставить плотности вероятностей [4]. Напомним, что плотность распределения вероятностей для нормального закона /(*) =

1

(х-х)

-,_ г

Отношение экспонент будет выражаться также экспонентой, степень которой является разностью степеней числителя и знаменателя, т.е. для одного у,-го диагностического параметра получим отношение

/(и/А)

равном состоянии амортизатора, то исходное условие (9.1) с учетом выражения (9.3) будет иметь вид

Отсюда, с учетом значений граничных условий по выражению (9.2), получим окончательное условие принятия решения по результатам диагностирования по методу последовательного анализа

b\ +ak > ]Г у, > Ь2 + ak,

(9.4)

где b>=-^=

-а Процедура постановки диагноза по методу последовательного анализа может быть проиллюстрирована графиком, на котором по оси абсцисс откладывается число принимаемых для анализа диагностических параметров (в рассматриваемом примере — число измерений ускорения автомобиля), а по оси ординат — сумма измеренных параметров (рис. 9.5). Граничные условия по выражению (9.4) являются двумя параллельными прямыми, разделяющими график на три зоны: зона диагноза D, (амортизатор исправен), зона диагноза D2 (амортизатор неисправен) и зона «коридора», когда диагноз поставить нельзя и требуется продолжение испытаний. Если сумма измеренных сигналов ускорений нарастает быстро (как это показано на графике), точки выходят в зону диагноза D2, У2-У1

У2~У\

=

Для удобства записи отношения вероятностей для k диагности ческих параметров воспользуемся логарифмированием 2

2

(

- *-

л)

-|

J-

Раскрывая скобки и преобразуя, получим

In

-h±lLk .

(9.3)

Если при анализе k диагностических параметров нет достаточных оснований для принятия решения об исправном или неисп-

172

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 13

14 Число испытаний А;

Рис. 9.5. Пример графика постановки диагноза по методу последовательного анализа контролируемого параметра 173

после чего принимается решение о том, что амортизатор неисправен и процесс диагностирования может быть закончен. Для исправного амортизатора сумма измеренных сигналов будет нарастать медленно, и опытные точки пересекут граничную зону диагноза /)ь после этого диагностирование также может быть закончено. Представленный на рис. 9.5 график весьма условный, в реально действующей системе диагностирования для постановки диагноза потребуется существенно большее число измерений ускорения автомобиля. Отметим, что в формуле граничного условия Р < 1, а с учетом этого ширина «коридора» по 1-сс оси абсцисс равна \Ь\ + Ь2\ и тем больше, чем меньше величины а и р , характеризующие вероятность риска получить ошибочный диагноз. Чем меньше разница средних значений диагностических параметров у\ и у2 при заведомо исправном и несправном состояниях, соответственно, тем также ширина «коридора» больше. К такому же эффекту приводит и увеличение дисперсии измеряемого диагностического параметра. Большая ширина «коридора» приводит к необходимости увеличения количества контролируемых диагностических параметров. Все эти обстоятельства соответствуют интуитивным представлениям о процессе распознания диагнозов. Теперь рассмотрим пример использования метода последовательного анализа при постановке диагноза по качественно различным диагностическим параметрам. Требуется оценить наличие предельного износа цилиндропоршневой группы двигателя автомобиля, диагностическими параметрами которого являются: у} — снижение динамических показателей автомобиля; у2 — дымный выхлоп отработавших газов; j/з — снижение компрессии во всех цилиндрах; у4 — снижение компрессии только в некоторых цилиндрах; .У5 — прорыв отработавших газов в картер; уь — повышенный расход масла; у-, — повышенный расход топлива; у$ — затрудненный запуск двигателя; у<) — стуки при работе двигателя; у\о — легкое вращение коленчатого вала заводной рукояткой; у\ | — большой срок службы двигателя. При диагностике наличием диагностического параметра считается превышение контролируемого признака величины допустимого значения уа (в практике «ручного» диагностирования это может быть интуитивно представляемый диагностом уровень контролируемого сигнала, разделяющий исправное и неисправное состояние объекта).

Ь2 < О, так как

174

Принятые для рассмотрения диагностические параметры могут с некоторой вероятностью наблюдаться как для двигателей с предельным износом цилиндропоршневой группы (диагноз D2), так и для двигателей, не имеющих предельного износа цилиндропоршневой группы (диагноз D\). На величину вероятностей PD\(y,) и Рг>2(у,) влияет то, насколько часто рассматриваемый признак может наблюдаться при других состояниях (диагнозах) двигателя. Например, залегание поршневых колец влияет на угар масла и дымный выхлоп, как и предельный износ цилиндропоршневой группы. На диагностику поступил автомобиль с комплексом признаков: У\,У2, Уз, У4, У$, Уь, У7, Уя, Уч, У\п, У\ \ (в комплексе значком ~ отмечены отсутствующие, т.е. ненаблюдаемые признаки). Напомним, что Для принятия решения по формуле (9.2) примем вероятности ошибок первого и второго рода а = р = 0,01, тогда граничные условия

.

а

0,01

= 99

'

Р

1-ос

Q,oi 1-0,01

= 0,01.

Рассмотрим два варианта постановки диагноза методом последовательного анализа, начиная подсчет отношения вероятностей с у} (табл. 9.3) и с у п (табл. 9.4). Значения вероятностей наблюдения признаков при обоих диагнозах выбраны в примере условно. В таблицах расчет отношения вероятностей наблюдения признаков по диагнозам произведен путем последовательного перемножения отношений вероятностей по каждому проанализированному признаку. Для ненаблюдаемых у данного автомобиля признаков рассчитывается отношение вероятностей их отсутствия. Например, в комплексе признаков отсутствует признак у4 — снижение компрессии только в некоторых цилиндрах, тогда Рт(у4)

1-0,05

= 0,989.

По результатам расчетов в обоих вариантах последовательного анализа диагностических параметров выявляется диагноз D2, т.е. у двигателя имеется предельный износ цилиндропоршневой группы. Из табл. 9.3 следует, что процесс диагностирования, начатый с у}, может быть прекращен после анализа пятого диагностического параметра, когда отношение вероятностей превысит рассчитанное граничное условие. Если последовательный анализ признаков начинать с у ц (см. табл. 9.4), то граничное условие достигается только после анализа девяти признаков.

175

Таблица 93 I вариант расчета Признаки

Расчетное значение Р02(У>) РаАу,) Рт(У>) Pm(yk)

Вероятности признаков по диагнозам Рт(У.)

Р02(У,)

У\

0,05

0,10

2

Уг

0,03

0,09

6

УТ,

0,05

0,50

60

У4

0,05

0,06

59,3

У5

0,04

0,12

198 > 99

Уь

0,10

0,30

—

У!

0,10

0,15

—

>'н

0,08

0,09

—

агностической операции Т, на соответствующее значение отно-

У9

0,03

0,09

—

У\о

0,01

0,02

—

Т шения вероятностей. Полученные значения — следует расставить

У\\

0,20

0,40

—

а =

II вариант расчета Признаки

Расчетное значение Я0,(>'|) Рд,(л)

Вероятности признаков по диагнозам

Рт(у<}

РШ(^)

Рщ(У.)

Р02(У,)

У\\

0,20

0,40

2

У\о

0,01

0,02

1,98

Уч

0,03

0,09

5,94

УК

0,08

0,09

5,87

У!

0,10

0,15

8,81

Уь

0,10

0,30

26,44

У$

0,04

0,12

79,32

У*

0,05

0,06

98,48

Уз

0,05

0,50

984,8 > 99

Уг

0,03

0,09

—

У\

0,05

0,10

|

—

, а потом поделить время (трудоемкость) каждой ди-

";

Т а б л и ца 9 4

176

Таким образом, порядок последовательного анализа диагностических параметров может существенно влиять на результативность диагностики, требуя большего или меньшего числа используемых для анализа диагностических параметров. При этом следует понимать, что контроль различных диагностических параметров может весьма существенно отличаться по трудоемкости. Например, контроль компрессии во всех цилиндрах требует гораздо больше времени, чем контроль дымности выхлопа. С учетом этого опытный диагност интуитивно составляет оптимальный план диагностирования объекта. Для нахождения оптимальной последовательности диагностирования следует провести ранжирование диагностических признаков следующим образом. Вначале нужно определить отношения

в ряд, начиная с минимального значения по мере возрастания Полученный ряд у, и будет давать наиболее выгодную последовательность анализа диагностических признаков, позволяющую с меньшими затратами времени определять состояние диагностируемого объекта. Рассмотренный математический аппарат позволяет разрабатывать систему «машинной», т.е. автоматической диагностики технического состояния автомобиля, являясь основой алгоритма действий при постановке диагноза. Программа расчета (так же, как и в подразд. 9.4) должна предусматривать «самообучаемость», что достигается корректировкой вероятностей наблюдения признаков при диагнозах. Это достигается тем, что данные по каждому правильно или ошибочно продиагностированному автомобилю вносятся в исходную таблицу расчета вероятностей наблюдения признаков.

9.6. Условия эффективного применения диагностики в технической эксплуатации автомобилей Весьма разнообразные формы ТЭА, зависящие от принадлежности автомобиля, его назначения, режимов использования и т.д., можно свести к трем характерным видам: автомобили эксплуатируются в течение максимально возможного срока при выполнении минимальных объемов работ по ТО и Р. При резком ухудшении технического состояния они направляют177

ся в капитальный ремонт или утиль Этот метод экономически неоправдан и совершенно нежелателен в аспекте безопасности движения автомобилей, устанавливаются конкретные пробеги автомобилей, по истечении которых в плановом порядке проводятся определенные объемы работ по ТО всех основных систем автомобиля Этот метод до сих пор находит наиболее широкое применение в крупных АТП, руководствующихся Положением о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта, после определенного пробега в принудительном (плановом) порядке проводятся только контрольные операции и простейшие работы по содержанию автомобиля Регулировочные и другие операции ТО (так же, как и ремонтные работы) выполняются по потребности на основании результатов контроля (диагностики) Две последние формы организации ТЭА являются практически оправданными и, в некотором роде, конкурирующими Условие целесообразности применения диагностики в ТЭА можно выразить величиной удельных затрат следующим образом C0flTKQ ф С п р (1-(2) CD Сотк Сто •н 1 < 1 , X

°

D

-*ТО

где COTK — средняя стоимость отказа при использовании диагностики, Q — вероятность отказов автомобиля при наличии диагностики, Зс<£к — средняя наработка до отказа при наличии диагностики, С пр — средняя стоимость профилактических работ, ;спр — средняя наработка проведения профилактических работ, C f l — стоимость диагностических работ, XD— периодичность диагностирования, Сотк — средняя стоимость отказов при плановой системе ТО, хтк — средняя наработка до отказа при плановой системе ТО, Сто — стоимость ТО, хто — периодичность ТО Очевидным условием эффективности диагностики является существенное снижение вероятности отказов автомобиля, а также исключение излишних (ошибочных) профилактических работ, что достигается при хорошо отработанной системе диагностирования Нацеливая диагностику на контроль наиболее важных агрегатов и систем автомобиля, можно снизить стоимость отказов автомобиля Перспективным направлением снижения затрат на диагностику является разработка встроенной диагностики, позволяющей проводить частый контроль без простоев автомобиля Эффективность диагностики в большой степени зависит от коэффициента вариации наработки до предельного состояния элементов автомобиля При достаточно стабильных величинах этой наработки можно надежно прогнозировать момент наступления отказа и своевременно проводить плановые технические воздей178

ствия (ТО) Если отказы могут происходить в случайные непредсказуемые моменты, то роль диагностики существенно возрастает Контрольные вопросы

1 Что входит в систему диагностирования 7 По каким признакам системы могут быть классифицированы' 2 Каким требованиям должны отвечать косвенные признаки технического состояния автомобиля, выбираемые в качестве диагностических параметров 9 3 Как сказывается периодичность диагностирования и величина допустимого значения диагностического параметра на безотказность автомобиля в эксплуатации 9 4 Из каких соображений назначается допустимое значение диагностического параметра >>д9 5 Если некоторая неисправность (диагноз) встречается крайне редко, то как это скажется на допустимом значении диагностического па раметра9 6 Каким образом обеспечивается «обучение» системы автоматизированного диагностирования при постановке диагноза по комплексу признаков на основе формулы Бейеса9 7 В чем особенность постановки диагноза по методу последовательного анализа диагностических параметров9 8 Отчего возникают ошибки первого и второго рода при постановке диагноза по методу последовательного анализа диагностических параметров9 9 Как скажется уменьшение вероятностей ошибок первого и второго рода на процесс диагностирования по методу последовательного анализа диагностических параметров9 10 Всегда ли целесообразно использовать диагностирование автомобилей9 В каких случаях диагностика наиболее и наименее эффективна9

Г Л А В А 10 ОСНОВЫ ТЕОРИИ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

10.1. Основные понятия теории массового обслуживания Теория массового обслуживания (ТМО) — это сравнительно новое направление теории вероятностей, ее предметом изучения являются системы массового обслуживания (СМО), в которых заявки на обслуживание поступают в случайные моменты времени и время обслуживания является величиной случайной. Авторы многих работ по прикладным вопросам ТМО часто приводят готовые расчетные формулы, не показывая, как они были получены. Поскольку реальные процессы ТО являются очень сложными, а их вероятностная интерпретация — лишь приближенной моделью, специалисты обычно не могут с уверенностью использовать готовые формулы ТМО для своих конкретных задач. В то же время вывод многих формул ТМО не требует знаний, выходящих за рамки математической подготовки специалиста. Признаками СМО (заявки на обслуживание поступают в случайные моменты времени и время обслуживания случайно) обладают очень многие системы, которые можно классифицировать следующим образом [7, 34]: • по характеру случайных потоков: простейшие (пуассоновские, марковские); У с произвольными потоками (немарковские); • по характеру связи потока заявок с потоком обслуживании: разомкнутые (число заявок велико и не связано с обслуживанием, например, АЗС на автомобильной дороге); замкнутые (поток заявок связан с обслуживанием, например, АЗС в крупном АТП); • по числу каналов обслуживания — однородных по устройству и функциям участков, предназначенных для выполнения определенной работы: одноканальные; многоканальные; • по порядку прохождения каналов: однофазные; многофазные (заявки поочередно проходят несколько каналов); 180

• по характеру обслуживания: СМО с отказами (если заявка поступает в момент, когда все каналы заняты, то она уходит из системы не обслуженной); с очередями (если все каналы заняты, то вновь поступившая заявка встает в очередь, которая может быть ограниченной по числу заявок или времени ожидания, или неограниченной); СМО с приоритетами (разные заявки обслуживаются по разным организационным процедурам). Наиболее просто аналитически описываются СМО с простейшими потоками, когда число заявок, поступающих в систему в единицу времени, является случайной величиной, распределенной по закону Пуассона, а время обслуживания заявки описывается экспоненциальным законом распределения вероятностей. Располагая характеристиками СМО и зная интенсивности потоков заявок и обслуживании с помощью ТМО можно найти такие важные показатели функционирования СМО, как пропускная способность, вероятность различных состояний, величина средней очереди, время ожидания в очереди и т.д.

10.2. Описание СМО графами, обоснование установившегося режима СМО с дискретными состоянием и временем Во многих случаях состояние систем меняется непрерывно с большей или меньшей скоростью, однако, на практике часто принимаются во внимание только хорошо количественно различимые состояния, и это позволяет рассматривать изменение состояний как дискретное. Например, автомобиль может находиться в работоспособном состоянии или в состоянии отказа, работать или ремонтироваться и т. п. Изменение состояний может носить закономерный или случайный характер и происходить в строго определенный или любой произвольный момент времени. Случайный процесс изменения состояний в строго определенный и заранее известный момент называют процессом с дискретным временем (число пассажиров в автобусе всегда меняется только на остановках, когда открываются двери). Процесс, в котором состояние может изменяться в любой наперед неизвестный момент времени, называют случайным процессом с непрерывным временем. Большинство задач, связанных с ТО и Р автомобилей, базируются на случайных процессах с непрерывным временем, однако для формирования навыков решения задач ТМО целесообразно вначале рассмотреть случайный процесс с дискретным временем. 181

Например, в гараже имеется два компрессора для накачки колес. Возможные состояния: S0— оба компрессора исправны; 5, — один компрессор исправен, а другой неисправен; 52 — оба компрессора неисправны. Очевидно, состояния могут меняться в моменты использования компрессоров, поэтому будем считать, что это система с дискретным состоянием и дискретным временем Для большей наглядности изобразим систему графически, показывая стрелками возможные переходы состояний с указанием величин вероятностей таких переходов (рис. 10.1). Подобное показанному на рис 10 1 условное изображение состояний системы и их возможных переходов называют графом СМО. Из условия вероятности полной группы событии можно записать

Ро\ + Р\\ + Pi\ = 1, ... И Т.Д.,

так как сумма вероятностей всех возможных состояний равна единице. Полезно обратить внимание на то, что на графе принято состояние S\, когда один компрессор исправен, а другой неисправен. Здесь мы не учитываем, какой именно компрессор исправен, поскольку для обслуживания заявки (накачать колесо) это не имеет значения. Таким образом, описывая реальную систему графом, мы создаем модель с набором тех параметров, которые нас интересуют. Рассмотрим физическую модель восстанавливающейся системы. Это выпуклый тарельчатый диск, упруго закрепленный под потолком спортивного зала. В центре тарелки с обеих сторон на-

рисован кружок, на который может быть положена монетка. Рассмотрим два варианта закрепления тарелки: Рао выпуклостью вверх (вверх дном); выпуклостью вниз. Для обоих вариантов в кружок кладут монетку и снизу бросают в Рис 1 0 2 Простейшая восстанавливающаяся СМО тарелку мяч, стараясь выбить монетку из кружка. Возможны два состояния: S0 — монетка лежит в кружке; S, — монетка находится за пределами кружка Допустим, вероятность попадания в тарелку равна 0,3, тогда вероятность, что система не будет менять свое состояние при броске Рт = 0,7 Определим для первого варианта вероятность р0, что монетка будет оставаться в кружке. { 1}

после первого броска р 0 = 0,7; после второго броска

=0,7 0, 7 = 0,49 ; ( 3]

после третьего броска р 0 - Д^'АЮ = 0,343 и т.д. Очевидно, что рассматриваемый вариант является физической моделью невосстанавливающейся системы (монетка при колебаниях тарелки скатывается вниз и не возвращается в кружок) Для второго варианта кружок и монетка находятся в нижней части тарелки При попаданиях мячом в тарелку монетка будет выбрасываться из кружка, при повторных попаданиях монетка может сползти вниз и вновь попасть в кружок. Такую систему можно считать восстанавливающейся (рис. 10.2). Следует подчеркнуть, что это только модель, поскольку мы считаем, что монетка при попадании мяча перемещается только один раз Примем, что вероятность перехода рю = 0,8 и определим вероятности нахождения монетки в кружке после серии бросков, если вначале pQ = 1: после первого броска р^ = 1/?00 = 0,7, (р^ = 0,3); после второго броска ^2)=^|)роо + А ( ' ) Ао= 0, 7 0,7+0,3 0,8 = 0,73; после третьего броска р^ = р^2)рт + р{2)р]0 = 0,727 ;

Рис 10 1 Система массового обслуживания с указанием состояний и вероятностей их переходов Роо — вероятность, что при использовании компрессоров они останется в исправном состоянии, ра] — вероятность, что один компрессор откажет, pto— вероятность того, что отказавший компрессор будет восстановлен, р^— вероятность, что откаж>т оба компрессора, р 2 2 — вероятность, что компрессоры останутся в неисправном состоянии

182

после четвертого броска р^ = 0, 7245 и т.д. после л-го броска р(0"} =0.72727272. . Из анализа полученных значений можно сделать вывод о том, что вначале функционирования восстанавливающейся системы наблюдается значительное «раскачивание» вероятностей состояний, которые со временем стабилизируются.

183

10.3. Определение вероятностей состояний системы с дискретным состоянием и непрерывным временем. Формула Эрланга Для восстанавливающейся системы с непрерывным временем переход системы из состояния в состояние происходит в случайные моменты времени, которые заранее точно указать невозможно. Например, диспетчер автовокзала дает справки по телефону. Если телефон диспетчера занят, то клиент получает отказ, если свободен, то принимается на обслуживание. С позиции ТМО рассматриваемый пример является системой, которая может находиться в двух состояниях. S0 — диспетчер свободен, и заявка клиента может быть принята на обслуживание; S\ — диспетчер занят обслуживанием заявки, и вновь поступающая заявка получает отказ. Граф СМО можно представить такой же схемой, как и в ранее рассмотренном примере, когда переходы состояний происходили в дискретные моменты времени (см рис. 10 2). Для системы с непрерывным временем вероятности перехода состояний будут иметь конечное значение только при рассмотрении системы на протяжении некоторого конечного времени АЛ Определим вероятность того, что диспетчер будет свободен в момент времени t + At, для чего, так же, как и в ранее рассмотренном примере, можно записать

Время обслуживания заявок является случайной величиной, распределенной по экспоненциальному закону (F(x) = 1 -e - M J f ). Вероятность, что фактическое время обслуживания заявки окажется меньше рассматриваемого промежутка времени: _ 1 _ р ЦДГ

Подставим полученные выражения вероятностей переходов системы в формулу искомой вероятности: />„(/ + А/) = />0(0е м' +

- е "д').

Преобразуем степенные выражения, используя известную формулу: ,

.

X

X2

X3

X4

X"

ех =\ + — + — + — + — + + — . 1 2> 3' 4! я'

Учитывая, что мы рассматриваем малый промежуток времени, и факториал в знаменателе нарастает очень быстро, можно пренебречь малыми величинами и записать приближенно:

Подставим эти выражения в полученную формулу искомой вероятности:

P0(t + A/) = />0(0/'оо(АО + /NOW),

Pv(t + А/) = P0(t)(l - АЛО + P}(t)\iAt.

где P0(t) — вероятность, что диспетчер свободен в момент времени t, Poo(At) — вероятность, что за время At заявка не поступит и диспетчер останется свободным; P\(t) — вероятность, что к моменту времени t диспетчер может быть занят; P\o(At) — вероятность, что за время At диспетчер закончит обслуживание заявки и освободится. Обозначим интенсивность потока заявок (число заявок в единицу времени) Я,, а интенсивность потока обслуживании — ц. Число заявок, поступающих на обслуживание, является случайной величиной, распределенной по закону Пуассона

Раскроем скобки и перепишем полученное выражение следующим образом:

х

В нашем случае среднее число заявок, поступающих за рассматриваемый промежуток времени, а = ХДГ . Вероятность, что не поступит ни одной заявки О!

184

At

В левой части равенства мы видим отношение прироста вероятности к приросту времени; если At -> 0, то это производная вероятности свободного состояния системы по времени (скорость изменения вероятности).

Данную формулу Эрланг вывел в 1907 г и тем самым положил начало ТМО. Как было показано в подразд. 10.2, восстанавливающиеся системы имеют переменные значения вероятностей только в начале функционирования, а затем вероятности приходят к установившемуся режиму, когда скорости изменения вероятностей становятся равными нулю. При установившемся режиме дифференциальное уравнение Эрланга превращается в алгебраическое

185

уравнение: -А.Р0 + \лР1 = 0 Для нахождения двух неизвестных вероятностей следует воспользоваться еще одним условием: />о+Л=1.

Колмогоров обобщил подход Эрланга и обосновал возможность описания СМО непосредственно по графу, на котором вместо вероятностей переходов указывают интенсивности потоков, по мнемоническому правилу «сколько вытекает, столько и втекает». Уравнения, описывающие СМО, называют уравнениями Эрланга—Колмогорова, или Эрланга. Граф СМО для примера с диспетчером автовокзала показан на рис. 10.3. По предложенному правилу поочередно рассматривают все состояния. Производную вероятности состояния приравнивают сумме произведений интенсивности потока на вероятность состояния. Если стрелка «вытекает» из значка состояния, то перед произведением ставят знак «минус», а если «втекает», то знак «плюс». Для описания установившихся режимов вместо производной сразу можно писать ноль. Рис. 10 3 Одноканальная СМО с отказами

10.4. Примеры анализа эффективности систем массового обслуживания

10.4.2. Многоканальная СМО с отказами Если в системе имеется несколько равнозначных постов (каналов) обслуживания, которые могут принимать поступающие в систему в случайные моменты времени заявки, то такая система — многоканальная. Если при занятых каналах заявки будут уходить из системы не обслуженными, то это СМО с отказами. Граф СМО с я каналами показан на рис. 10.4, где S0 — заявок нет, все каналы 1 свободны; 5 !, ..., 5„ — 1, ..., п каналов заняты; А — интенсивность потока заявок, аи, — интенсивность потока обслуживания одним каналом. Естественно, что если одновременно работают несколько каналов, то скорость обслуживания пропорционально возрастает. Уравнения Эрланга при установившемся режиме для SQ

+ Wi = О, отсюда Р\ =~Ро = где — = а — относительная интенсивность случайных потоков. Для следующего состояния можно записать: -Ар, + 2и/>2 = 0 ,

10.4.1. Одноканальная СМО с отказами Пример. Диспетчер автовокзала обслуживает по телефону поток заявок с интенсивностью А = 0,8 мин ' Если среднее время обслуживания одной заявки составляет I мин, то интенсивность потока обслуживания ц= I мин ' Необходимо установить, сколько заявок обслужит диспетчер за один час. Р е ш е н и е . Уравнения Эрланга для установившегося режима (см. рис ЮЗ)

2

а Рг = -~-

далее можно записать: -А/?2 + и/73 = 0 и

-Аи)

= О,

/>,=!

Отсюда можно выразить вероятности состояний СМО Ро =

1 = 0,555, 0,8 + 1

= 1-й) =0,445

3 2

Очевидно, что вероятность любого состояния

а

Pk = -ГТ

Заявка принимается на обслуживание только тогда, когда диспетчер свободен, если диспетчер занят, то заявка получает отказ и уходит из системы необслуженной Относительная пропускная способность СМО q = pu = 0,555 Абсолютная пропускная способность СМО Л = <$. = 0,555 -0, 8 = = 0,444 мин ' Таким образом, за один час диспетчер обслужит N = 60/4 = = 60 0,444 = 26,64 заявки 186

отсюда

kl

и

а

Рп = — Г Ро •

n\

Рис. 10 4 Многоканальная СМО с отказами 187

Как видно из полученных формул, все вероятности СМО выражаются через вероятность свободного состояния, которую можно найти из условия р0 + р\ + р2 + ... + р„ = 1. Подставляя в сумму выражения вероятностей и вынося за скобку общий множитель, можно записать

Очереди нет

2ц

Очередь

Зц

n[i

\i

n

ид

пц

пц

Рис. 10.5. Многоканальная СМО с очередью Теперь, зная р0, можно определить вероятность любого состояния СМО. Пример. На автовокзале справки по телефону дают два диспетчера (телефоны работают по принципу справочной службы «09»). Интенсивность потока заявок Х = 0,8, интенсивность потока обслуживании ц = 1 (как в ранее рассмотренном примере). Требуется оценить пропускную способность системы. Р е ш е н и е . Находим относительную интенсивность потоков а= 0,8 и вероятности

1

Ро =• а+

Р]

11 + 0, п 8в +

82

°'2 2 ' =а № =0,8 0,472 = 0,378;

=0,1 50.

Отсюда вероятность отказа СМО (клиент не может дозвониться до диспетчера), примерно равна 0,15; относительная пропускная способность СМО q - />о + р\ = I - PI = 0,85; число клиентов, обслуживаемых в течение 1 ч, N = Kg • 60 = 0,8 • 0,85 • 60 = 40,8. Сравнивая с ранее рассмотренным примером одноканальной СМО, можно видеть, что увеличение числа каналов вдвое привело к увеличению пропускной способности только в 1,53 раза. Расхождение результата с интуитивным восприятием ситуации объясняется тем, что мы рассматривали СМО с отказами, в реальной жизни мы чаще сталкиваемся с системами, в которых могут быть очереди.

Вероятности состояний при отсутствии очереди выражаются

ex так же, как в подразд. 10.4.2: pk = — p Q . Для определения вероятk\ ностей состояний при наличии очереди запишем уравнения: -\р„ + n\ipn+[ = 0, откуда pn+t = -рп; п -Кр„+] +пцрп+2 =0, откуда рп+2 =-/»„+, =\~\ р„; ... ; п п

а} а" а Рп+, =\-\Pa=—f\(п) п\(п Для определения РО воспользуемся условием, что р$+р\ + ... + р„+т= = 1, тогда

1

Ро =

Вторая сумма в знаменателе является суммой геометрической прогрессии, которая выражается известной формулой

10.4.3. Многоканальные СМО с очередью В большинстве реальных систем массового обслуживания заявка, прибывшая в момент, когда все каналы заняты, становится в очередь и дожидается освобождения канала обслуживания. Порядок организации очередей может быть различным, мы остановимся на наиболее типичном «первый пришел, первый обслужился». На рис. 10.5 показан граф СМО, имеющей п каналов и т мест для очереди — если очередь не ограничена, то т -»°°.

188

В нашем случае всегда а = — < 1, а число мест в очереди обычп но не ограничено: т -» °° и

k

" i IX n

\

п" ОС

(ЮЛ)

n\(n-a)

189

Зная вероятность свободного состояния, можно найти все другие вероятности, после чего можно найти величину средней очереди 7 как математическое ожидание (напомним, что х - £ х / А ) :

^ Средняя очередь г_ = - - — = 2,84.

г = I/VH + 2р„+2 + 3/>и+3 + • • • + тр„+т. a"(a^ ,a"(af -а"(сс = 1— - А > + 2 — - А>+3-7 -

п\\п

п\ \ п

п\\ п

~ - 2,84 . г г Среднее время ожидания в очереди tr = — — = 3,55 мин. 0, 8 Среднее время пребывания автомобиля на АЗС будет складываться из среднего времени обслуживания и ожидания, что составит 2 + 3,55 = = 5,55 мин.

a" a

ч3

t

~п\\~п

Вынесем за скобку общий множитель и перепишем

_ _ а и+1 -Ро

п

п

П\П

— I + '

п

а т — п

\rn-l

Анализируя коэффициенты и степени слагаемых в скобке, можно заметить, что это производные геометрической прогрессии. Взяв производную от формулы суммы геометрической прогрессии с учетом того, что — < 1 и т -> °°, получим в окончательном виде

п

формулу средней очереди a

"+tp°

r=

i M1 п\п\

а

,.

(Ю.2)

Зная среднюю очередь, легко найти среднее время ожидания в очереди — время, которое требуется, чтобы «набежала» средняя очередь:

Рассмотрим применение выведенных формул на примерах. Пример 1. Автозаправочная станция с двумя колонками (п = 2) обслуживает поток автомобилей интенсивностью А. = 0,8 мин" 1 . Среднее время 1 заправки одного автомобиля — 2 мин (ц = 0,5 мин" )- Требуется определить среднее время пребывания автомобиля на АЗС. Р е ш е н и е . Оценим рассматриваемую СМО на предельное состояние сравнением интенсивностей потока заявок и потока обслуживании, который будет делиться на две колонки, их общая пропускная способность 2ц = 2 • 0,5 = 1 > 0,8, значит, очереди будут иметь конечную величину. Относительная интенсивность потоков а = 1,6, вероятность свободного состояния а

190

0,5а

Вероятность, что на АЗС будут находиться 2 автомобиля р2 = 0,142. Вероятность, что не будет очереди р0 + р\ + р2 = 0,1 1 1 + 0,178 + 0,142 = = 0,431.

1,6 + 1,28 + 5,12]'' =0,111.

Пример 2. В крупном АТП в течение рабочей смены (продолжительность смены /см = 7 ч) в среднем требуется устранение отказов 20 автомобилей. Среднее время ремонта автомобиля ТР = 1,4 ч. Простой одного автомобиля в ожидании ремонта обходится предприятию С = 375 руб. /ч, а заработная плата одного ремонтного рабочего С р = 75 руб./ч. Требуется определить количество рабочих «, при котором общие затраты предприятия от простоя автомобилей в ожидании ремонта и на заработную плату рабочих были бы минимальны. Р е ш е н и е . Если среднее число автомобилей, ожидающих ремонта, обозначить 7 , то общие затраты С0 будут выражены как С 0 = С г + Срп. Рассмотрим два варианта организации работы ремонтных рабочих: индивидуальная работа — только один рабочий занимается ремонтом конкретного автомобиля; бригадная организация работ — все рабочие единой бригадой участвуют в работе. Поскольку по принятому условию задачи автотранспортное предприятие крупное (число автомобилей 500 и более), связь между потоком заявок на ремонт и потоком обслуживании практически не будет проявляться. Так как все автомобили обязательно будут обслужены, можно считать очередь заявок в СМО не ограниченной. В первом варианте будем иметь многоканальную СМО с интенсивностью потока обслуживании каналом д, = 1/7р. При интенсивности потока заявок X, равной отношению числа отказов в смену на продолжительность смены, относительная интенсивность потоков будет равна Л 20-1,4 . а = — = — -^- = 4. Для определения вероятности свободного состояния системы р0 воспользуемся формулой (10.1), а расчет числа автомобилей, простаивающих в очереди, будем производить по формуле (10.2). Учитывая, что СМО может успешно функционировать только в том случае, когда общая интенсивность потока обслуживании больше интенсивности потока заявок, начнем расчет с числа п = 5. Результаты расчета сведены в табл. 10.1. Из табл. 10.1 следует, что для предприятия наименьшее значение общих затрат от простоя автомобилей в ожидании ремонта и расходов на заработную плату С0 = 592 достигается при числе рабочих п = 7.

191

Т а б л и ц а 10.1 Расчеты общих затрат предприятия С„ в зависимости от числа ремонтных рабочих (многоканальная СМО) Показатели

Число ремонтных рабочих п 5

6

7

8

Ро

0,013

0,017

0,0178

0,0182

7

2,218

0,579

0,180

0,059

С0, руб./ч

1 207

667

592

622

Проведем аналогичные расчеты для второго варианта организации работы ремонтных рабочих. Если все рабочие работают как единая бригада, то мы будем иметь дело с одноканальной СМО, для которой интенсивность потока обслуживании будет равна \а = ли. Относительная интенсивность случайных потоков будет равна ос =

20 1,4 _ 4 In п

Рассматривая одноканальную СМО с неограниченной очередью, как частный случай многоканальной СМО, испольвуя те же приемы, которые использовались при выводе формул (10.1) и (10.2) можно получить выражения вероятности свободного состояния системы /7 0 = 1 -а и средней очереди автомобилей, ожидающих ремонта: _ а г =• 1-а

Результаты расчетов приведены в табл. 10.2. Из табл. 10.2 следует, что для предприятия наименьшее значение общих затрат от простоя автомобилей в ожидании ремонта и расходов на заработную плату С0 = 516 достигается при количестве рабочих в бригаде я = 6.

Т а б л и ц а 10.2 Расчеты общих затрат предприятия С„ в зависимости от числа ремонтных рабочих (одноканальная СМО) Показатели

Число ремонтных рабочих п 5

6

7

8

Ро

0.200

0,333

0,428

0,500

г

1,31

0,175

0,026

0,004

С0, руб./ч

866

516

534

601

192

Таким образом, при бригадной форме организации труда ремонтных рабочих требуется на одного рабочего меньше, чем при индивидуальной форме организации труда, а общие затраты предприятия от простоя автомобилей и на заработную плату при бригадной форме организации труда составляют 87 % от оптимальных затрат, достигаемых при индивидуальной форме организации труда рабочих. В реальных условиях на рассматриваемую математическую модель будут накладываться дополнительные условия (например, если в зоне ремонта находится только один автомобиль, то вряд ли все рабочие бригады смогут одновременно участвовать в работе). Тем не менее, проведенные расчеты позволяют оценивать наиболее приемлемые решения по организации работ в зоне ТР автомобилей. Для сравнения, если, не зная ТМО, произвести расчет числа рабочих по методу средних, то число рабочих должно быть следующим. При средней трудоемкости ремонта одного автомобиля 1,4 ч один рабочий за смену (7 ч) может отремонтировать 5 автомобилей, а если в смену поступает 20 автомобилей, то число рабочих должно быть п = 4. Очевидно, при таком числе рабочих будут возникать большие очереди автомобилей, ожидающих ремонта, что приведет к большим издержкам предприятия (для лучшего понимания сути решаемой задачи можно попытаться представить себе, что было бы, если число пожарных назначалось только исходя из среднего времени тушения пожара).

10.4.4. Замкнутые СМО В практике эксплуатации автомобилей часто встречаются СМО, в которых обслуживание оказывает непосредственное влияние на поток заявок. Например, в не очень крупном АТП имеется N автомобилей, которые ремонтируются п ремонтными рабочими. Потребность в ремонте у каждого автомобиля возникает в случайные моменты времени с интенсивностью X, производительность (пропускная способность) одного рабочего пусть будет и.,. Труд рабочих может быть организован по-разному. Если каждый рабочий работает индивидуально, то мы будем иметь дело с многоканальной СМО (число каналов п равно числу рабочих). Если рабочие работают в единой бригаде, то можно считать, что СМО одноканальная, а интенсивность потока обслуживании Ц = «М-|. Когда все автомобили исправны и работают, то суммарный поток отказов (заявок на ремонт) будет равен N'k, если один автомобиль откажет, то в работоспособном состоянии останется меньшее число автомобилей и поток заявок станет равным (N - 1)^.. Граф одноканальной замкнутой СМО показан на рис. 10.6. 193

И

Ц

ц

Ц

Величина средней очереди в этом случае г = w-(\-pG). Среднее время ожидания в очереди можно найти делением значения средней очереди на среднюю интенсивность потока отказов X = (N - w)k , тогда

Ц

Рис. 10.6. Одноканальная замкнутая СМО

7r ^

Выразим вероятности состояний с помощью уравнений Эрланга: -NXp0 + ц/?, = 0, отсюда р{ = - р0 = Nap0; Ц /дг V

1\Ti., /

г\

-)- im,

_ V / V -1;л

П

-(N -2)X/>2 + № = 0,

_

2

.

ц л

= N(N -\)(N -2)a?po;

Пример. В АТП планируется приобрести 50 автомобилей с газобаллонной системой питания и принять на работу специалиста по обслуживанию таких систем. Оценить показатели функционирования СМО, если известно, что необходимость обслуживания системы возникает, в среднем, через 4500 км, средний суточный пробег автомобилей составляет 150 км, среднее время на обслуживание (ремонт) системы — 0,5 ч, продолжительность рабочей смены 7 ч. Р е ш е н и е . Зная наработку на отказ и суточный пробег, можно найти, через сколько дней системы будут отказывать (4500/150 = 30) и, с учетом продолжительности рабочей смены, найти интенсивность потока отказов Х, =

Используя условие р0 + р\ + PI + ••• + PN = ', найдем вероятность/^

Непосредственный счет знаменателя по этой формуле невозможен, поскольку факториал нарастает очень быстро, а величина а*, при а< 1, быстро уменьшается. Выражение можно преобразовать, поочередно вынося за скобки общие множители: 1

Ро =

(10.3)

sO,005 ч~'. Интенсивность потока обслуживании со-

ставит ц = 2 ч~', относительная интенсивность потоков а= 0,0025. По выведенной формуле (10.3) определим вероятность свободного состояния рабочего р0 = 0,875, а затем найдем значения других вероятностей: Pl = Nap0 = 0,109, pi = (N- 1)ар, = 0,0134, Л = 0,0016, р4 = 0,00018 и т.д. Зная вероятности, находим среднее число неисправных автомобилей w = 0,109 + 0,0268 + 0,0048 + 0,0007 + 0,00001 =0,\5. Средняя очередь автомобилей, ожидающих ремонта системы питания: г =w- (1-й)) = 0,15 -0,125 = 0,025. Среднее время ожидания в очереди г

Среднее число неисправных автомобилей можно найти как математическое ожидание w = \р\ +2р2

NpN.

Для определения среднего числа автомобилей в очереди будем рассуждать следующим образом. Общее число неисправных автомобилей w складывается из числа автомобилей в очереди г и числа автомобилей, находящихся в ремонте z . Если бригада ремонтных рабочих небольшая по численности, им работать вместе удобнее, т.е. когда они заняты, то ремонтируют один автомобиль. Отсюда среднее число ремонтируемых автомобилей найдем как математическое ожидание

194

0,025 = 0,1 ч. (50-0,15)0,005

Таким образом, мы оценили основные показатели функционирования СМО, зная которые можно определять оптимальное число каналов (рабочих) из условия минимума потерь от простоев автомобилей и затрат на заработную плату рабочим.

10.4.5. Многофазные СМО В практике ТЭА широко используется поточное (многофазное) ТО, когда автомобиль последовательно передается с поста на пост. Поскольку время ТО в каждой фазе является величиной случайной, прохождение автомобиля, или заявки (требования), через всю систему ТО будет носить вероятностный характер.

195

Ц2

Ц2

Ц2

Рис. 10 7 Двухфазная СМО с отказами

Рассмотрим простейший вариант многофазной СМО на примере линии для мойки автомобилей, включающей посты для подкапотной и наружной мойки. Интенсивность потоков обслуживании на первом посту — ц,, на втором посту — ц 2 . Характерной особенностью рассматриваемой СМО является то, что очередь не разрешается, т.е. если первый пост занят, то вновь поступившая заявка уходит не обслуженной Граф состояний и переходов (рис. 10.7) построен на основе следующих рассуждений. Из состояния Sm, когда обе фазы свободны, СМО за счет потока заявок с интенсивностью А. может быть переведена в состояние 510, т.е. в СМО поступит заявка, и в первой фазе начнется обслуживание. С интенсивностью Ц| заявка может быть переведена в состояние Sm. После этого в СМО с интенсивностью X может поступить вторая заявка на освободившееся место в первой фазе (состояние 5М). Обслужив первую заявку во второй фазе с интенсивностью ц 2 , СМО прейдет в состояние Если новая (вторая) заявка не поступит в СМО, когда она находится в состоянии 5ОЬ то СМО с интенсивностью и 2 перейдет в состояние Sm. Из состояния 3ц, когда обе фазы заняты и работают, возможен переход еще в одно состояние 51,*, , когда в первой фазе обслуживание закончено, а вторая еще занята, т.е. это состояние вынужденного простоя первой фазы. Переход из Sn в 5,*, будет происходить с интенсивностью ц.,, а из 5,', с интенсивностью ц2 — в состояние S 0 i> т.е. как только вторая фаза освободится, она сразу же примет новую заявку из первой фазы. Записывая для установившегося режима уравнения Эрланга и решая их, можно определить вероятности состояний. Практический интерес представляет пропускная способность СМО. Поскольку заявки принимаются на обслуживание только в двух случаях, когда обе фазы свободны и когда свободна первая фаза, а вторая фаза занята, то относительная пропускная способность = Роо + Аи =

196

Абсолютная пропускная способность пропорциональна интенсивности потока заявок А = qk. Интересно проанализировать, как сказывается на пропускную способность СМО соотношение производительностей ее фаз (постов) при условии ц, + ц.2 - const. Результаты расчетов по условному примеру приведены на рис. 10.8. Из графика видно, что уменьшение интенсивности потока заявок увеличивает относительную пропускную способность, поскольку СМО становится менее загруженной (абсолютная пропускная способность, естественно, становится меньше). Примечательно, что максимальная пропускная способность двухфазной СМО с отказами может быть достигнута, когда интенсивность потока обслуживании в первой фазе выше интенсивности обслуживания во второй фазе. Чем меньше поток заявок, тем больше должна быть разница в производительности постов. Если СМО допускает неограниченную очередь, то максимальная пропускная способность достигается при \л\ = и,2 = ц. Максимальная интенсивность потока заявок, который может пропустить СМО, при двух фазах равна 0,6666ц, при трех фазах — 0,5641ц, при четырех фазах — 0,5115ц [7, 22]. Из проведенного анализа следует, что по мере увеличения числа фаз пропускная способность СМО падает. Если в первой фазе очереди не ограничены, то пропускная способность всех фаз должна быть равной, а если имеются ограничения очереди, то первая фаза должна иметь большую пропускную способность, чем последующие фазы. В практике ТЭА делалось немало попыток организовать ТО и Р автомобилей по типу заводского конвейера, однако все они были нежизнеспособны. Это объясняется именно тем, что при ремонте разных автомобилей затрачивается различное (случайное) время, т.е. мы имеем дело с СМО, которая характеризуется рассмотренными здесь особенностями.

Рис. 10 8. Характер изменения пропускной способности двухфазной СМО в зависимости от соотношения пропускных способностей фаз 197

10.5. Оценка надежности автомобиля как сложной восстанавливаемой системы Автомобиль состоит из большого числа элементов, отказ которых в процессе эксплуатации устраняют текущим ремонтом. Поочередно в случайные моменты времени автомобиль из исправного состояния (50) может переходить в состояние отказа первого элемента (S1,) или второго элемента и т.д. вплоть до 5„. Время простоя в текущем ремонте также является случайной величиной, зависящей от характера повреждений элемента, наличия запасных частей и т.п. Если принять поток отказов и восстановлений простейшими, то автомобиль можно рассматривать как СМО, показанную на рис. 10.9. Для установившегося режима граф СМО можно описать уравнениями:

А) А,,

= 0;

где То — средняя наработка (время) на отказ автомобиля; ТР — среднее время простоя в ремонте автомобиля. Т а б л и ц а 10.3

= 0;

п = 0; А> + Р\

Расчет вероятностей состояний автомобиля

р„ =1.

Решая систему уравнений, можно выразить вероятности всех состояний:

= д , , ...; Рп = А , ; Интенсивность потоков восстановлений элементов определяется величиной, обратной среднему времени простоя в ремонте. Интенсивность потока отказов аналогично можно выразить через среднее время отказов элементов, определяемое делением среднего ресурса на среднюю скорость автомобиля, которая представляет собой отношение среднесуточного пробега к среднему времени в наряде. Пример. Рассчитать вероятности состояний автомобиля при известных средних наработках на отказ его систем и средних значений времени простоя в ремонте (табл. 10.3). Известен среднесуточный проРис. 10.9. Граф автомобиля бег автомобиля — 240 км, время в нарякак сложной восстанавли- де — 8 ч, отсюда средняя скорость автоваемой системы мобиля — 30 км/ч.

198

Р е ш е н и е . Вначале определяем интенсивности потоков отказов и восстановлений систем автомобиля, зная которые по выведенной формуле находим вероятность состояния, когда автомобиль исправен р0 = 0,969, а затем вероятности неисправных состояний по системам. Из анализа вероятностей состояний систем можно считать, что наименее надежным в рассматриваемом примере является двигатель, затем кузов и кабина. Вероятности простоя автомобиля из-за неисправностей рулевого управления и тормозной системы наименьшие. Найденную на основе ТМО вероятность исправного состояния автомобиля можно интерпретировать как коэффициент технической готовности автомобиля, широко применяемый в практике ТЭА. Применительно к решаемой задаче коэффициент технической готовности будет учитывать только простои в текущем ремонте:

Автомобильные системы, агрегаты

Наработка на отказ, тыс. км

Среднее время ремонта, ч

Интенсивности потоков Х„ ч- 1

Н;>

Ч

Вероятности состояний р, '

Двигатель

ПО

39

0,271 • Ю-

0,025

0,01

Коробка передач

по

8,5

0,272- 10^3

0,117

0,002

Ведущий мост

95

11

0,316 -Ю- 3

0,91

0,003

Рулевое управление

140

4,9

0,2 14 -Ю-

3

0,204

0,001

Тормозная система

150

7,1

0,200- Ю-3

0,141

0,001

Электрооборудование

95

6,8

0,315- Ю-3

0,147

0,002

Подвеска

80

5,7

0,375- 10~3

0,175

0,002

Кузов, кабина

105

29

0,285 • Ю-3

0,034

0,008

3

199

Ьсли интенсивность потока отказов по всем агрегатам и системам

Исправное состояние

А = У X, , то Т0=—. Преобразуя выражение коэффициента технической А

готовности, получим

Учитывая, что ц, = =— , среднее время простоя автомобиля в ремонте ТР1 я

— 1 — Тр = — 2^ X, Tpi. л. ,,\

Отсюда среднее время простоя автомобиля в ремонте ТР = 13,95 ч. Следует отметить, что допущение о простейшем потоке отказов систем, состоящих из большого числа деталей, которые могут отказывать независимо друг от друга, является достаточно убедительным. Время ремонта является случайной величиной, распределенной по произвольному закону, однако доказано, что и в этом случае одноканальные СМО с отказами могут описываться уравнениями Эрланга [7]. Таким образом, рассмотренный метод позволяет объективно оценивать надежность автомобиля как сложной восстанавливаемой системы.

Рис. 10.10. Система массового обслуживания при неидеальном контроле состояний

10.6. Оценка надежности восстанавливаемых систем при неидеальной диагностике состояний

можно записать сумму вероятностей, вынося общий множитель за скобку:

Автомобиль, состоящий из многих агрегатов и деталей, является сложной системой, в элементах которой могут возникать неисправности (скрытые отказы). По внешним проявлениям неисправности могут быть обнаружены в момент их появления, а если диагностика не идеальна, то эксплуатация сложной системы продолжается в течение некоторого случайного времени, приводя к дальнейшему развитию скрытых отказов до момента окончательной потери работоспособности элемента и системы. После отказа систему восстанавливают путем ремонта отказавшего элемента. Если обозначить X, интенсивность потока отказов некоторого элемента, v, — интенсивность потока отказов неисправного элемента, ц,, — интенсивность потока восстановления элемента, и принять долю объектов, у которых неисправности элемента не выявляются — q,, и долю объектов, у которых неисправности выявляются по результатам диагностики — Ь„ (а, + Ь, = I), то систему можно представить графом (рис. 10.10). Для любого / = 1, 2, 3, ..., п уравнения Эрланга—Колмогорова можно записать 200

и,,ри+, - аД,А) - 6А,А) = 0; а,Х,,А> - V / Pv + p\+... + PI+... + рп + Рп+\ Выражая отсюда v,

M-,

Таким образом, вероятность исправного состояния системы

Вероятность, что находящаяся в эксплуатации система из-за ошибок диагностирования фактически находится в неисправном состоянии, рн с = 2_, Pi • 1=1

s/HSv 1=1 \ 1=1 / v

(10.5)

Подставляя в полученную формулу вместо интенсивности потока восстановления ц, среднее время восстановления элемента 201

системы TBI и вместо интенсивности потока v, среднее время работы неисправного элемента до момента его полного отказа Т»,, окончательно получим

(10.6)

Рнс =

а,ТИ1)

Из анализа формулы (10.6) применительно к автомобилям следует, что уменьшение вероятности (доли) неисправных автомобилей в эксплуатации будет наблюдаться при следующих условиях: общем снижении интенсивностей потоков отказов агрегатов и систем автомобиля (увеличении их безотказности и ресурса); уменьшении величины а,, т.е. при наиболее тщательном контроле (диагностике) агрегатов и систем, которые имеют высокую интенсивность отказа; уменьшении времени, затрачиваемого на восстановление агрегатов и систем, особенно часто отказывающих; исключении условий раннего появления неисправностей и соответствующего сокращения времени от момента возникновения неисправности элемента до его полного отказа (это в основном определяется конструктивными особенностями элементов). В практике эксплуатации автомобилей широко используют коэффициент технической готовности автомобильного парка остг, который определяется отношением числа дней в году, когда автомобили могут быть направлены в эксплуатацию (наряд), к сумме этого же числа дней с числом дней, когда автомобили простаивают в ТО и Р. Используя полученные ранее формулы вероятностей состояний (10.4) и (10.5), можно записать

«ТГ = РО + Рн с =

Подставляя в полученную формулу вместо интенсивности потока восстановления (д., среднее время восстановления элемента системы Ты и вместо интенсивности потока v, среднее время jjaботы неисправного элемента до момента его полного отказа Т», получим

(10.7) а,ТИ1)

202

На основании формулы (10.7) можно провести анализ влияния на коэффициент технической готовности автомобиля или, в общем случае сложной системы, надежности (безотказности и ремонтопригодности) ее элементов, а также эффективности контроля (диагностики) состояния элементов.

10.7. Оценка надежности систем с ненагруженным резервом с помощью теории массового обслуживания Повышение надежности автомобиля за счет нагруженного (горячего) резервирования элементов находит ограниченное применение, главным образом в тормозных системах. Типичным примером ненагруженного резерва является запасное колесо и некоторые запасные части, перевозимые на автомобиле. Комплект таких частей водитель формирует интуитивно на основе своего опыта и советах «бывалых» водителей, т.е. субъективно. С помощью ТМО можно объективно оценивать повышение надежности автомобиля в зависимости от числа перевозимых на автомобиле запасных частей. Рассмотрим вывод расчетных зависимостей на примере запасного колеса. Прокол колеса при эксплуатации автомобиля является примером внезапного отказа, поскольку он практически не зависит от того, сколько колесо проработало с начала эксплуатации или предшествующего прокола. Наработка колеса до прокола является случайной величиной, распределенной по показательному закону, вероятность прокола

где A-i — параметр распределения, равный обратной величине средней наработки колеса до прокола. Автомобиль имеет п колес, условия их работы по проколам можно принять одинаковыми, поэтому суммарная интенсивность потока отказов 'k = nk\, а вероятность прокола при наработке л:

Для оценки влияния запасного колеса на надежность автомобиля представим изменения состояний автомобиля как Марковский процесс, в котором непрерывное время заменено пробегом автомобиля. Обозначим возможные состояния системы: 5, — работают «основные» колеса автомобиля, запасное колесо находится в исправном состоянии; 5*2 — после прокола одного из колес, оно заменено на запасное, на место запасного установлено проколотое колесо;

203

53 — проколото еще одно колесо, дальнейшее движение невозможно. Из состояния S2 система может перейти в состояние S\, если после возвращения автомобиля после рейса в гараж проколотое колесо будет заменено исправным колесом из оборотного фонда или будет отремонтировано в межсменное время. В течение рейса прокол колеса может произойти в любой случайный момент, как в начале, так и в конце рейса. В среднем пробег от прокола до конца рейса будет равным половине длины рейса хр, т.е. интенсивность потока восстановления д =

1 0,5хг

Граф состояний и переходов рассматриваемой системы показан на рис. 10.11. Пользуясь общим правилом, составим уравнения Эрланга: d/>i = -Я/7, , + ц/> ; -р dp2 = .Я/7, - (А ... -£• 2 dx

dx

P\

В данной задаче бессмысленно рассматривать установившийся режим, поскольку при х — » °° система обязательно придет в состояние 53 (рано или поздно будет два прокола колеса за один день и автомобиль окажется в состоянии отказа). Для решения системы дифференциальных уравнений можно свести их к одному уравнению второго порядка:

Решение полученного линейного уравнения второго порядка производится по известным в математике методам, подробнее это решение приведено в работе [19]. В результате решения получено распределение вероятностей наработки до отказа р3(х), а далее, путем интегрирования, найдена величина средней наработки автомобиля с одним запасным колесом до отказа

Рис. 10.11. Состояния и их возможные переходы для автомобиля с одним запасным колесом

204

Из полученной формулы видно, что при ц, —» 0, х\ —> — = 2х, Я,

т.е. если после рейса проколотое колесо не менять, то средний пробег автомобиля с запасным колесом будет только в два раза больше среднего пробега до отказа автомобиля без запасного колеса. Если автомобиль оборудуется несколькими запасными колесами (запасными частями в роли ненагруженного резерва), то средняя наработка до отказа

(Л л* = —

(10.8) А* где k — число запасных частей, перевозимых на автомобиле; Я = (х) ' — интенсивность потока отказов. Эта формула получена методом дедукции и является общей для случаев, когда запасное колесо отсутствует, и когда имеется одно колесо. Результаты расчета по формуле (10.8) достаточно близко совпадают с решением дифференциальных уравнений для СМО с двумя запасными частями и результатами статистического моделирования СМО на ЭВМ.

10.8. Общие сведения о методе динамики средних Во многих практических задачах удобнее пользоваться не вероятностями состояний СМО, а ее обобщенными характеристиками: средней очередью, средним временем ожидания в очереди, средним числом занятых каналов и т. п. Расчет средних характеристик через конкретные единичные характеристики тем сложнее, чем больше возможных состояний системы. Однако оказывается, что чем больше элементов в СМО, тем точнее оценка средних значений основных характеристик, полученных по методу динамики средних [7]. Рассмотрим идею метода на следующем примере. Физическая система состоит из 200 однотипных элементов — автомобилей А. Каждый автомобиль может находиться в одном из двух состояний: А{ — исправен, А2 — неисправен. Переход автомобиля из состояния А\ в состояние А2 происходит под действием потока неисправностей Я., а из состояния А2 в состояние А] — под действием потока восстановления ц. Для определения среднего числа автомобилей, находящихся в исправном состоянии, можно рассматривать данную систему как замкнутую СМО. Возможными состояниями системы будут 50 — все автомобили исправны, 51, — один автомобиль неисправен, 52 — два автомобиля неисправны и т.д. до 5„. 205

Рис. 10.12. Состояния и переходы автомобиля по методу динамики средних

Таким образом, общее число состояний системы равно 201, в то время как каждый автомобиль может находиться только в двух состояниях: А\ и А2. Граф состояний и их переходов для автомобиля под действием потоков неисправностей и восстановления представлен на рис. 10.12. Составив по известному правилу уравнения Эрланга, получим ъ

2

dt dt '' Умножив левую и правую части уравнений на число элементов в системе и введя это число как постоянный множитель под знак производной, получим = -\iNp

dt

2 dt Поскольку Npi = m\ и Np2 = m2 — средние значения числа исправных и неисправных автомобилей, можно записать дифференциальные уравнения сразу относительно средних численностей состояний системы:

dm\ ~~dT

+ [Ltn2,

dt Для определения средних численностей состояний в установившемся режиме по методу средних, вначале следует решить дифференциальные уравнения, а затем рассмотреть предел при ?-><*>. Непосредственное приравнивание нулю производных в уравнениях Эрланга может давать некорректные результаты.

10.9. Метод расчета очереди ремонтируемых объектов с учетом надежности технологического оборудования В практике технической эксплуатации машин и механизмов ремонтные работы производят по мере возникновения отказов, происходящих в случайные моменты времени, время устранения отказа также является случайной величиной. Все это является признаком СМО, описание которой может быть произведено с помощью специальных математических методов [6, 27 и др.]. 206

Ремонтные работы часто требуют использования специализированного оборудования, которое в ТМО называют обслуживающим каналом, характеризующимся определенной производительностью или интенсивностью потока обслуживании. Зная интенсивность потока заявок и потока обслуживании на основе уравнений Эрланга—Колмогорова можно найти вероятности всех состояний СМО и такие важные характеристики функционирования системы, как пропускная способность, средние очереди, среднее время ожидания в очереди. Однако технологическое оборудование также может отказывать и требовать определенного времени для восстановления работоспособности, а традиционные методы ТМО не позволяют учитывать показатели надежности обслуживающих каналов. Описание СМО с учетом показателей надежности каналов может быть осуществлено на основе метода динамики средних. Этот метод позволяет находить средние показатели СМО по вероятности состояний некоторого «среднего» объекта замкнутой системы, когда технологическое оборудование обслуживает конечное и достаточно большое число закрепленных за ним ремонтируемых объектов. Если обслуживающий канал, например, стенд для ремонта топливной аппаратуры дизеля в АТП, имеющем N = 300 автомобилей, безотказен, то характер потока заявок и обслуживании остается неизменным и система является однородной. Если стенд для ремонта не является безотказным, то интенсивность потока обслуживания меняется в зависимости от состояния стенда, т.е. система будет неоднородной. Граф состояний неоднородной системы, включающей один стенд для ремонта топливной аппаратуры и Л'автомобилей, показан на рис. 10.13, где указаны возможные состояния: С р — стенд находится в работоспособном состоянии; Сн — стенд неработоспособен; А\ — автомобиль (усредненный, абстрактный) находится в исправном состоянии, т.е. не требует ремонта топливной аппаратуры, когда стенд работоспособен; А" — автомобиль исправен, когда стенд неработоспособен; А2 — автомобиль неисправен, когда стенд работоспособен; А2 — автомобиль с неисправен, когда стенд неработоспоЦс сн ср собен. Если потребность в ремонте топливной аппаратуры автомобиля возникает, в среднем, через t часов, то интенсивЛ

Рис. 10.13. Неоднородная СМО 207

ность потока отказов Л = =•. Аналогично выражается интенсивг ность потока отказов стенда А,с, потока восстановления автомобиля р, и стенда (ic. На графе принято, что ремонт топливной аппаратуры при неработоспособном стенде невозможен. Такое допущение существенно упрощает решение задачи и не противоречит практике. Числа автомобилей, находящихся в любом из четырех состояний, являются случайными величинами, сумма которых равна N. Практическое значение имеют средние числа автомобилей, находящихся в рассматриваемых состояниях. Для средних чисел АИ Р + т" + т\ + т12 = N, где w p , т" — средние числа исправных автомобилей при соответственно работоспособном и неработоспособном стенде; т$, т" — средние числа неисправных автомобилей при работоспособном и неработоспособном стенде соответственно. Средние числа можно представить как результат п проверок состояний системы. Например, в АТП каждый час в течение многих дней проводят контроль исправности стенда для ремонта топливной аппаратуры и числа автомобилей, нуждающихся в ее ремонте. Во внимание принимают случаи, когда стенд для ремонта топливной аппаратуры находится в работоспособном состоянии. Суммируя зафиксированные в п} случаях значения численности неисправных автомобилей х р , можно выразить среднее по всем случаям контроля п число неисправных автомобилей при работоспособном стенде: т

Р _ ^ */"

2 ~£->~-

Среднее число автомобилей по тем дням, когда стенд находится в работоспособном состоянии

Строго говоря, интенсивность потока обслуживании является цельночисленной функцией от числа заявок, простаивающих в очереди, и по методу динамики средних расчеты ведут по различным формулам, соответствующим разным участкам численностей [7]. Для упрощения расчетов автором предлагается с учетом принципа квазирегулярности в решаемой задаче выражать интенсивность потока обслуживании формулой

Преобразуем выражение среднего числа автомобилей, нуждающихся в ремонте топливной аппаратуры:

_

п

п

208

щ

где р0 = — — вероятность того, что стенд для ремонта топливной п аппаратуры находится в работоспособном состоянии. Подставляя полученное выражение в формулу (10.9), получим выражение интенсивности потока обслуживании в приемлемом для последующих расчетов виде: МЛ,

При аналогичном контроле автомобилей с неисправной топливной аппаратурой при неработоспособном стенде

Очевидно, что и, + п2 = я, т.е. сумма числа случаев, когда стенд находится в работоспособном и неработоспособном состоянии, равна числу случаев контроля. Затраты времени на ремонт топливной аппаратуры абстрактного усредненного автомобиля будут определяться производительностью стенда ц и средней очередью автомобилей, нуждающихся Р в ремонте, — М2 Если М\ —> 0, то интенсивность потока восстановления усредненного автомобиля Д -» ц., при Л/f —> оо интенсивность потока восстановления Д -н> 0.

(10.9)

" 1 + Л/Р

(10.10)

С целью проверки применимости полученной формулы (10.10) для метода динамики средних проведены сравнительные расчеты числа автомобилей, нуждающихся в ремонте топливной аппаратуры, для случая, когда стенд безотказен, и мы имеем обычную одноканальную замкнутую СМО. Для замкнутой СМО среднее число неисправных автомобилей W =

2р2

NpN ,

(10.11)

где pN — вероятность случая, когда имеется N неисправных автомобилей. Вероятности состояний можно найти на основании уравнений Эрланга— Колмогорова: 209

pK=N(N-l)(N-2)(N-3)...(N-K

(10.12)

где а = — — относительная интенсивность потоков заявок и обЦ служи ваний. По методу динамики средних при безотказном стенде (kc = О, соответственно ц.с = 0, рр = 1) уравнения Эрланга — Колмогорова будут иметь вид

Результаты расчетов среднего числа автомобилей, нуждающихся в ремонте топливной аппаратуры по формулам (10.11) и (10.12) при ос= 0,0025 приведены в табл. 10.4. Сравнивая результаты расчетов, можно заключить, что они хорошо сопоставимы и предложенная формула (10.10) может быть использована для описания неоднородной системы по методу динамики средних. Дифференциальные уравнения Эрланга—Колмогорова, составленные по принятому графу, для установившегося режима представляют собой систему алгебраических уравнений:

Используя уравнение (10.10) для установившегося режима, можно записать = 0,

= О,

- (X

т\ + т2 = N.

Решая систему уравнений, находим формулу для расчета среднего числа автомобилей, нуждающихся в ремонте топливной аппаратуры: РР + Р» =

Т а б л и ц а 10.4 Результаты расчетов среднего числа автомобилей, нуждающихся в ремонте топливной аппаратуры

210

Число автомобилей, нуждающихся в ремонте

Число автомобилей вАТП

по формулам замкнутой

смо

по методу динамики средних

50

0,142

0,142

100

0,330

0,332

150

0,592

0,596

200

0,981

0,990

300

2,794

2,887

400

15,541

19,506

500

100,001

103,816

600

200,000

201,970

700

300,075

301,323

800

400,000

(10.13)

" = О,

т

+ т" + т" = N.

Решая систему уравнений (10.13), получаем выражение для расчета средней очереди ремонтируемых объектов (для рассматриваемого примера — автомобилей) (10.14)

•А,

w=

где = Q,5\N-\-

А, с )

0.25 ЛГ-1-

А, с )

N.

Здесь N — число объектов, ремонтируемых с помощью технологического оборудования; X — интенсивность потока отказов ремонтируемого объекта; Хс — интенсивность потока отказов технологического оборудования; ц — интенсивность потока восстановления ремонтируемого объекта; ц,с — интенсивность потока восстановления оборудования.

211

Пример. В АТП имеется 350 автомобилей, потребность в ремонте топливной аппаратуры у автомобиля возникает в среднем через 800 ч, средняя производительность стенда составляет 2 автомобиля в час. Стенд отказывает в среднем через 1 000 ч работы, среднее время ремонта стенда — 2 ч. Р е ш е н и е . Проводя расчеты по формуле (10.14), находим, что среднее число автомобилей, нуждающихся в ремонте топливной аппаратуры, равно 0,282. Если производительность стенда будет в два раза меньше, то число неисправных автомобилей будет 0,779. Если в том же примере стенд, обслуживающий автомобиль в среднем за 2 ч, будет отказывать в среднем через 228 ч, а восстанавливаться через 21 ч, то среднее число неисправных автомобилей возрастет до 12,47. Формула (10.14) позволяет оценивать эффективность использования технологического оборудования с учетом его производительности и надежности. Располагая числом объектов, простаивающих в ожидании ремонта, можно производить выбор технологического оборудования, обеспечивающего минимум затрат от простоя ремонтируемых объектов и стоимости оборудования.

10.10. Метод расчета оптимального количества технологического оборудования для обслуживания и ремонта автомобилей Использование оптимально подобранного технологического оборудования способствует повышению качества и производительности работ по ТО и Р автомобилей, обеспечивает безопасность труда рабочих, снижает экономические затраты на поддержание автомобильного парка в исправном состоянии, повышает экономические показатели производственной деятельности АТП и СТО. Разнообразие конструкций агрегатов всего модельного ряда автомобилей требует широкой гаммы технологического оборудования по номенклатуре, весьма важным является также вопрос о необходимом количестве конкретных моделей оборудования: подъемников, диагностических стендов, станков, механизированного инструмента и т.д. Рассмотрим задачу определения необходимого количества технологического оборудования для СТО, обслуживающей случайный поток заявок в условиях достаточно жесткой конкуренции, когда клиенты имеют возможность не вставать в очередь, а воспользоваться услугами другой СТО. Поскольку потребность в технологическом оборудовании определяется характером имеющихся у автомобиля неисправностей и моментом времени обращения не связанных друг с другом владельцев автомобилей на СТО, поток поступлений заявок на использование технологического оборудования является простейшим. Время использования оборудования при выполнении заявок (об212

служивании и ремонте автомобилей с различным набором неисправностей) также случайно. Кроме того, оборудование может в случайные моменты времени отказывать и, в зависимости от характера отказа и возможностей ремонтных служб, время на его устранение, т.е. время ремонта оборудования, также случайно. Если принять с некоторым допущением, что потоки случайных событий, связанных со временем обслуживания заявок, отказом технологического оборудования и устранением этих отказов, простейшие, то для решения поставленной задачи можно использовать аналитические методы теории массового обслуживания. Рассмотрим состояния и возможные их переходы некоторого образца технологического оборудования, например подъемника для вывешивания легкового автомобиля, и выразим их графом СМО (рис. 10.14). На основании принятого графа СМО вероятности состояний можно выразить уравнениями Эрланга — Колмогорова [7]:

.

at

'/'J

'

ГГ11

f\

•

fi

'

fi

M

где p\ — вероятность того, что подъемник не занят; р2 — вероятность того, что подъемник используется по назначению; />3 — вероятность того, что подъемник неисправен и ремонтируется. Если на СТО имеется п одинаковых подъемников, то, умножая это число на вероятности состояний, можно получить средние значения числа подъемников в различных состояниях: пр{-х — среднее число подъемников, простаивающих в ожидании заявки на обслуживание; пр2 = у — среднее число работающих подъемников; пръ - z — среднее число ремонтирующихся подъемников.

Рис. 10.14. Состояния подъемника и возможные их переходы: 5, —подъемник исправен и не занят (ожидает поступления заявки), 5 2 — подъемник используется по назначению, 53 — подъемник неисправен (ремонтируется); А. — интенсивность потока заявок на обслуживание, ц — интенсивность потока обслуживании; (J — интенсивность потока отказов подъемника; v — интенсивность потока восстановления (ремонта) отказавшего подъемника

213

При отказе оборудования (например, подъемника или шлифовальной машинки, используемой при кузовном ремонте) для обслуживания заявки могут воспользоваться свободным на данный момент оборудованием. В этом случае величина (Jj будет выражать дополнительный поток заявок на технологическое оборудование, обусловленный возможными отказами работающего оборудования. Если на СТО имеется п подъемников, то поток заявок с интенсивностью Л.0 от поступающих на СТО автомобилей в среднем будет делиться поровну на все имеющиеся подъемники. Таким образом, интенсивность потока заявок, приходящихся на один подъемник, можно выразить как Л. = А.0я~' + ру, где А.0и~' — интенсивность потока автомобилей, поступающих на СТО для обслуживания, приведенная к одному подъемнику. С учетом выражения А, уравнения Эрланга—Колмогорова для установившегося режима, когда производные вероятностей состояний можно приравнять нулю, примут вид -Х-о/г'* - рху + \iy + vz = 0; -р> - \лу + А^/тЬс + PXF = 0; -vz + Ру = 0; х + у + z = п.

Решая полученную систему уравнений, можно выразить среднее число подъемников, простаивающих в ожидании заявок: х=

1

например, все подъемники СТО со временем окажутся в неработоспособном состоянии. При Р —> 0, т.е. когда оборудование практически является безотказным, раскрывая неопределенности, получаем х —>

-«, что соответствует простейшей од-

ноканальной СМО без очередей, описываемой по методу динамики средних [22]. Для анализа зависимости числа простаивающих в ожидании заявок стендов от учитываемых в формуле (10.15) факторов, рассмотрим пример. На СТО имеется п = 3 подъемника для обслуживания заявок, которые поступают, в среднем, через 2 ч (А^ = 0,5). Среднее время использования подъемника для обслуживания заявки составляет 0,5 ч (ц= 2), подъемник может отказывать в среднем через 100 ч работы (Р= 0,01), а среднее время его ремонта — 4 ч (v = 0,25). На рис. 10.15 приведены результаты выполненных с помощью программы MS Excel расчетов при поочередном изменении значений интенсивностей случайных потоков в диапазоне 0,5... 1,5 от заданных для рассматриваемого примера их значений. Из графика, построенного по результатам расчетов, видно, что наибольшее влияние на число свободных (простаивающих в ожиS X

3,0 -

n.)v

Я

(10.15) (Р

S

2

- 4(р + ц)ру л .

В справедливости полученного выражения можно убедиться, рассматривая предельные случаи. При А0 —»О можно получить выражение:

2,6

2,4

3- 2,2

После выполнения преобразований подкоренного выражения получаем х —> п, что вполне естественно, так как потребности в технологическом оборудовании нет. При v —> 0, когда отказавшее оборудование восстанавливается очень долго, х -» —. Раскрывая неопределенность путем замены выражений числителя и знаменателя их производными, получим л: -» 0, — это означает, что, 214

О

0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 Относительные значения интенсивности потоков

Рис. 10.15. Зависимость среднего числа простаивающих в ожидании заявок подъемников от относительных значений интенсивности случайных потоков: —• — при изменении интенсивности потока обслуживании ц, » — при изменении интенсивности потока восстановления стендов v, —• при изменении интенсивности потока заявок Х,0; —* при изменении интенсивности потока отказов стенда (3

215

дании заявок) стендов оказывают интенсивности потока заявок и обслуживании, численные значения которых существенно больше интенсивности потока отказов стенда. При достаточно большой средней наработке на отказ стенда влияние изменения интенсивности потока отказов на число простаивающих в ожидании заявок стендов становится несущественным, а поскольку стенды отказывают редко, то и влияние времени устранения отказов на среднее число простаивающих в ожидании заявок стендов также становится несущественным (естественно, если интенсивность потока восстановления стендов не стремится к нулю). На рис. 10.16 показано изменение среднего числа простаивающих в ожидании заявок подъемников в зависимости от числа имеющегося на СТО подъемников. На основании полученных данных можно подсчитать долю, которую составляет число простаивающих подъемников от имеющегося на СТО стендов. Для рассматриваемого примера при п = 1 она составляет 82,3 %, при п = 5 и п = 100 - 95,6 и 99,5 % соответственно. Это вполне соответствует здравому смыслу — чем больше на СТО будет технологического оборудования, тем больше оно будет простаивать в ожидании использования по назначению. Зная величину х, можно определить вероятность того, что

ников будет занято, можно считать распределенной по биномиальному закону:

х подъемник свободен Р \ = — , тогда вероятность, что подъемник

С0и подъемников, приведенные к единице времени, составят -=-•

занят обслуживанием заявки или ремонтируется, />2,з = 1 - Pi- Вероятность, что из п имеющихся на СТО подъемников k подъем-

Оптимальным следует считать такое количество оборудования, которое даст наименьшую величину суммарных издержек, связанных с потерей заявок обращающихся на СТО клиентов и затратами на приобретение оборудования. Для этого случая целевая функция будет иметь вид:

S

м 8 5,0 ее en

I '° cd '

5

0 3,0 S 2,5 у 1 2,0 7.

% 1,5

I 1,0 о 5 0,5

0

1 2 3 4 5 Число подъемников на СТО

Рис 10.16. Зависимость числа простаивающих подъемников от их общего числа на СТО

216

n k

Вероятность, что все стенды будут заняты (k= я), можно выра/ X| \я / зить как Рп = И — • В условиях жесткой рыночной конкуренV

/

ции заявки, поступающие на СТО в тот момент, когда все подъемники заняты, будут необслуженными, т.е. часть потока заявок, доля которой равна /?„", будет теряться. Если обслуживание каждой заявки несет СТО доход Сд, то потеря дохода из-за отсутствия свободных стендов, приведенная к единице времени, составит С До 1 — Покупка подъемника (в общем случае технологического оборудования) требует экономических затрат С0. Если ресурс подъемника выразить временем его работы Т0, то затраты на покупку я

» mm . (10.16) п Поскольку количество оборудования выражается дискретной величиной, минимум суммарных издержек можно определить по формулам (10.16) и (10.15) путем перебора значений я. На рис. 10.17 приведены результаты расчетов по данным рассмотренного ранее примера и принятым значениям стоимости оборудования и его ресурса: С0 = 150 тыс. руб., Т0 = 10 тыс. ч, а Сд = 1 тыс. руб. На основании рис. 10.17 по рассматриваемому примеру минимум суммарных удельных затрат, связанных с потерей клиентов СТО и приобретением подъемников, достигается при числе п - 2. Такое число подъемников является экономически наиболее оправданным. Таким образом, представленный метод позволяет рассчитывать оптимальное количество технологического оборудования, | 1 -- +

4

3

п\ k\(n-k)\'

.

4 5

s ' S

Dk — Рп

217

лами вполне приемлемо для большинства практических задач. Рассмотренный пример определения количества технологического оборудования подтверждает практическую значимость теории массового обслуживания как инструмента научной организации процессов технической эксплуатации автомобилей.

ю 70 h d

_" 60

I 50 § 40 I

10.11. Статистическое моделирование систем массового обслуживания

30

I 20 >>

10

0

1

2 3 4 5 Число подъемников на СТО

Рис. 10.17. Изменение удельных затрат в зависимости от числа подъемников на СТО: » — затраты на приобретение стендов; Ф—— — затраты от потери заявок (клиентов) покидающих СТО при отсутствии свободных стендов; —• суммарные затраты

обеспечивающее наибольшую доходность СТО при случайном потоке заявок на услуги, связанные с обслуживанием или ремонтом автомобилей, в условиях конкуренции на рынке этих услуг. Это проявляется в том, что, если в момент обращения на СТО работы по обслуживанию или ремонту автомобиля из-за отсутствия свободного технологического оборудования не могут быть начаты, владельцы автомобилей, не желая становиться в очередь, обращаются за услугой на другую СТО. Полученные на основе теории массового обслуживания формулы (10.15) и (10.16) позволяют прогнозировать потребность в технологическом оборудовании на планируемый период с учетом возможного изменения случайного потока заявок на обслуживание или ремонт автомобилей. На основе полученных формул можно расчетным путем сопоставлять различные модели однотипного по назначению технологического оборудования с учетом их цены, показателей производительности, надежности, и выбрать экономически наиболее выгодный вариант. Следует обратить внимание на то, что показатели надежности технологического оборудования, которые на момент приобретения нового оборудования, как правило, точно неизвестны, оказывают довольно слабое влияние на число заявок, которые могут теряться СТО в условиях жесткой конкуренции на рынке услуг (см. рис. 10.15). Конечно, этот вывод справедлив только в том случае, когда средняя наработка на отказ оборудования достаточно большая, а время устранения отказа не очень велико. Отсюда следует, что использование моделей СМО с безотказными кана218

Аналитические описания СМО на основе формул Эрланга базируются на простейших потоках заявок и обслуживания, когда время между моментами изменения событий является случайной величиной, распределенной по экспоненциальному закону. На практике во многих случаях коэффициент вариации случайных величин может быть меньше единицы, и эти величины описываются другими законами распределения вероятностей. Чем больше эти законы отличаются от экспоненциального, тем менее пригодны для описания СМО выведенные формулы Эрланга, т.е. тем больше будут погрешности результатов расчета. Если время обслуживания распределено по нормальному закону, то расчеты по формулам Эрланга будут давать завышенные значения средних очередей и времени ожидания в очереди и заниженную пропускную способность СМО. Для описания СМО с произвольными потоками может быть использован метод вложенных цепей, который основан на том, что сумма нескольких случайных величин является случайной величиной, коэффициент вариации которой меньше коэффициента вариации слагаемых случайных величин. Например, время обслуживания автомобиля часто описывается нормальным законом с коэффициентом вариации меньше 1/3. В этом случае можно представить время обслуживания суммой нескольких (5 — 6) случайных отрезков времени, составляющих как бы время обслуживания в многофазной системе. Однако описание многофазных СМО существенно сложнее, чем однофазных, что ограничивает возможность применения этого метода. Идея статистического моделирования очень проста. Вместо описания случайного явления с помощью аналитических зависимостей производится розыгрыш — моделирование случайного явления с помощью некоторой процедуры, дающей случайный результат. Статистическое моделирование часто называют методом МонтеКарло. Например, наработку до отказа детали или время обслуживания автомобиля можно моделировать путем случайного отбора шаров из урны, если на шарах будут написаны числа, соответствующие возможным значениям интересующих нас случайных величин. Производя розыгрыш неоднократно, мы получим множество 219

реализаций случайного явления, т.е. статистический материал, который можно обрабатывать методами математической статистики. Применительно к задачам массового обслуживания процедура статистического моделирования сводится к формированию потоков заявок и обслуживании, т.е. последовательной выдаче случайных величин времени между прибывающими в СМО заявками и случайных величин времени обслуживания каждой заявки. Накладывая значения отрезков случайного времени на единую временную шкалу, можно наблюдать возможные состояния СМО. Например, моделируя СМО с тремя каналами, при поступлении первой заявки в работу включается первый канал, если время поступления второй заявки окажется меньшим суммы времени поступления первой заявки и времени ее обслуживания, то в момент поступления второй заявки в работу будет включен второй канал. Если время поступления второй заявки окажется больше суммы времени поступления первой заявки и времени ее обслуживания, то после окончания времени обслуживания первой заявки СМО будет переходить в состояние, когда все каналы свободны, и т.д. После многократного повторения процедуры моделирования случайных величин просчитывается время нахождения СМО в состояниях, когда все каналы свободны, когда занят один канал, два, три, а также, когда в очереди была одна заявка, две и т.д. Деля полученные значения сумм времени для различных состояний на общее время процесса моделирования, выражают вероятности состояний СМО. На основании получаемой при моделировании статистики можно найти непосредственно среднюю очередь заявок, среднее время ожидания в очереди и другие интересующие нас характеристики функционирования СМО. Моделирование численных значений случайных величин, соответствующих различным законам распределения вероятностей, может производиться непосредственно по формуле интегрального закона. В этом случае на основании случайно выбранного значения вероятности (в интервале от 0 до 1) по формуле интегрального закона рассчитывают значение моделируемой случайной величины, которую далее используют в процессе моделирования решаемой задачи. Для статистического моделирования можно использовать готовые таблицы равновероятно распределенных чисел. Случайные величины, распределенные по нормальному закону, могут быть получены сложением шести и более значений равновероятно распределенной случайной величины (чем больше складываемых чисел, тем меньше вариация получаемых сумм). Естественно, что «ручное» моделирование СМО является трудоемкой и длительной процедурой. Более универсальным и реальным для практического применения является метод статистического моделирования СМО на 220

ЭВМ, когда по особой программе генерируются случайные величины моментов поступления в систему заявки и времени ее обслуживания. В процессе моделирования идет учет возникающих ситуаций с последующей обработкой, позволяющей определять средние очереди, время ожидания в очереди и т.д. [18]. Статистическое моделирование имеет ряд существенных преимуществ перед аналитическими методами решения задач теории массового обслуживания: возможность описания более широкого класса систем по числу каналов и процедуре их взаимодействия; обеспечение большей адекватности между физической сущностью описываемого процесса и его моделью; возможность моделирования работы систем при самых разнообразных законах распределения многочисленных случайных величин; получение в результате моделирования более содержательной информации, в том числе характеристик законов распределения случайных величин, характеризующих работу системы; моделирование функционирования систем не только в установившихся, но и в переходных режимах, которые во многих случаях описать аналитически вообще невозможно. Статистическое моделирование СМО находит все более широкое применение в самых различных областях науки и практики, при исследованиях производственных процессов и функционирования систем управления. Контрольные вопросы

1. Можно ли заводской конвейер считать многофазной СМО? 2. Почему ТО-1 обычно проводят на поточной линии, а ТО-2 — на тупиковых постах? Как это объясняется теорией массового обслуживания? 3. Если в однофазной СМО вместо одного канала использовать два таких же канала, то всегда ли пропускная способность СМО возрастет в два раза? 4. Если АЗС с двумя колонками для заправки автомобилей бензином А-80 представить как СМО, то чем будут отличаться графы СМО, описывающие АЗС, расположенную на автомобильной трассе, и АЗС, расположенную на территории АТП и обслуживающую только автомобили этого предприятия? 5. Как в общем виде рассчитывается средняя очередь заявок в СМО? 6. Во сколько раз изменится средняя наработка автомобиля до отказа по проколу колеса, если запасное колесо на автомобиле будет отсутствовать? Как на снижение безотказности будет сказываться продолжительность среднесуточного пробега? 7. В каких случаях аналитическое описание СМО дает большие погрешности или вызывает трудности расчетного порядка9 Когда применяют статистическое моделирование СМО?

Г Л А В А 11

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕШЕНИЙ ВОПРОСОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ 11.1. Использование стандартов при разработке технологических процессов и средств их механизации Разработка и внедрение новых технологических процессов и применение технологического оборудования допустимо только при выполнении ряда требований, устанавливаемых государственными и отраслевыми стандартами к их безопасности и экологичности. Включение в состав проектируемого и изготавливаемого в условиях АТП и СТО технологического оборудования серийно выпускаемых и стандартизованных комплектующих существенно повышает технологичность оборудования и снижает его себестоимость. Таким образом, специалист, решающий вопросы ТЭА, должен иметь представление о стандартах, относящихся к принимаемым в процессе проектирования и применения технологического оборудования решениям, уметь находить стандарты и правильно их использовать. Все действующие отечественные государственные и межгосударственные стандарты (более 24 тыс.) включены в указатель «Государственные стандарты», который разработан Всероссийским научно-исследовательским институтом классификации, терминологии и информации по стандартизации и качеству Госстандарта России. Указатель «Государственные стандарты» в 2001 г. впервые составлен по кодам Общероссийского классификатора стандартов ОК(МК(ИСО/ИНФКО MKQOO 1-96)001-2000. Общероссийский классификатор стандартов (ОКС) входит в состав Единой системы классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации (ЕСКК) Российской Федерации. Классификатор гармонизирован с Международным классификатором стандартов (МКС) и Межгосударственным классификатором стандартов. Общероссийский классификатор стандартов устанавливает коды и наименования классификационных группировок, используемых для индексирования нормативных документов, и представляет собой иерархическую трехступенчатую классификацию с цифровым 222

алфавитом кода, имеющего структуру из трех ступеней, отделяемых точкой: XX. XXX. XX. Номера ступеней (разделов, групп и подгрупп) располагают в нарастающем порядке, используя только нечетные числа — для разделов, только четные — для подразделов, четные или нечетные — для подгрупп. Всего ОКС имеет 38 разделов, номер последнего (резервного) - 99. Фрагмент классификатора: 01 Общие положения. Терминология. Стандартизация. Документация 21 Механические системы и компоненты общего назначения 21. 020 Характеристика и конструкция механизмов, приборов и оборудования 43 Дорожно-транспортная техника 43. 080 Грузовые транспортные средства 43. 080. 20 Автобусы 43. 180 Диагностическое и испытательное оборудование и оборудование для технического обслуживания До 2003 г. все сведения в указателе стандартов приведены в четырех томах по состоянию на 1 января текущего года. Вт. 1 — 3 указаны номера и наименования стандартов, сгруппированных по кодам ОКС. В т. 3 имеется также алфавитный предметный указатель, в т. 4 даны обозначения, т.е. номера стандартов (государственных, общероссийских, а также введенных в государственные стандарты ИСО и МЭК, специального межгосударственного комитета по индустриальным радиопомехам (сокращенно — СИСПР), Правил ЕЭК ООН, национальных стандартов Германии) в порядке их возрастания. В т. 4, кроме кодов ОКС, указаны также группы в соответствии с Классификатором государственных стандартов (КГС), который был основным для классификации стандартов до 2001 г. В графе «Для отметок» указаны сроки введения и прекращения действия или номер изменения, номер и год издания информационного указателя, в котором оно опубликовано. Пример обозначения стандартов приведен в табл. 11.1. Если стандарт отмечен одной звездочкой, то к нему было применено изменение, двумя звездочками отмечены стандарты, замененные или отмененные в частях, тремя звездочками обозначают стандарты, которым присвоены обозначения ранее отмененных стандартов. 223

Т а б л и ц а 11.1 Обозначение стандартов Обозначение стандарта

Код

Группа

Для отметок

17922-72

59.080.30

М09

(1-V-79) (1-Х-84)

Даты введения стандартов приводят без скобок, в скобках приводят номер изменения, номер и год издания информационного указателя, где опубликована информация об изменениях. Указатель стандартов 2003 г. состоит из трех томов, обозначения стандартов в порядке нарастания номеров приведены в т. 3. Может быть два варианта поиска стандартов: по ключевым словам, наиболее емко отражающим содержание интересующего вопроса; номеру стандарта, приведенному как нормативная ссылка, в некотором документе. Для первого варианта поиска используют алфавитный указатель, находящийся в т. 3 указателя стандартов. Рассмотрим пример поиска стандартов, в которых рассматриваются вопросы, связанные с оборудованием для ТО автомобилей. В качестве ключевого принимаем слово «Оборудование» и по алфавитному указателю стандартов 2001 г. находим «Оборудование для технического обслуживания», соответствующий код 43.180 (в указателе 2003 г. приводится не код, а страницы т. 1 и 2, где упоминаются стандарты по данной теме). Просматривая перечень стандартов, находим интересующие нас стандарты: ГОСТ 27334 — 87 «Домкраты гаражные. Параметры». ГОСТ 4.112—89 «СПКП. Оборудование гаражное. Номенклатура показателей». — Взамен ГОСТ 4.112 —84. ГОСТ Р 51151—98 «Оборудование гаражное. Требования безопасности и методы контроля». При втором варианте поиска вначале используют т. 3 (2003 г.) или т. 4 (если пользуются указателями стандартов до 2003 г.), где все стандарты расположены в порядке нарастания их номеров, что позволяет быстро найти интересующий номер стандарта и его код или группу. Располагая этой информацией, обращаются к первому, второму или третьему тому (конкретно к тому месту, где располагаются стандарты с данным кодом). Просматривая расположенную в порядке нарастания номеров группу стандартов, находят нужный номер и название искомого стандарта. 224

Пример. В литературном источнике имеется ссылка на ГОСТ 26899 — 86; требуется найти название стандарта По т 4 находим код интересующего стандарта — 43.180. Просматриваем группу стандартов с данным кодом и находим ГОСТ 26899 — 86 «Техническая диагностика. Стенды роликовые для определения параметров тягово-скоростных свойств и топливной экономичности автомобилей и колесных тракторов в условиях эксплуатации Общие технические требования» Чтобы провести полный поиск, следует просматривать все виды стандартов, т.е. стандарты Российской Федерации (ГОСТ Р) и межгосударственные стандарты (ГОСТ — это, в основном, стандарты СССР), которые на данный момент составляют большинство действующих стандартов, а также международные стандарты (ИСО, МЭК и др., действующие в нашей стране). В обозначении вида стандарта может быть приведена дополнительная информация о характере документа: ПМС — проект международного стандарта; ПСК — проект на стадии комитета (технического комитета, разрабатывающего стандарт); РП — рабочий проект; ПТО — проект технического отчета; ТО — действующий (опубликованный) технический отчет. Например: ГОСТ ИСО/ТО 12100-1-2001 «Безопасность оборудования. Основные понятия, общие принципы конструирования». Часть 1. Основные термины, методики». Определив по указателю стандартов, что интересующий стандарт действительно существует, обращаются к каталогу библиотеки стандартов. По библиографической карточке следует убедиться, что стандарт имеется в данной библиотеке, и обратить внимание на формат стандарта: он может быть обычным (145 на 215 мм) или большим (220 на 290 мм). Это имеет существенное значение, так как в библиотечном фонде стандарты, обычно, хранятся по порядку нарастания номеров в разных по формату коробках. По библиографической карточке следует также определить имеется этот стандарт в виде самостоятельного документа (тогда он будет находиться на соответствующем месте в коробке) или включен в сборник стандартов. Сборники издаются для систем межотраслевых (общих для разных отраслей) стандартов, номера систем указываются в начале номера стандарта и выделены точкой. Имеются следующие системы межотраслевых стандартов: 1 — государственная система стандартизации (регламентирует деятельность по разработке стандартов); 2 — единая система конструкторской документации (ЕСКД); 3 — единая система технологической документации (ЕСТД); 225

4 — система показателей качества продукции (СПКП); 5 — стандарты на аттестованную продукцию; 6 — унифицированные системы документации; 7 — система информационно-библиографической документации; 8 — государственная система обеспечения единства измерений; 9 — единая система защиты от коррозии и старения материалов и изделий; 10 — стандарты на товары, поставляемые на экспорт; 11 — прикладная статистика; 12 — система безопасности труда; 13 — микрофильмирование; 14 — единая система технологической подготовки производства; 15 — разработка и постановка продукции на производство; 16 — управление технологическими процессами; 17 — система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов; 18 — количественные методы оптимизации параметров объектов стандартизации; 19 — единая система программной документации; 20 — единая система государственного управления качеством продукции; 21 — система проектной документации для строительства; 22 — (резерв); 23 — обеспечение износостойкости изделий; 24 — техническая документация автоматических систем управления; 25 — расчеты и испытания на прочность в машиностроении; 26 — единая система стандартов в приборостроении; 27 — государственная система «Надежность в технике». Некоторые стандарты могут входить в несколько систем, например, ГОСТ 12.4.058 — 84 «Материалы с полимерным покрытием для специальной одежды. Номенклатура показателей качества». Знание номеров систем позволяет уже только по обозначению стандарта понять область его применения. Следует иметь в виду, что для практической деятельности необходимо пользоваться только актуализируемыми фондами стандартов, т.е. фондами, в которых своевременно вносятся принятые национальным органом по стандартизации (Госстандартом России) изменения в стандарты, регулярно публикуемые в соответствующих бюллетенях (информационных указателях). Такие фонды имеются в Государственных центрах стандартизации, метрологии и сертификации, являющихся территориальными органами Госстандарта России, а также в крупных научно-технических библиотеках. 226

11.2. Использование классификаторов продукции и услуг при сертификации на автомобильном транспорте Общероссийский классификатор продукции (ОКП) внедрен в действие с 1994 г. на территории Российской Федерации взамен Общесоюзного классификатора промышленной и сельскохозяйственной продукции. ОКП предназначен для обеспечения достоверности, сопоставимости и автоматизированной обработки информации и продукции в таких сферах деятельности как стандартизация, статистика, экономика и др. ОКП — это иерархический свод кодов и наименований группировок продукции, позволяющий разрабатывать каталоги, необходимые при сертификации продукции и проведении маркетинговых исследований. Каждая позиция ОКП содержит шестизначный цифровой код, однозначное контрольное число и наименование группировки продукции. В ОКП предусмотрена пятиступенчатая классификация с цифровой десятичной системой кодирования. На каждой ступени деление осуществлено по наиболее значимым экономическим и техническим признакам. На первой ступени располагаются классы продукции (XX 0000), на второй — подклассы (XX ХООО), на третьей — группы (XX ХХОО), на четвертой — подгруппы (XX ХХХО) и на пятой — виды продукции (XX ХХХХ). Контрольное число (КЧ) служит для автоматического обнаружения ошибки при наборе цифр кода (на ошибку укажет несовпадения кода и КЧ). Рассмотрим фрагмент ОКП: Код

КЧ

Наименование

457700

8

Оборудование гаражное для автотранспортных средств и прицепов Оборудование для уборочно-моечных работ Механизмы для подъемно-транспортных работ Оборудование для смазочно-заправочных работ Устройства для контрольно-диагностических работ Оборудование гаражное для ремонтных работ Узлы и детали гаражного оборудования Узлы и детали гаражного оборудования для уборочно-моечных работ

457710 2 457720 7 457730 1 457740 6 457760 5 457800 1 457810 6

227

457820 0 457830 5 45840

0

457860 9 458000 5

459123 1

Узлы и детали механизмов для подъемно-транспортных работ Узлы и детали оборудования для смазочно-заправочных работ Узлы и детали устройств для контрольно-диагностических работ Узлы и детали оборудования для гаражных работ Агрегаты, узлы и детали автомобильных прицепов и полуприцепов

Рассмотрим фрагмент ОКУН:

Фильтры очистки, их узлы и детали

Вся информация ОКП размещается в трех томах, кроме ОКП имеется более обширный классификатор товарной номенклатуры во внешней экономической деятельности — ТНВЭД. Общероссийский классификатор услуг населению (ОКУН), так же как и ОКП, является составной частью Единой системы классификации и кодирования технико-экономической информации и используется для должной идентификации сертифицируемых услуг. Каждая позиция ОКУН содержит шестизначный цифровой код, однозначное контрольное число и наименование группировки услуги. В ОКУН предусмотрена четырехступенчатая классификация с цифровой десятичной системой кодирования. На каждой ступени деление осуществлено по наиболее значимым экономическим и техническим признакам. На первой ступени располагаются группы услуг (XX 0000), на второй — подгруппы (XX ХООО), на третьей — вид (XX ХХХО), на четвертой — услуга (XX ХХХХ). Контрольное число служит для автоматического обнаружения ошибки при наборе цифр кода (на ошибку укажет несовпадение кода и КЧ). Классификатор включает в себя следующие группы: 01 — бытовые услуги; 02 — услуги пассажирского транспорта; 03 — услуги связи; 11 — услуги в системе образования; 12 — услуги торговли и общественного питания, услуги рынков; 80 — прочие услуги населению. 228

Код

КЧ

Наименование

017000

1

017100 017101

5 0

Техническое обслуживание и ремонт автомототранспортных средств; Техническое обслуживание легковых автомобилей; Регламентные работы (по видам технического обслуживания);

017110

8

Электротехнические работы на автомобиле;

017200 9

Ремонт легковых автомобилей;

017207 7

Ремонт кузова;

017300

2

Техническое обслуживание грузовых автомобилей и автобусов;

017616

0

Утилизация автотранспортных средств и их составных частей;

020000 4

Услуги пассажирского транспорта;

025000

Услуги автомобильного транспорта;

8

Грамотное использование классификаторов продукции и услуг позволяет специалисту, организующему техническое обслуживание и текущий ремонт, эксплуатацию автомобилей, успешно готовить производство к процедуре сертификации как способу подтверждения его соответствия установленным требованиям, что является важным условием конкурентоспособности и экономической эффективности предприятия автомобильного транспорта. В зависимости от области применения сертификата, кроме отечественных кодов, могут использоваться и коды других стран или международные коды продукции, услуг и другой информации, например: VIN — идентификационный номер; WMI — международный код производителя и др. 229

11.3. Поиск опубликованных источников информации Эффективность проектных работ по внедрению в производство перспективных методов ТЭА и средств механизации технологических процессов в немалой степени зависит от умелого использования богатейших фондов научно-технической литературы и документации, сосредоточенных в органах НТИ различных уровней, в специальных, научных и научно-технических библиотеках. Важнейшими инструментами информационно-поисковых систем являются системы классификации: универсальная десятичная классификация (УДК) и библиотечно-библиографическая классификация (ББК). Универсальная десятичная классификация является международной системой классификации произведений печати, разных видов документов и организации библиографических карточек; она существует более 100 лет. В многочисленных разделах этой системы упорядочено множество понятий по всем отраслям знания или деятельности. Благодаря обилию средств и приемов индексирования, легко сокращаемой дробности она успешно применяется для систематизации и последующего поиска в самых разнообразных по объему и назначению фондах — от небольших узкотематических собраний специальной документации до крупных отраслевых и многоотраслевых систем информационных фондов. В УДК один и тот же предмет встречается в разных местах в зависимости от отрасли знаний и от аспекта, в котором он рассматривается. Это обеспечивает нахождение требуемой информации, характеризующейся разными ключевыми словами (понятиями). Одной из главных отличительных особенностей УДК является иерархическое построение большинства разделов основных и вспомогательных таблиц по принципу деления от общего к частному с использованием десятичного кода. Каждый класс содержит группу более или менее близких наук, например, класс 6 — прикладные науки: технику, сельское хозяйство, медицину. Последующая детализация идет за счет удлинения индексов, каждая последующая цифра не меняет значения предыдущих, а лишь уточняет, обозначая более частное понятие. Например, индекс понятия' «Технические средства для обслуживания автомобилей» складывается следующим образом: 6 62 629 629.3

Прикладные науки Инженерное дело. Техника в целом Техника средств транспорта Наземные средства транспорта (кроме рельсовых)

629.3.082

Станции технического обслуживания. Пункты заправки. Заправочные колонки. АЗС. Станции мойки и т.д.

Применение УДК способствует более широкому сотрудничеству России с другими странами в области научно-технической информации. С вступлением в силу ГОСТ 7.4 — 95 простановка индексов УДК стала обязательной на всех видах изданий, независимо от их тематики. Третье полное издание таблиц УДК было подготовлено в нашей стране в 1979— 1987 гг.; в 1999 г. на основе изданного в ВИНИТИ машинного эталона полных таблиц УДК формируется 4-е издание. Следует иметь в виду, что в разных изданиях некоторые индексы частично могут отличаться друг от друга. Техническая литература одинаковой тематики, изданная в разные годы, также может иметь разные индексы УДК. Для поиска индекса УДК удобно использовать алфавитно-предметный указатель. Например, нужно найти индекс литературных источников, посвященных ТО технологической оснастки. По указателю находим: Технологическая оснастка 621.7.07 Техническое обслуживание .004.5 (общ. опр.) Таким образом, искомый индекс 621.7.07.004.5. Зная индекс, обращаемся к предметному каталогу и просматриваем карточки литературных источников, имеющихся в данной библиотеке, по интересующим нас вопросам. Библиотечно-библиографическая классификация (ББК) является отечественной системой классификации печатных изданий, которая начала разрабатываться в 1960—1970 гг. и активно внедрялась в конце 1980-х гг. Библиотечно-библиографическая классификация состоит из нескольких видов таблиц: общих, территориальных и специальных типов делений. Сочетание их образует развернутые таблицы. Основной ряд таблиц для массовых библиотек обозначен арабскими цифрами, в научных библиотеках используются буквенные обозначения. Например, естественные науки в целом для массовых библиотек обозначаются цифрой 20, а для научных библиотек — буквой Б. Пример построения индекса ББК: 3 39 39.3 39.33 39.33-08 39.33 (4 Авс.)

230

Техника Транспорт Автодорожный транспорт Автомобили. Автомобилестроение Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей Автомобилестроение Австрии 231

Для отыскания нужной рубрики следует использовать алфавитно-предметный указатель, используя основное ключевое слово с последующим уточнением темы поиска, например: Ремонт: двигателей и механизмов в сельском хозяйстве 40.74 зданий и сооружений 38.683 машин 38.82; -08*3.2) испытания -07*3.2) В сравнении с УДК система ББК дает более подробную (разветвленную) классификацию литературных источников по гуманитарным вопросам, УДК лучше описывает технические вопросы. На данный момент некоторые библиотеки имеют каталоги, составленные только по отечественной системе классификации — ББК, некоторые библиотеки формируют каталоги технической литературы по УДК, а гуманитарной — по ББК. При издании современных книг обычно проставляют оба индекса — УДК и ББК. В шифр книги, кроме УДК и ББК, вводят дополнительно по специальным таблицам авторский знак, определяющий место книг с одинаковым индексом в книгохранилище. Таким образом, при поиске литературных источников по вопросам, связанным с проектированием технологического оборудования или новых технологических процессов, вначале следует обозначить ключевые слова, наиболее емко отражающие интересующие вопросы. Далее следует по алфавитно-предметному указателю найти индекс рубрики, в которой должна находиться интересующая литература. В библиотеках для удобства читателей алфавитно-предметный указатель обычно в виде карточек размещают в отдельном ящике предметного каталога. После определения рубрики просматривают соответствующие картотеки предметного каталога. При известной фамилии автора книги поиск удобнее проводить по алфавитному каталогу, в котором все книги расставлены в порядке букв алфавита фамилии (первой и последующих). Следует учитывать, что если книга издается под редакцией некоторого автора, то она в алфавитном каталоге занимает место по буквам названия. Чаще всего это относится к справочникам, нормативам, правилам и т.п. Поэтому справочник конструктора и справочник технолога в алфавитном каталоге могут находиться рядом, в то время как их рубрики по системе предметной классификации различны. Фонды библиотеки, в которой проводится поиск литературных источников, часто не являются полными, поскольку библиотека не получает всей издаваемой литературы. Поэтому для выявления всех имеющихся публикаций по интересующему вопросу, следует использовать Государственный библиографический ука232

затель Российской Федерации «Книжная летопись». Указатель издается с 1907 г., в настоящее время издателем является Бук-Чембэр Интернэшл в Москве, и выписывается, как правило, всеми научными библиотеками. «Книжная летопись» (КЛ) предназначена для текущего информирования о книгах и брошюрах, выходящих в России на всех языках по всем отраслям знаний и практической деятельности тиражом 100 и более экземпляров. Книжная летопись выходит еженедельно и содержит также информацию о выпусках продолжающихся изданий, имеющих тематические заголовки, а также о выпусках книжных серий. Отражаются также издания, отпечатанные за границей по заказу издателей России. Библиографические записи КЛ включают в себя: порядковый номер записи (с начала года); заголовок библиографической записи; библиографическое описание; номер государственной регистрации, под которым издание зарегистрировано в Российской книжной палате (указывается в квадратных скобках после библиографического описания); индексы УДК и ББК (располагаются в правом нижнем углу библиографической записи). Библиографические записи могут также иметь номер международной регистрации ISBN. В каждом номере КЛ помещают «Именной указатель», в котором приводят имена авторов, составителей, редакторов, переводчиков, иллюстраторов и т.д. В номерах КЛ имеются также «Указатель языков (кроме русского)», на котором напечатаны книги, «Нумерационный указатель библиографических записей книг и брошюр, на которые не изданы карточки» и «Указатель ошибочных ISBN». Содержание каждого номера КЛ разбито на разделы по индексам УДК, что облегчает поиск нужных изданий. Пример библиографической записи: 73631. Эксплуатация антиблокировочных систем легковых автомобилей : учеб, пособие / В.Е.Ютт, А.М.Резник, В.В.Морозов, А. И. Попов ; Моск. автомобил.-дорожи, ин-т (гос. техн. ун-т). — М. : Изд-во МАДИ (ТУ), 2003. — 224 с. : ил. ; 21 см. — Библиогр. : С. 221 -222. - 500 экз. - [03-66830]. — 1. Автомобильные тормоза — Антиблокировка. 2. Автомобили легковые — Эксплуатация. УДК 629.33.06 ББК 39.335.52-04 Аналогично проводится поиск информации в Государственном библиографическом указателе Российской Федерации «Летопись журнальных статей» (издается с 1926 г.), в котором приведены 233

названия статей, напечатанных в периодических изданиях. Например, просматривая информацию по УДК 629.3 «Наземные средства транспорта», находим: 1467. Сергии М. Ю. Оптимизация комплекса измерителей в АСУ процессов вулканизации при местном ремонте шин / М.Ю.Сергин // Приборы и системы. Упр., контроль, диагностика. — 2002. — № 6. — С. 12—14. — Рез. англ. 103036. Механическая мышца : пневмоавтоматика, возможности, алгоритмы управления / А. И. Марта, С. Г.Занозин, В. И. Каплун, Н.Б.Сафонов//Автомобильная промышленность. — 2003. — № 7 — С. 13— 16. — Продолж. следует. «Книжная летопись» и «Летопись журнальных статей» позволяют определить кем, когда и где были опубликованы печатные издания по интересующим нас вопросам. О содержании публикаций можно судить только по индексу УДК, названию публикации и ключевым словам. Более полную информацию по интересующим вопросам можно получить, используя фундаментальное издание Всероссийского (ранее — Всесоюзного) института научной и технической информации (ВИНИТИ) — это реферативный журнал. Реферативный журнал (РЖ) содержит библиографические описания с рефератами и аннотациями книг, статей из сериальных изданий и сборников, патентных документов, выходящих почти в 200 странах мира по естественным наукам и технике. Объем информации, даваемой в РЖ ВИНИТИ, исключительно велик и достигает около миллиона названий в год. Периодичность практически всех выпусков РЖ ежемесячная. В состав справочного аппарата сводных томов и отдельных выпусков, не входящих в сводные тома РЖ, входит содержание, система перекрестных ссылок, вспомогательные авторские и предметные указатели, патентные указатели, помещаемые либо в каждом номере, либо в 6 и 12 номерах за год, либо издаваемые ежегодно в виде самостоятельных выпусков. На начальном этапе поиска перспективных технологических процессов или проектирования технологического оборудования, используемого в ТЭА, следует провести обзор публикаций в РЖ 02. «Автомобильный и городской транспорт», который издается ежемесячно с 1963 г. Рефераты в РЖ разбиты на три раздела: А, Б, В, внутри которых имеются отдельные рубрики, например: А. Автомобилестроение Общие вопросы Б. Автомобильный транспорт Общие вопросы

234

Экономика, организация, управление, планирование и производительность на автомобильном транспорте. Техническая эксплуатация и ремонт средств автомобильного транспорта. Автосервис. Вопросы организации эксплуатации и технического обслуживания автомобилей. Эксплуатационная надежность. Эксплуатация и техническое обслуживание двигателя и его систем. Эксплуатация и техническое обслуживание колес и шин. Эксплуатация и техническое обслуживание прочих систем и узлов автомобиля. Оборудование для диагностики и проведения работ по техническому обслуживанию автомобилей и их узлов. Ремонт автомобиля. Сооружения для размещения, обслуживания и ремонта автомобилей. Охрана окружающей среды на автомобильном транспорте. Эксплуатационные материалы на автомобильном транспорте. Автомобильные перевозки. Подвижной состав автомобильного транспорта. Авторский указатель. Указатель использованных периодических и продолжающихся изданий. Патентный указатель. В. Городской транспорт Общие вопросы Каждая рубрика обозначена индексом УДК, каждый реферат имеет обозначение, включающее цифры года, месяца, шифр РЖ и раздела, порядковый номер реферата в журнале. В конце может стоять дополнительное обозначение: П — патент, Д — диссертация. Номера рефератов проставляются последовательно в нарастающем порядке. Например, ОЗ.Ю-02Б.126; 03.11-02Б. 148 П; 02.0702А.78Д. Для удобства поиска публикаций по фамилии автора РЖ имеет авторский указатель, в котором по алфавиту расставлены фамилии авторов с указанием обозначения реферата, помещенного в данном журнале. Так же может быть произведен поиск по названиям периодических изданий: журналов, тематических сборников и т.п. Информации, содержащейся в реферате, как правило, бывает достаточно для отбора публикаций, представляющих интерес для разработчика проектируемого технологического оборудования. Далее следует по указанному в реферате названию публикации найти ее для подробного ознакомления.

235

Для более полного информационного обеспечения решений вопросов ТЭА может оказаться полезным также РЖ 39 «Двигатели внутреннего сгорания», РЖ 48 «Машиностроительные материалы, конструкция и расчеты деталей машин. Гидропривод», РЖ 14 «Технология машиностроения, станки, механосборка, монтаж, эксплуатация и ремонт машиностроительного оборудования». 11.4. Поиск технических решений в патентных источниках При разработке технического задания на проектируемое технологическое оборудование или технологический процесс обзор патентных источников (описаний полезных моделей, изобретений и патентов) позволяет оценить достигнутый технический уровень разрабатываемой техники и тенденции ее развития. При разработке технического предложения анализ патентных источников расширяет возможность выбора конструктивных вариантов и принятия прогрессивного технического решения. В конечном счете, целью патентного поиска является получение исходных данных для обеспечения высокого технического уровня и конкурентоспособности проектируемых объектов техники, использования современных научно-технических достижений и исключения неоправданного дублирования исследований и разработок, а также предотвращения неумышленных нарушений прав владельцев интеллектуальной собственности — авторов патентов. При проведении поиска по источникам патентной информации вначале следует определить предмет поиска и регламент поиска, т.е. программу, определяющую область проведения поиска и его ретроспективу (глубину по годам). Если разрабатывается устройство, то предметом поиска могут быть: устройство в целом (общая компоновка, принципиальная схема); принцип (способ) работы устройства; узлы и детали; материалы, используемые при изготовлении отдельных элементов устройства; технология изготовления устройства; область возможного применения. Если темой патентных исследований является технологический процесс, то предметом поиска могут быть: технологический процесс в целом; его этапы; исходные продукты; промежуточные продукты и способы их получения; 236

конечные продукты и область их применения; оборудование, на базе которого реализуется технологический процесс. При проведении патентных исследований используют Международную патентную классификацию (МПК), основным назначением которой является облегчение поиска аналогичных технических решений, которые могут находиться или в специальных классах (по отраслевой принадлежности), или в функциональных классах (по принципу действия). Это, а также целый ряд других особенностей МПК, вызывает у людей, впервые приступающих к работе с ней, затруднения при выборе рубрик, отвечающих определенному тематическому запросу. С 2000 г. действует седьмая редакция МПК, которая охватывает все области знаний, объекты которых могут подлежать защите охранными документами. Вся информация МПК разделена на восемь разделов, обозначенных латинскими буквами: А — «Удовлетворение потребностей человека»; В — «Различные технологические процессы; транспортирование»; С— «Химия; металлургия»; D — «Текстиль; бумага»; Е — «Строительство; горное дело»; F — «Механика; освещение; отопление; двигатели и насосы; оружие и боеприпасы; взрывные работы»; G — «Физика»; Н — «Электричество». Каждый раздел публикуется в отдельном томе, в оглавлении к каждому разделу помещен перечень относящихся к нему классов и подклассов. Родственные классы условно объединяются в подразделы. Иерархия структуры МПК выражается в разбивке всех областей знаний на несколько уровней. В нисходящем порядке эти уровни иерархии соответствуют разделам, классам, подклассам, основным группам и подгруппам. Точки перед текстом рубрик как бы заменяют собой текст вышестоящих групп с меньшим числом точек и позволяют избежать его повторения. Индекс класса состоит из индекса раздела и двухзначного числа, далее идет заголовок класса, например: В08 Чистка. Далее может быть приведено содержание класса, перечисляющее тематику и обозначение подклассов. Индекс подкласса состоит из индекса класса и заглавной буквы латинского алфавита с кратким перечнем относящейся к нему тематики групп. Далее идет индекс группы или дробный рубрики МПК. Например: В08 В Способы и устройства общего назначения для чистки и предотвращения загрязнения. 237

BOS В 1/00 ... чистка с помощью инструментов, щеток и т.п. В08 В 3/08 ... чистка жидкостью, обладающей химическим или растворяющим действием. В обозначениях рубрик вместо наклонной черты может использоваться двоеточие как знак индекса кодирования в гибридных системах. Если техническая сущность изобретения не в полной мере подпадает под принятые рубрики МПК, то при обозначении таких изобретений к классификационному индексу может быть прибавлен знак «X». Например: А61 ВХ. В некоторых случаях заголовок класса, подкласса и т.д. в МПК имеет фразу, заключенную в скобки и содержащую отсылку к другой рубрике, где может быть рассмотрен этот же вопрос. Например: В08 В 3/14 ... удаление мусора из моющего раствора (обработка воды вообще С02 F) [7]. Арабская цифра в квадратных скобках в конце рубрики указывает редакцию МПК. Текст первой редакции международного классификатора был создан в 1954 г.; МПК периодически пересматривается с целью совершенствования системы с учетом развития техники. Номер редакции указывается арабской цифрой в виде показателя степени. Например, для документов, классифицируемых в соответствии с пятой редакцией МПК, рекомендуется проставлять «МПК5». В нашей стране до шестой редакции использовалось обозначение МКИ (Международный классификатор изобретений). Текст рубрики, выделенной в МПК курсивом, означает, что данная рубрика является либо новой по сравнению с другими редакциями МПК, либо претерпела изменения. Для облегчения ориентации в МПК в ней разработан алфавитно-предметный указатель (АПУ), в котором все технические понятия, содержащиеся в МПК, расположены в алфавитном порядке. Алфавитно-предметный указатель имеет следующую структуру: на «входе» указателя помещают термины из различных отраслей знаний, на «выходе» указаны рубрики МПК. Ведущие (основные) термины АПУ расположены в алфавитном порядке и образуют так называемые «гнезда». Слова текста, повторяемые в рубрике «гнезда», заменяют тире (за исключением предлогов и союзов, которые просто опускают) Например: Ремонт - транспортных средств В60 S 5/00-5/06 на гусеничном ходу В62 D 55/32 238

Определив по МПК классификационные рубрики, приступают к поиску имеющихся изобретений и полезных моделей. Вся полезная информация об изобретении излагается в описании и формуле изобретения. Эти материалы сопровождают заявление о выдаче патента или авторского свидетельства, а после признания заявленного предложения изобретением или полезной моделью, становятся документами, которые выполняют кроме информационных и правовые функции. Наиболее удобным для патентного поиска является использование официального бюллетеня Российского агентства по патентам и товарным знакам «Изобретения и полезные модели». Бюллетень изобретений (БИ) издается с 1924 г., выходит три раза в месяц, обычно, в 3 —4-х частях (журналах) со сквозной нумерацией страниц. Бюллетень изобретений публикует название изобретения или полезной модели, регистрационные данные, а также реферат (с рисунками или без) и формулу изобретения. В БИ включены по разделам МПК заявки РФ на изобретения, патенты РФ на изобретения, патенты и свидетельства РФ на полезные модели, систематический указатель (по рубрикам МПК) и нумерационный указатель (в порядке возрастания номеров) патентов и свидетельств, извещения о досрочном прекращении или продлении действия патентов и др. В начале каждого БИ приводятся в порядке возрастания коды для идентификации библиографических данных, которые используют в обозначениях приводимой в БИ информации. Например: (22) — дата поступления заявки (51) — индекс МПК (54) — название изобретения или полезной модели (57) — реферат, формула изобретения или полезной модели (71) — имя заявителя (72) — имя автора, код страны Использование кодов позволяет быстро просматривать БИ, обращая внимание только на интересующий вид информации. Просматривая систематический указатель, пытаются найти интересующую рубрику МПК (например, В08 В 1/00), если она отсутствует, то в данном выпуске БИ нет нужных изобретений и полезных моделей. Ежегодно БИ публикует сводный том систематического указателя, позволяющий выявлять наличие нужных патентных документов в целом за год. 239

Для патентного поиска зарубежных изобретений можно использовать тематические подборки Всероссийского института патентной информации «Изобретения стран мира» (ИСМ). Информации, приводимой в реферате и формуле изобретения, обычно бывает достаточно для того, чтобы определить соответствие изобретения решаемой задаче. Зная регистрационный номер и рубрику МПК нужно в патентных фондах найти описание изобретения для подробного его изучения. Описания изобретения устройства, способа или вещества составляются по установленным формам и содержат реферат, описание области применения изобретения, анализ аналогов, описание задач изобретения и его сущности. Описание устройства содержит перечень прилагаемых рисунков и составных элементов, затем описывается принцип действия устройства и поясняется его эффективность. Заканчивает описание изобретения формула — это словесное изложение сути технического решения, составленное по определенным правилам. Рисунки, приведенные в описаниях изобретения, несут сугубо смысловую нагрузку, поэтому включают только элементы, раскрывающие суть изобретения. Рисунки изображают устройство упрощенно без детализации и соблюдения требований ЕСКД и могут существенно отличаться от реальной конструкции устройства. Обзор патентных источников целесообразно проводить в несколько этапов. Вначале следует ознакомиться с описаниями устройств, близких по конструкции и выполняемым функциям проектируемому технологическому оборудованию, т.е. его аналогами. Затем следует просмотреть патентные источники по отдельным элементам оборудования: схемам и узлам привода, рабочим органам, зажимным устройствам, предохранителям, сигнализаторам и т.д. В результате такого изучения патентных источников инженер может получить представление о техническом уровне разрабатываемой конструкции оборудования и накопить знания, необходимые для разработки новых технических решений. Изучая патентные источники на временном интервале 10— 15 лет, можно выявить тенденцию развития разрабатываемого технологического оборудования, для чего следует принимать во внимание следующее: направление изменения потребительских свойств технологического оборудования, связанных с изменением конструкции обслуживаемых автомобилей или их состоянием (например, старенигм парка по отдельным моделям автомобилей и т.п.); наличие научно-технического потенциала в развитии связанных с разрабатываемым устройством технических решений: применения новых конструкционных материалов, новых технологий изготовления деталей, методов конструирования и т.д.;

240

изменения в технической политике, обусловленные организационными формами содержания и обслуживания автомобильного парка, его принадлежностью и т.п.

11.5. Поиск специальной информации во всемирной компьютерной сети Интернет При решении задач, связанных с оснащением процессов ТЭА новым технологическим оборудованием и перспективными технологиями выполнения работ, целесообразно использовать все возможные источники, которые бы позволили собрать наиболее полную информацию по вопросам решаемых задач. В настоящее время доступ к всемирной компьютерной сети Интернет означает доступ к огромному хранилищу различного рода информации, включая патентную и научно-техническую, которые так необходимы на разных стадиях проектирования. Популярность Интернета еще связана и с тем, что именно в глобальной сети можно найти самую свежую интересующую информацию, так как ежедневно в ней появляются миллионы новых документов, которые без поисковых систем могли так и остаться невостребованными. Поэтому каждому пользователю Интернета необходимы навыки поиска информации. На данный момент существуют несколько русскоязычных поисковых систем, однако наиболее крупными и удобными для поиска научно-технической информации являются серверы Yandex и Rambler. Поисковая система Yandex начала работать с сентября 1997 г. На сегодняшний день это крупнейшая поисковая система русской части Интернета: по состоянию на начало 2003 г. число проиндексированных этой поисковой машиной документов составляло около 56 млн [ I I , 5]. Зайти на сервер Yandex возможно несколькими способами. По адресу www.yandex.com расположен «вход» для англоязычных пользователей. Можно прямо здесь (в поле I'm looking for:) ввести ключевые слова запроса (в том числе и на русском языке) и щелкнуть на кнопке Search, а можно начать поиск с каталога. Его пиктограмма — крайняя справа в целом их ряду, расположенном между строками англоязычного текста. Русскоязычным пользователям удобнее входить через «дверь» www.yandex.ru (рис. I l . l ) . Хотя каталог Yandex весьма удобен и содержит множество ссылок на самые разные русскоязычные сайты, не менее сильная сторона этого поисковика — его язык запросов, позволяющий пользователю весьма конкретно объяснить, что именно он ищет. При этом пользователь может задавать вопросы на естественном для него языке. Например, можно ввести в поле «Я ищу» слова:

241

з трЗ Литература Кино Фото Афнща

техника Компьютеры Книги Музыка Видео вари Карты Адреса и

Москва Петербург Екатеринбург Граснаярс* Нижяия Новг идд Иовссмбкоск Тольятти

СО 10 бокс Матч еияьнеиши! профессионалов мир; Первый 00.10 Футбол Спорт

ш

Рис. 11.1. Начальная страница поисковой системы Yandex

«стенд для правки кузовов», и Yandex прекрасно поймет пользователя, потому что проводит морфологический поиск с учетом падежей существительных и спряжений глаголов. Непосредственно под полем ввода ключевых слов расположен переключатель, позволяющий указать направление поиска. Можно искать информацию «Везде» (на других поисковиках аналогичная кнопка обычно называется «В Internet»), «В каталоге», в рубриках «Новости сайтов», среди предлагаемых к продаже товаров (кнопка «Маркет»), в словарях и энциклопедиях («Энциклопедия»). Yandex может также найти изображения и рисунки («Картинки»). Может показаться не вполне понятным, зачем осуществлять поиск нужного документа в каталоге, если вы пользуетесь поисковой машиной. В каталоге обычно бывают представлены сайты, полезность которых проверена редакторами поисковых систем. Однако нужной рубрики в каталоге может не оказаться или искомые документы могут подпадать сразу под несколько рубрик. Ограничивая область поиска по заданным ключевым словам каталогом, вы тем самым автоматически отсеиваете ненужные сайты. Нажав на клавишу «Найти», получаем возможность просмотреть страницу поисковой системы, на которой указаны адреса

242

сайтов, где может храниться интересующая информация по указанной теме (рис. 11.2). Просмотреть интересующий сайт возможно путем нажатия на пиктограмму соответствующего названия в странице поискового сервера, после чего открывается следующая страница (рис. 11.3). Просматривая открывшуюся страницу сайта, можно выбрать модель интересующего стенда для правки кузовов и просмотреть его характеристики (рис. 11.4, 11.5). Вполне возможно, что на других найденных сайтах может содержаться более подходящая интересующая информация (рис. 11.6). На открытом сайте также можно просмотреть конструкции стендов для правки кузовов (рис. 11.7, 11.8). Поисковая система Yandex позволяет проводить и сложный поиск. Независимо от того, в какой форме было использовано слово в запросе, при поиске учитываются все его формы по правилам русского языка. Если слово в запросе было набрано с большой буквы, то будут найдены только слова с большой буквы (если это слово не первое в предложении), в противном случае будут найдены как слова с большой, так и с маленькой буквы. По умолчанию поиск учитывает все формы заданного слова согласно прави-

о о ЯМех

Все для вдувных и малярных рае I Сгенды для правки цдовов I Наборы для правки кухоаов | Стенды для правки кузовов *rt*w tlsauto пУрпсе-киготЗ htm (15 КБ) 14 10 2003 — совпадение фразы £ще t сайта (4)

2

Рубрика Оборудование для АЭС

Стенд для рравки кузова МК 02 НОРМА Каталог ...нового оборудования

портап

Стенд для правки куюва МК02 НОРМА Стенд для правки деформированных участие куювов пегковыч автомобилей всех маро

ииеющи* отбортовку

ow_equip php?equip id 274 (15 КБ) — овп ад ение фразы

Стенд для правки куювов универсальный для к) гидравлика ID т Стенд для правки куаовва универсальный для к;

! HOHTS люб cm типа э его побил си

е устройств!

>монта любого типа автомобилей

е устройств! Разместить оЬьзвленме по славам

www gara-kem ш/katalog shlmUnghtS 3 1/ndex Mm (26 КБ) —

1аденне фразы

Оборудование для автосервиса Гранд стандарт. Оборудование и инструмент для автосервисов торговых марок GRUBER & STE N БЕМС F HVDRAULIK КАМАЗА TOOLS ZECA MOTOPSUAN KAHS TELWIN Каталог цены грод^ Стенды дли правки кушвов ww* grand auto m/calalog/d agnostics/olhe /pravka/ (20 КБ) — совпадение фразы

АСТРА 96. Каталог

Оборудование для аетп ервисз Стенды для праакк куювов wmv a5lra96 ru/calalog &hl

ubgicjp_ it^7&gri)ti|) id~1 f КБ* — совладений фразы

Стандыдпя правки кузова.пегковыхавтомобипей. ИН

Рис. 11.2. Страница поискового сервера, на котором можно найти Webузлы поставщиков и производителей гаражного оборудования

243

Ст нддалпров «yj«»g§ ywotp s

Ti любого тип* **TOHo6im

IT» любого nntot мобнпрй Mio»oe устройство гндршт» 0' muftjnurj и 10 т

с, 5048А алюминиеези выправ мни р годъепного мвхани мэ 500Х Оснащ и a ui рампами и ручной лебедкой вы прав очи аи о нащена рехиырнирн» и механизмом эри чему ожно провод ь выправу у в г збом

naif am xyaoioi уша>рс«пш& «u куюшаго рила

дм сумки |уч.ю> pm-ttamiioH. igvuea pMAJM^M для яр*»™ РЛПЮ» pmtMiu ковпрущня рмЩ | ен

s. ynpoftcnv. гкцимв! 101

кея rpynpwjoej2 стяишус^ойоя.пд^м»д»410т_ i puot) 2 смкшмс ;пройп>«. гмдршяии ID т

ационалвма л при зведитвльна по сравнению ц ионными еыпрзаочными с ендэнн Подъемный м можно о дели ь от стенд* и исполь ова ь в вн подъе няка ч очень удобно в у лов я jj а» омастерски Быстро а креплен я

Рис 11 5 Страница стенда для правки кузовов Autorobot XLS Рис 1 1 3 Начальная страница Web-узла «ГАРО-СИСТЕМ» О 123 " ПРФ1ССНОНАЛ 210 ли правы iy oeeefHiarp опием /и ьу о! ^ / ы ч» •nun лвпкииобинй ^fUAcwri]/ nqytKnaa чролликп

Функцион ал ьные о с обе н нд с т и ВОЗМОЖНА ПЛАВНАЯ РЕГУЛИРОВКА ЗАХВДТНЬ УСТРО1 СТБ ПО ДЛ НЕ И ШИРИНЕ ТРИ СТЕПЕНИ РЕГУЛИРОВКИ ПО ВЬ ТЕ ЗА ВАТНЫХ УСТРОЙСТВ ПРОСТОТА УСТАНОВКИ АВТОМОБИЛЯ НА ТЕНД ПРИ ПОМОЩИ ПОДКАТНОГО ГИДРАВП ЧЕ КО О

ПОДЪЕМНИКА И ТРАПОВ ВХОДЯЩИХ Ё КОМПЛЕКТ ЗАКРЕПЛЕНИЕ СИЛОВЬX УСТРОЙСТВ К РАМЕ ПОМОЩЬЮ КЛИНОВОГО ЗАЖИМА ВЬСОКДЯ ТОЧНОС Ь ВЕКТОРА ПРИЛОЖЕН! q УСИЛИЯ ВЬ ТЯЖКИ С ПОМОЩЬЮ РУЧН ГИДРОНАСОСА

Комплектация комплек УЕТС» БЛОКАМИ для испрдапен я ПОВРЕЖДЕННОГО ДНИЩА

в комплект СТЕНДА входит СПЕЦО НА

А

(ЦЕПИ ЗАЖИМЬ РАСШИРЯЮЩАЯ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПРАВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННЬ ДЕТАЛЕЙ С ВЬ СОК И ТОЧНОСТЬЮ ПО ДОПОЛНИТЕЛЬНОМУ ЗАКАЗУ КОМПЛЕКТУЕТ q СПЕЦИДЛЬНЬМИ

Рис 11 4 Страница стенда для правки кузовов КС-105 244

лам русского языка Однако существует возможность поиска по точной словоформе, для этого перед словоформой надо поставить восклицательный знак В рассматриваемом примере (стенд для правки кузовов) информация была найдена довольно быстро Однако в некоторых случаях, когда требуется, например, подобрать оборудование с определенными характеристиками, необходимо их уточнить при вводе ключевых слов Информационная поисковая система Rambler относится к немногочисленному разряду универсальных программ, объединяет в себе поисковую машину, рейтинг, каталог, а также предоставляет целый ряд сервисов — бесплатная почта, чат, словари и т д Кроме того, Rambler сообщает последние новости и позволяет прослушивать через Интернет программы радиостанций Ежедневно Rambler обрабатывает свыше 600 тыс запросов В его базе содержится информация о 12 млн документов, ежедневно несколько одновременно работающих программ-роботов сканируют 48 тыс сайтов [11, 15] Поскольку Rambler — это еще и пользующийся высоким авторитетом рейтинг, при поиске в его каталоге можно получить о том или ином включенном в него сайте много статистической информации При сложном поиске опускаются стоп-слова, — предлоги, артикли и т п Большие и маленькие буквы, как правило, не разли245

Рис. 11 7 Страница стенда для правки кузовов легковых автомобилей «ПРОФЕССИОНАЛ» Профессионал оаио силовое устр<*ство

Профессионал аано силовое устройство 10т гщравлик

Рис. 11.6. Начальная страница Web-узла «ТЕХНОСЕРВИС»

чаются Но если запрос состоит из двух, трех или четырех слов, каждое из которых написано с большой буквы, то предполагается поиск по имени собственному. Тогда поисковая машина автоматически изменяет ограничение на расстояние между словами запроса со значения по умолчанию на малую величину, значение которой пропорционально количеству слов запроса. Это позволяет находить группу слов, внутри которой присутствует не более одного «лишнего» слова или знака препинания. Если запрос состоит из нескольких слов, и при этом некоторые из них вообще не удалось найти в Интернете, то выдаются результаты поиска по частичному запросу, из которого отсутствующие в Интернете слова исключены. При этом на странице результатов поиска выдается соответствующая диагностика. Предположим, что в результате проведенного кинематического расчета разрабатываемой конструкции нового устройства возникла необходимость в использовании червячного редуктора с передаточным отношением 80. Выйти на интересующий Web-узел возможно с помощью поискового узла www.rambler.ru. Начальная страница поисковой системы Rambler представлена на рис. 11.9. Для того чтобы найти сайты, на которых может содержаться необходимая информация, нужно ввести в поле «Искать» ключевые слова, например, «редукторы червячные». 246

В результате поиска, появляется возможность просмотреть страницу поисковой системы, на которой указаны адреса сайтов, где может храниться интересующая информация по указанной теме (рис. 11.10). Язык запросов Rambler не отличается обширным «словарным запасом». Однако эта поисковая система позволяет проводить расширенный поиск, благодаря чему даже неискушенные пользователи могут значительно сужать круг поиска, а значит повышать его результативность.

Рис 11 8 Страница стенда для правки кузовов «МАСТЕР» 247

«М<шкопскин 1>ед\кторныи лавод» Продукция реддкторного производства

ву\<тупенчатыЕ ie cjsc^jjbiMii цдлщЬованиыми зубчатыми п

двужтупенчдты*- ориаожтапь ые с чапепленпемНовикова типов ЩУ. 11РУ. ЩН.1ШН • Редукторы двухсттпенчат ' Редукторы двухступенчатые

тр вх с турсич ат мс

£ зацездевнеж Новикова тидзе Ц3>. 1ЩУ с зацеплевиемНэвихоБатипов II Н Щ^Р

Рис. 11 9 Начальная страница поисковой системы Rambler

о о

««>

Rctmbler и Реддоопы чермчнь р

QQQ ТЕХПРИЕ'-'Д

[Редукторы червячные 11 РЕДУКТОРЫ

НАЗНАЧЕНИЕ Редопры «р»пхи о дно ступммиые универсальные 440 24 ИЗ 24 S4 теияотся редртраш общего

2 Мотор редукторы че

гнноижрутяцгга

й одноступенчатые 2МЧ^Ш,_2МЧ 63. 2МЧ 80

-Ф 2МЧ-ЙЗ 17 Ю 2004 *>КЬ Ь Ц) /mvwmmafu/Hprb'rtduilou'inot

hup. 'www.miipz.fg. (gee 9 7j)

3 ПО Крэстехпромсервис Цдны на оборудование Редукторы червячные, в^рти^апьнь е. и<зн вьеиот р редукторы РадУКТОРЫЦЕНЫСОСТОЯННЕСКЛАДАПАСПОРТНАЯДОКУМЕНТАЦИЯАдр с гом верттманыг ^«иовьге истор-^едакяриТипЦмируб PegJfHf ы «ркппк однпупыгаа 30032004 19КЬ http /wwwklps нмпшРр-З&рпге-Н Воссиноыдъ нкст Найти похожие

Пир. -Www.taire.ccni ru fee ° __;_4)

Рис 11.11. Страница Web-узла ОАО «Майкопский редукторныи завод» Просмотреть интересующий сайт возможно путем нажатия на пиктограмму соответствующего названия в первой или последующей странице поискового сервера (рис. 11.11). Далее обычным образом открываются страницы сайта, на которых можно просмотреть перечень предлагаемых редукторов с указанием их технических характеристик. Рассмотренные примеры иллюстрируют возможности поиска с помощью Интернета информации, необходимой при решении вопросов ТЭА (при разработке новых технологических процессов, разработке или приобретении нового технологического оборудования и т.д.).

4 ЧЕРВЯЧНЫЕ РЕДУКТОРЫ

П^0320СМ бКЬ http Jwww sibnifo neUPioducte/nbreductor itd/и.

Восстановит TMCT Наитпиожие

hflp. www dhltrfp »el (Ec.ero94i

5 Редукторы червячные одноступенчать е 54 100

12112001

9КЬ Mtpy/wxrwpnvodiu'rtAic.isMoykDiWvotm 4htm Восстаишяп

Редукторы чер|

л 24. Ч

ЗАО ТПК 'Редрпч" ГЛАВНАЯ РЕДУКТОРЫ ПРАЙС КОНТАИЫ Редтга^ы РМ РЦД Ptftrnfu 4ffкпяыс 24 Ч М агор гедрсл^ы 27В83Ш4 ЗРКЬ http /wwwtptaedru/reductt ch2pt

ЬИр. www.tpfcied ru (всего 15)

Рис. 11.10. Страница поисковой системы с адресами интересующих сайтов 248

11.6. Нормативно-правовое обеспечение технической эксплуатации автомобилей Информационное обеспечение процессов ТЭА и эксплуатации автомобилей включает в себя составной частью нормативно-правовые документы, регламентирующие деятельность служб автотранспортных и других, связанных с автомобильным транспортом, предприятий. Нормативная база представляет собой систему законов, инструкций и положений, устанавливающих порядок 249

взаимодействия, количественные характеристики использования различных ресурсов, показателей, параметров состояния автомобилей и связанных с ними процессов. Нормативные документы могут быть разделены по уровню ответственности на государственные, отраслевые и разработанные внутри предприятий автомобильного транспорта. Для удобства использования государственные и отраслевые нормативные документы могут быть разделены по областям деятельности (Приложение 6). Конечной целью нормативной базы является определение оптимальной технической политики отрасли автомобильного транспорта, не противоречащей требованиям смежных отраслей и законодательно установленным нормам. Следует иметь в виду, что вследствие непрерывно идущего процесса законотворчества нормативная база постоянно изменяется за счет введения новых нормативных актов, отмены действующих положений или изменения их отдельных пунктов. В реальной практической деятельности следует пользоваться только актуализированной нормативной базой, для чего нужно постоянно следить за всеми вводимыми в действие нормативными актами. Наиболее приемлемым способом такого контроля является использование услуг, предоставляемых в электронном виде информационными правовыми системами «Кодекс», «Консультант» или «Гарант». Разработчиками данных систем предусматривается не только постоянное обновление нормативной базы за счет поступления новых нормативных актов, но и введение изменений в ранее принятые действующие документы, сопровождение этих изменений необходимыми комментариями и выделение их подчеркиванием или другими удобными для пользователя способами. Наиболее распространенными нормативными документами, разрабатываемыми предприятиями автомобильного транспорта, являются: предельные нормативы периодичности ТО-1 и ТО-2 с учетом возраста автомобилей и условий эксплуатации; нормативы на объемы работ ТО и ТР автомобилей предприятия в соответствии с условиями эксплуатации; нормативы на предельно допустимые состояния элементов автомобилей; нормативы на необходимый оперативный запас частей и агрегатов на промежуточных складах; нормы расхода запасных частей, топлива и других эксплуатационных материалов; дифференцированные нормы пробега шин; предельное время простоя автомобилей в ТО и ТР; положения и правила стимулирования работников за качественный труд; 250

мероприятия по обеспечению безопасных условий труда, санитарно-гигиенических норм и т.д. Нормативы предприятий не должны противоречить нормативам государственного и отраслевого уровня, дополняя и конкретизируя их в соответствии с фактическими условиями эксплуатации автомобилей на основе научно обоснованных методов решения поставленных задач. Необходимым условием этого является хорошая информационная обеспеченность инженерных служб предприятий и высокая квалификация их работников. Контрольные вопросы

1. Как определить название стандарта, если известен только его номер? 2. Как найти нужные стандарты по известным наименованиям объектов, которые могут быть описаны стандартами? 3. В каких случаях стандарты публикуются в виде отдельного документа или в виде сборника? 4. Что означают звездочки в обозначении стандарта? 5. Для чего нужны классификаторы продукции? 6. Какую роль играет последняя цифра в обозначении продукции по ОКП? 7. Для чего предназначены УДК и ББК? 8. Что означают первые три цифры 6, 2 и 9 в индексе УДК? 9. Почему техническая литература и другие публикации разных лет издания могут иметь отличающиеся индексы УДК? Сколько лет используется УДК? 10. Может ли публикация иметь не один, а несколько индексов УДК? Если может, то почему? 11. Если известен автор книги, то следует ли обращаться к предметному каталогу библиотеки? 12. В чем особенность поиска в библиотеке необходимых справочников? 13. Какую информацию можно найти в книжной летописи и в летописи журнальных статей? 14. Какую информацию можно найти в реферативных журналах? 15. Если вам известна фамилия специалиста по какому-то научному направлению, то как можно узнать о наличии его публикаций в последние годы? 16. Как в реферативном журнале отличить описание патентов и диссертаций от остальных публикаций? 17. Из каких разделов состоит МП К? Как обозначается раздел, включающий изобретения, связанные с технологическими процессами и транспортом? 18. Как найти индекс рубрики МПК, объединяющей изобретения, связанные с заданной тематикой, например, ремонтом транспортных средств? 19. Существуют ли принципиальные отличия МКИ4 от МПК7? 251

20 Как можно убедиться в том, что за прошедший год не было зарегистрировано ни одного патента по тематике интересующей рубрики

мпк?

21. Какие вы знаете русскоязычные поисковые системы? Как они вызываются при входе в Интернет? 22. Как следует искать нормативные документы государственного уровня?

Г Л А В А 12

ВЫБОР СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ

12.1. Общие понятия о показателях качества технологического оборудования и его выборе Техническая эксплуатация автомобилей невозможна без применения средств механизации технологических процессов, т.е. специального технологического оборудования, позволяющего диагностировать состояние подвижного состава автомобильного парка, производить регулировочные, ремонтные, крепежные и смазочные работы, а также осуществлять очистку и мойку автомобилей, их агрегатов и деталей. Использование технологического оборудования способствует повышению качества и производительности проводимых в ТЭА работ, обеспечивает безопасность труда производственных рабочих, снижает экономические затраты на поддержание автомобильного парка в исправном состоянии. Разнообразие конструкций агрегатов всего модельного ряда автомобилей требует широкой гаммы технологического оборудования, применяемого в практике ТЭА. В настоящее время рынок технологического оборудования заполнен, в основном, дорогими моделями иностранного производства, а оборудование, используемое в АТП, зачастую является старым и изношенным. В этой ситуации существенно возрастает роль инженеров, способных произвести обоснованный выбор наиболее приемлемой модели приобретаемого нового технологического оборудования и знающих, как обеспечить нормальную работу старого оборудования путем его ремонта и модернизации, умеющих спроектировать приемлемое для изготовления в условиях АТП, СТО или АРЗ технологическое оборудование, оснастку, инструмент. Таким образом, инженер должен решать проблему механизации технологических процессов технической эксплуатации автомобилей, выбирая оптимальное решение. Выбор любого продукта и технологического оборудования в рыночных условиях всегда определяется соотношением его цены и качества. Если цена задается производителем (продавцом) технологического оборудования, то оценка качества является задачей потребителя (покупателя). В общем случае качество технической продукции оценивается показателями ее технического уров253

ня на всех этапах ее жизненного цикла: при проектировании и конструировании, при изготовлении и в процессе эксплуатации. Под техническим уровнем понимается относительная характеристика качества продукции, основанная на сопоставлении (соотношении) значений показателей свойств, отражающих техническое совершенство продукции с соответствующими значениями лучших образцов техники. В нашем случае основное значение имеет технический уровень технологического оборудования в условиях эксплуатации, но определение его на стадии выбора оборудования является проблематичным. Вследствие конкурентной борьбы производители сложного технологического оборудования стремятся минимально раскрывать сущность используемых в его конструкции и технологии изготовления технических решений, что также существенно осложняет оценку качества технологического оборудования при его выборе. Обычно для оценки уровня качества продукции все показатели качества группируют следующим образом [32]: 1) показатели назначения; 2) показатели экономичного использования сырья, материалов, топлива и энергии; 3) показатели технологичности; 4) показатели транспортабельности; 5) эргономические показатели; 6) экологические показатели; 7) показатели безопасности; 8) эстетические показатели; 9) показатели стандартизации и унификации; 10) патентно-правовые показатели; 11) показатели надежности; 12) экономические показатели. Основной проблемой выбора технологического оборудования является отсутствие в руководстве по его эксплуатации четко сформулированных показателей качества по всем указанным группам. Обычно более или менее подробно в руководстве даны в виде технических характеристик показатели назначения, которые характеризуют степень соответствия оборудования его целевому назначению, остальные показатели качества производители технологического оборудования стараются представить только в рекламных целях. Показатели экономичного использования сырья, материалов, топлива и энергии при выборе технологического оборудования для ТЭА учитывают, главным образом, только с позиции наличия или отсутствия источников энергии и сырья в местах использования выбираемого оборудования. Например, если производственный участок не имеет системы централизованного обеспечения сжатым воздухом, то выбор оборудования с пневмоприводом вряд 254

ли можно считать приемлемым. Или, например, окрасочное оборудование, работающее на особом виде краски, которая не может бесперебойно поставляться на предприятие, также вряд ли может быть рекомендовано для выбора. Показатели технологичности характеризуют ее как совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда, материальных и финансовых средств, времени и других ресурсов при технической подготовке производства, при изготовлении, эксплуатации и ремонте, при выборе оборудования обычно оценивают только с позиции эксплуатации. В этом случае технологичность оборудования выражается его ремонтопригодностью. Некоторые показатели ремонтопригодности технологического оборудования могут быть установлены по информации руководства по эксплуатации: число видов используемых смазочных материалов, периодичность плановых обслуживании и т.д. Показатели транспортабельности применяются при оценке мобильности технологического оборудования. Оценка транспортабельности технологического оборудования на стадии его выбора обычно не представляет особой сложности, поскольку оборудование на продажу чаще всего поступает от производителя в упакованном виде применительно к конкретному виду транспорта (автомобильному, железнодорожному, водному или воздушному). Эргономические показатели характеризуют технологическое оборудование в системе человек — машина и учитывают его приспособленность к антропометрическим, биомеханическим, физиологическим и инженерно-психологическим свойствам человека, проявляющимся в производственных процессах. Количественно выражаемые эргономические показатели могут быть приведены в руководстве по эксплуатации технологического оборудования, часть показателей может быть оценена при демонстрации работы оборудования на презентациях (показах нового оборудования на выставках). Экологические показатели технологического оборудования характеризуют уровень его вредного воздействия на окружающую среду в процессе эксплуатации. В общем случае это могут быть химические, механические, биологические, световые, звуковые, радиационные и другие воздействия. При оценке уровня качества оборудования по этим показателям исходят из требований и конкретных норм по охране окружающей среды, устанавливаемых государственными и международными стандартами в области охраны окружающей среды. Достаточно убедительным подтверждением качества технологического оборудования по этим показателям может служить выдаваемый в установленном порядке сертификат соответствия. Группа показателей безопасности технологического оборудования характеризует такое состояние условий труда, при котором с 255

определенной вероятностью исключена опасность, т.е. возможность повреждения (травмы, увечья) или ухудшения (профессиональные заболевания) здоровья человека. Оценка безопасности оборудования предполагает соблюдение нормальных условий его эксплуатации с учетом вероятностной природы проявления опасных и вредных для здоровья человека факторов. Качественным показателем безопасности может быть наличие средств индивидуальной зашиты, устройств автоматической остановки процесса при возникновении опасных ситуаций и других, специально предусмотренных средств, наличие которых может быть выявлено при анализе конструкции оборудования. Эстетические показатели характеризуют информационную выразительность, рациональность формы, целостность композиции, совершенство производственного исполнения и стабильность товарного вида технологического оборудования. При выборе технологического оборудования оценка его эстетических показателей в принципе не составляет большой сложности при наличии определенного вкуса и представлений о современной моде. Показатели стандартизации и унификации технологического оборудования характеризуют насыщенность его конструкции стандартными, унифицированными и оригинальными частями. Как правило, увеличение доли стандартных элементов (комплектующих) в составе оборудования снижает его стоимость и делает более прогнозируемыми показатели надежности. Конструктивная унификация направлена на технически обоснованную минимизацию числа используемых типов комплектующих, что также снижает стоимость оборудования и делает более прогнозируемыми показатели надежности. Удачное использование оригинальных технических решений в конструкции оборудования позволяет получать качественно новые эксплуатационные свойства оборудования. Таким образом, выбираемое технологическое оборудование должно иметь оптимальное сочетание стандартных, унифицированных и оригинальных элементов. Патентно-правовые показатели характеризуют степень патентной защиты и патентной чистоты конструкции оборудования. Патентная чистота выражает правовую возможность реализации оборудования как внутри страны, так и за рубежом. Патентная защита оборудования, содержащего элементы новизны, ограничивает его использование в странах, в которых не получены патенты на данное оборудование. Патентно-правовые вопросы в основном решаются производителем оборудования. Потребителя оборудования эти вопросы интересуют только в аспекте новизны и перспективности выбираемого технологического оборудования. Показатели надежности предлагаемого потребителю оборудования в руководстве по эксплуатации, как правило, полностью 256

отсутствуют. В этих условиях при выборе технологического оборудования оценка его качества и надежности может производиться только на основе косвенных показателей. Достаточно наглядным косвенным показателем надежности оборудования может служить срок его гарантийного обслуживания. Сопоставляя цену, в которую производитель включает стоимость гарантийных ремонтов оборудования, и продолжительность гарантийного периода можно получить некоторое представление о безотказности и ремонтопригодности оборудования. Более сложной инженерной задачей является оценка качества оборудования, и в частности его надежности, по результатам анализа конструктивных особенностей оборудования. На основе такого анализа следует, прежде всего, спрогнозировать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость технологического оборудования, полезно также установить характер производства оборудования: массовое, серийное или мелкосерийное. При массовом производстве продукции показатели ее качества, как правило, более стабильные. Массовый выпуск обычно производят после проведения серьезных доводочных работ, поэтому такая продукция имеет низкую себестоимость (цену) при более высоком качестве. Своеобразным косвенным показателем надежности технологического оборудования может служить имидж фирмы-производителя, в связи с этим следует остерегаться подделок. Ошибки выбора особенно часто могут происходить, если производителями являются иностранные фирмы и приходится пользоваться переводами с оригинальных руководств по эксплуатации. Недобросовестные фирмы могут выбирать себе названия и торговые марки, весьма незначительно отличающиеся от торговых марок заслуженно уважаемых фирм. При выборе технологического оборудования всегда следует учитывать наличие возможности поддержания его работоспособности ремонтными службами потребителя или за счет сервисного обслуживания производителем и его дилерами. Это зависит не только от ремонтопригодности конструкции оборудования, но и наличия соответствующей выбранному оборудованию производственной базы ремонтного производства и специалистов ремонтников. В качестве экономического показателя качества технологического оборудования при его выборе чаще всего выступает цена и себестоимость работы оборудования, т. е. себестоимость машиночаса. При выборе технологического оборудования лучшим вариантом будет тот, который дает наименьшие значения этих показателей. Процедура выбора технологического оборудования в основном не отличается от последовательности действий покупателя некоторой продукции. Вначале рассматриваются показатели назначения и экономические показатели (цена оборудования). Далее бо257

лее подробно рассматриваются показатели качества оборудования, цена которого представляется приемлемой для покупателя. Анализ показателей по возможности проводят при их сопоставлении по нескольким моделям близкого по цене оборудования. Наиболее типичной является следующая последовательность анализа показателей: показатели экономичного использования сырья, материалов, топлива и энергии; эргономические показатели; показатели безопасности; экологические показатели; показатели надежности. Далее рассматриваются показатели транспортабельности, стандартизации и унификации, эстетические показатели и патентно-правовые показатели. На основании проведенного анализа делается заключение о наиболее приемлемой модели технологического оборудования. 12.2. Анализ конструктивных особенностей технологического оборудования на стадии его выбора Технологическое оборудование, как и почти каждая современная машина, представляет собой итог работы конструкторов нескольких поколений. Некоторые конструктивные решения с появлением более рациональных решений, новых технологических приемов, с изменением эксплуатационных требований отмирают, другие сохраняются длительное время в почти первоначальном виде. Конструктивная преемственность, т.е. использование при проектировании предшествующего опыта машиностроения данного профиля и смежных отраслей, дает возможность прогнозировать показатели качества и, в частности, показатели надежности вновь создаваемого технологического оборудования. Квалифицированный инженерный анализ конструкции технологического оборудования, его отдельных агрегатов и деталей позволяет достаточно уверенно прогнозировать не только ремонтопригодность, но и безотказность, долговечность и сохраняемость оборудования (также, как любой человек, не будучи зоотехником, почти безошибочно отличает хорошего коня от старой клячи, так настоящий инженер отличает хорошую конструкцию механизма от плохой). Впечатление о совершенстве конструкции устройства и надежности (порядочности) его производителя складывается из большого числа признаков: шероховатость поверхности детали, наличие заусенцев, форма корпуса и ребер жесткости, вид сварочного шва, качество окраски, упаковка и т.д. При анализе конструкции технологического оборудования при его выборе полезно ответить на следующие вопросы. Как конструкция деталей подчинена задаче повышения качества технологического оборудования и выполняемых им операций при увеличении экономического эффекта? 258

Обеспечивает ли конструкция снижение расходов на эксплуатацию за счет уменьшения энергопотребления, стоимости обслуживания и ремонта? Позволяет ли конструкция максимально увеличивать степень механизации и автоматизации с целью повышения безопасности и производительности труда? Обеспечивается ли уменьшение стоимости изготовления оборудования за счет повышения технологичности конструкции, снижения металлоемкости, сокращения типоразмеров составляющих элементов, использования унификации и стандартизации? Заложены ли в конструкцию оборудования предпосылки интенсификации его использования путем повышения универсальности и надежности? Предупреждено ли техническое устаревание оборудования за счет предусмотренных резервов его развития — модернизации и реконструкции? Как обеспечивается высокая прочность и долговечность отдельных деталей и оборудования в целом способами, не требующими увеличения массы (приданием рациональной формы, устранением невыгодных видов нагружения, применением материалов повышенной прочности и т.п.)? Имеют ли элементы конструкции рациональную жесткость, есть ли при необходимости упругие и демпфирующие элементы, снижающие динамические и циклические нагрузки? Как предупреждаются возможные перенапряжения в элементах оборудования в процессе его эксплуатации за счет ввода автоматического регулирования или предохранительных устройств? Выполнены трущиеся поверхности непосредственно на корпусных деталях или для облегчения ремонта поверхности трения выполнены на отдельных легко заменяемых деталях? Имеются ли в конструкции открытые механизмы и передачи или трущиеся механизмы заключены в закрытые корпуса, предотвращающие попадание в зону трения пыли и грязи? Выдерживается ли принцип агрегатности, т. е. сконструированы ли узлы в виде легко заменяемых сборочных единиц? Исключен ли подбор и подгонка деталей при сборке, возможна ли взаимозаменяемость деталей? Обеспечивает ли конструкция деталей только их правильное положение при сборке узлов (детали должны быть или полностью взаимозаменяемыми или непохожими друг на друга)? Что обеспечивает надежную страховку резьбовых соединений от самоотвинчивания, предотвращает самопроизвольное сдвигание деталей со шпоночными и шлицевыми соединениями? Каким образом предупреждается коррозия деталей? Устранены ли возможности поломок в результате неумелого или небрежного обращения с оборудованием? 259

Является ли оборудование простым для обслуживания? Что в конструкции устраняет необходимость частых регулировок и смазочных операций, обеспечивает удобство осмотра и контроля технического состояния узлов и сопряжений деталей? Сведен ли к минимуму расход дефицитных материалов при изготовлении и обслуживании оборудования? Соблюдены ли требования технической эстетики и эргономики? Находятся ли органы управления оборудованием в одном месте, обеспечивая простой способ экстренной остановки оборудования в чрезвычайных ситуациях? При выборе технологического оборудования особое внимание должно быть отведено показателям его безопасности. Технологическое (в общем случае — производственное оборудование) должно обеспечивать безопасность работающих при монтаже или демонтаже, вводе в эксплуатацию и при эксплуатации оборудования, как в случае автономного его использования, так и в составе технологических комплексов при соблюдении требований, предусмотренных эксплуатационной документацией. Анализируя конструкцию технологического оборудования, следует убедиться в том, что оно отвечает следующим требованиям безопасности. материалы конструкции оборудования не должны оказывать опасное и вредное воздействие на организм человека на всех заданных режимах работы и предусмотренных условиях эксплуатации, а также создавать пожаровзрывоопасные ситуации; оборудование должно быть оснащено устройствами, предотвращающими возникновение разрушающих нагрузок, или иметь ограждения, исключающие создание травмоопасных ситуаций при разрушении деталей; конструкция оборудования и его отдельных частей должна исключать возможность их падения, опрокидывания и самопроизвольного смещения при всех предусмотренных условиях эксплуатации и монтажа. При необходимости должны быть предусмотрены специальные средства и методы закрепления элементов конструкции; конструкция оборудования должна исключать выбрасывание предметов (инструментов, обработанных деталей, стружки и т п.), представляющих опасность для работающих, а также выбросы смазывающих, охлаждающих и других рабочих жидкостей; движущиеся или горячие части оборудования, являющиеся возможными источниками травмоопасности, должны быть ограждены или расположены так, чтобы исключить возможность прикасания к ним работающих. С этой целью часто используют двуручное управление, когда механизмы приводятся в движение только тогда, когда обе руки находятся на специально предусмотренном месте (этот метод часто применяют в конструкции штамповочного оборудования). В непосредственной близости от движущихся 260

частей могут быть установлены специальные органы управления аварийным остановом, автоматически срабатывающие при приближении работающего к опасной зоне; конструкция защитного ограждения должна исключать самопроизвольное перемещение из положения, обеспечивающего защиту работающего, и допускать его перемещение только с помощью инструмента. Если защитное ограждение находится в положении, не обеспечивающем защитные функции, то, желательно, чтобы происходила автоматическая блокировка функционирования технологического оборудования, конструкция зажимных, захватывающих, подъемных и загрузочных устройств или их приводов должна исключать возможность возникновения опасности при полном или частичном самопроизвольном прекращении подачи энергии, а также исключать самопроизвольное изменение состояния этих устройств при восстановлении подачи энергии; элементы оборудования не должны иметь острых углов, кромок, заусенцев и поверхностей с неровностями, представляющих опасность травмирования работающих; части оборудования, механическое повреждение которых может вызвать возникновение опасности, должны быть защищены; оборудование, являющееся источником шума, ультразвука и вибрации, вредных веществ и микроорганизмов, должно быть выполнено так, чтобы вредные проявления не превышали установленных норм; технологическое оборудование должно быть оснащено местным освещением, если его отсутствие может явиться причиной перенапряжения органа зрения работника или повлечь за собой другие виды опасности; конструкция оборудования должна исключать ошибки при монтаже, которые могут явиться источником опасности; система управления технологическим оборудованием должна включать средства экстренного торможения и аварийного останова (выключения), если их использование может уменьшить или предотвратить опасность; конструкция и расположение средств, предупреждающих о возникновении опасных ситуаций, должны обеспечивать безошибочное, достоверное и быстрое восприятие информации. При проведении анализа конструкции оборудования следует также обращать внимание на выполнение специфических требований безопасности при выполнении работ, связанных с монтажом, транспортированием, хранением и ремонтом: при необходимости использования грузоподъемных средств в процессе монтажа, транспортирования, хранения и ремонта на оборудовании, его отдельных частях или упаковочной таре должны быть обозначены места для подсоединения грузоподъемных 261

средств и указана поднимаемая масса, а также другие необходимые предупредительные и манипуляционные знаки в соответствии с ГОСТ 14192-96; места подсоединения подъемных средств должны быть выбраны с учетом положения центра тяжести оборудования (его частей) так, чтобы исключить возможность опасных опрокидываний и повреждения оборудования при подъеме и перемещении и обеспечить удобный и безопасный подход к местам подсоединения подъемных средств; конструкция оборудования и его частей должна обеспечивать возможность надежного их закрепления на транспортном средстве или в упаковочной таре; части оборудования, которые при загрузке (разгрузке), транспортировании и хранении могут самопроизвольно перемещаться, должны иметь устройства для их фиксации в определенном положении; технологическое оборудование и его части, перемещение которых предусмотрено вручную, должно быть снабжено устройствами (например, ручками) для перемещения или иметь форму, удобную для захвата рукой. Конструкция технологического оборудования должна обеспечивать оптимальное обустройство рабочего места, где это оборудование будет использоваться. Организация рабочего места должна отвечать определенным требованиям: при проектировании рабочего места в зависимости от характера работы следует работу в положении сидя предпочитать работе в положении стоя или обеспечить возможность чередования обоих положений; конструкция рабочего места, его размеры и взаимное расположение элементов (органов управления, средств отображения информации, вспомогательного оборудования и др.) должны обеспечивать безопасность при использовании технологического оборудования по назначению, его техническом обслуживании, ремонте и уборке; размеры рабочего места и размещение его элементов должны обеспечивать выполнение рабочих операций в удобных рабочих позах и не затруднять движения работающего; при конструировании органов управления и их размещении в моторном поле рабочего места должны быть учтены физиологические особенности двигательного аппарата человека. Например, допустимое усилие нажатия на педаль всей ногой в положении сидя при частоте использования более 120 раз/ч составляет 40 Н, при редких нажатиях (не более 2 раз/ч) — 200 Н и т.п. (см. ГОСТ 12.2.049-80); органы управления должны быть размещены на рабочем месте с учетом рабочей позы, функционального назначения органа уп262

равления, частоты применения, последовательности использования, функциональной связи с соответствующими средствами отображения информации; расстояние между органами управления должно исключать возможность изменения положения органа управления при манипуляции со смежным органом управления; при необходимости рабочие места должны быть оборудованы средствами пожаротушения и другими средствами, используемыми в аварийных ситуациях, которые могут возникать при эксплуатации технологического оборудования; взаимное расположение и компоновка рабочих мест должны обеспечивать безопасный доступ на рабочее место и возможность быстрой эвакуации при аварийных ситуациях. Следует понимать, что входящие в конструкцию технологического оборудования специальные технические и санитарнотехнические средства (ограждения, экраны, вентиляторы и др.), обеспечивающие устранение или снижение уровней опасных и вредных производственных факторов до допустимых значений, не должны существенно затруднять выполнение трудовых действий. В необходимых случаях конструкция технологического оборудования должна обеспечивать возможность удобства выполнения трудовых действий с применением индивидуальных средств защиты (рукоятки инструментов должны обеспечивать возможность работы в рукавицах и т.п.). Конструкция всех элементов оборудования, с которыми человек в процессе трудовой деятельности осуществляет непосредственный контакт, должна соответствовать его конкретным антропометрическим свойствам (желательно иметь регулируемые сиденья, использовать подставки под ноги и т.п.). Конструкция производственного оборудования должна обеспечивать такие физические нагрузки на работника, при которых энергозатраты его организма в течение рабочей смены не превышали бы 1046,7 кДж/ч (требования ГОСТ 12.2.049-80). Желательно, чтобы конструкция производственного оборудования исключала монотонность труда, обеспечивая чередование простых и сложных действий работника. Анализ конструктивных особенностей выбираемого технологического оборудования начинают с изучения руководства по эксплуатации, затем проводят тщательный осмотр и опробование оборудования, при возможности изучают чертежи и схемы (кинематические, электрические, гидравлические и др.), результаты доводочных или сертификационных испытаний. Получаемая при анализе информация дает достаточно полное представление о качественных показателях выбираемого технологического оборудования и может быть использована для дальнейшей комплексной оценки качества оборудования. 263

12.3. Методы оценки выбираемого технологического оборудования по совокупности показателей Достоверная оценка качества технологического оборудования может быть произведена только при учете всех групп показателей качества, что требует определенной формализации процесса оценки. Если единичные показатели качества Р, могут быть выражены количественно, то их уровень может быть соотнесен со значением показателя, принятого за базу Р,0 (обычно это показатель хорошо зарекомендовавшего себя оборудования, в полной мере соответствующего современным требованиям). Когда увеличение абсолютного значения единичного показателя качества приводит к улучшению качества оборудования, уровень показателя выражают отношением У, = Р,/Р,й. В противном случае, когда увеличение приводит к ухудшению качества, уровень качества выражают отношением У, = Р,о/Р, Таким образом, улучшение качества всегда приводит к росту уровня качества по рассматриваемому показателю. После проведения расчетов по всем анализируемым показателям можно составить циклограмму технического уровня оборудования, откладывая в определенном масштабе значения уровней на линиях, проведенных из общей точки. На рис. 12 1 в качестве условного примера приведена циклограмма определения технического уровня двух стендов для балансировки колес легковых автомобилей (стенда а и стенда б). На линии / отложены уровни показателя точности балансировки, г, на линии 2 — массы станка, кг и т.д., на линии 8 — требуемой мощности электродвигателя, кВт Из построенной циклограммы видно, что стенд для балансировки колес модели а по шести показателям из восьми превосходит стенд модели 6 и имеет существенно большую общую площадь циклограммы. Таким образом, технический уровень стенда а выше технического уровня стенда б. 3

Рис 121 Пример циклограммы технических уровней стендов а и б

264

В некоторых случаях единичные показатели качества могут иметь ограничения по своей величине. Например, на СТО легковых автомобилей, масса которых практически для всех моделей более 1 000 кг, предельное значение показателя грузоподъемности Р,п можно принять равным 1 000 кг. В таких случаях уровень качества по рассматриваемому показателю

У,=

Р i -Р т

r

г

Если технический уровень нужно оценивать только одним числом, комплекс единичных показателей сводят к обобщенному показателю. Обобщенный комплексный показатель может быть образован для всего анализируемого изделия или только группы однородных показателей. Например, комплексный показатель назначения автобуса, чел. • км W = 7>эЯувраи, где Тн— среднее время автобуса в наряде, ч; и э — средняя эксплуатационная скорость автобуса, км/ч; П— пассажировместимость автобуса, чел.; ув — коэффициент использования вместимости автобуса; Р — коэффициент использования пробега; аи — коэффициент использования автобуса (выпуска на линию). Комплексный показатель должен превращаться в ноль, если какой-либо единичный показатель выходит за установленные предельные размеры, поскольку функционирование оборудования при таких значениях невозможно (применяют право вето). Уровень качества по комплексному показателю определяется обычным образом по отношению показателей анализируемого и базового варианта. Например, по группе показателей назначения (выполняемой транспортной работе) автобуса У ^ = W/WQ Показатели качества, входящие в группу, и тем более — в разные группы, могут играть различную роль в общей совокупности свойств, отражающих качество оборудования. Часто показатели назначения важнее показателей надежности, а показатели надежности существенно важнее показателей транспортабельности технологического оборудования. В связи с этим при комплексной оценке качества оборудования следует вводить параметры весомости показателей качества. Выбор объективных (приемлемых) значений параметров весомости является сложной задачей, при этом делаются попытки формализованного решения этой задачи, но чаще всего используется экспертный метод [32]. Экспертный метод решения задачи основан на использовании обобщенного опыта и интуиции специалистов-экспертов Этот метод может быть единственно возможным для случаев, когда показатели качества не выражаются количественно (например, прово265

дится органолептическая оценка формы и покрытия рукояток инструмента), оценка показателей производится в баллах. Экспертные методы оценки качества продукции могут использоваться при формировании сразу общей оценки (без детализации) уровня качества продукции, что в практике выбора средств механизации технологических процессов ТЭА часто является вполне приемлемым. С целью повышения достоверности, точности и воспроизводимости экспертных оценок экспертизу осуществляют путем принятия группового решения комиссией специалистов. Оптимальное число членов комиссии — семь и более человек. Все члены комиссии должны одинаково понимать задачи оценки, хорошо представлять функции оцениваемого технологического оборудования, знать основные технические характеристики лучших по конструкции аналогов оборудования. Следует иметь в виду, что если мнения членов комиссии будут значительно расходиться, то средние баллы показателей качества анализируемых видов оборудования могут оказаться практически одинаковыми, что не позволит с уверенностью выбрать лучший вариант. Оценку согласованности решений членов комиссии (их «сыгранности») можно произвести с помощью коэффициента конкордации. Методы его расчета приведены в специальной литературе, посвященной математическим методам анализа качества продукции. В качестве примера можно рассмотреть принятый в ОАО «АвтоВАЗ» порядок выбора технологического оборудования на основании составляемых документов, которые называют «Конъюнктурный лист». Предложения по выбору оборудования рассматривают несколько комиссий: комиссия по техническим вопросам, комиссия по экономическим вопросам, комиссия по финансированию и комиссия по инвестиционной деятельности. Оценке технических предложений присваивается степень значимости (Ст) равная 100, которая делится поровну на технические оценки показателей, выражаемых количественно, и экспертные оценки показателей, выражаемых качественно (в баллах). Рекомендуемая разбивка степеней значимости по показателям для условного примера приведена в табл. 12.1. Присвоение степеней значимости показателям качества для конкретного типа технологического оборудования производится технической комиссией по результатам детального обсуждения назначения и особенностей предложенных для рассмотрения вариантов оборудования. В ходе обсуждения также уточняются задачи оценки, назначаются базовые значения показателей качества (Р,0), соответствующие требуемым или лучшим известным образцам оборудования, и процедура работы комиссии.

266

Результаты оценки предлагаемого разными поставщиками технологического оборудования вносятся в конъюнктурный лист, форма которого приведена в Приложении 7. Т а б л и ц а 12.1 Степень значимости оцениваемых показателей Оцениваемые показатели

Степень значимости, Ст

1 . Техническая оценка, всего втом числе: 1.1. Производительность, дет./ч 1.2. Основные технические характеристики и показатели в зависимости от типа оборудования, всего втом числе: 1.2.1. Вес оборудования, т 1.2.2. Мощность двигателей, кВт 2 1.2.3. Площадь, м 1.2.4. Гарантийный срок, мес

50

1.3. Технические характеристики для обеспечения качества, всего в том числе: 1.3.1. Точность позиционирования, мм 1.3.2. Точность измерения размеров, мм

20

2. Экспертная оценка, всего втом числе: 2.1. Обеспечение требований технического задания 2.2. Надежность оборудования 2.3. Экологичность 2.4. Надежность фирмы

50

Итого

10 20

2 5

3 3

4 5

10 8 3 5 100

Итоговые значения уровней качества по конъюнктурным листам всех комиссий, рассматривавших предложения поставщиков оборудования, заносятся в сводный конъюнктурный лист. Лучшим признается то оборудование, которое наберет наибольшую сумму оценок. Аналогичная процедура оценок качества может быть использована и при выборе средств механизации технологических процессов ТЭА. Поскольку технологическое оборудование для нужд АТП или СТО обычно приобретается в единичных экземплярах, ко-

267

миссии по инвестиционной деятельности и финансированию не создаются, а все вопросы выбора решают эксперты комиссии по техническим вопросам. Это вполне естественно, поскольку в группу оцениваемых обычно включают модели оборудования, близкие и приемлемые по цене для покупателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Контрольные вопросы

1. Каким образом могут быть сгруппированы все показатели качества технологического оборудования9 2. Если бы вам пришлось выбирать гайковерт для стремянок рессор грузовых автомобилей, то в какой последовательности по мере уменьшения значимости вы расставили бы группы показателей качества9 3. По какой формуле рассчитывают уровень качеств измерительного прибора для показателей «Диапазон измерении» и «Точность измерений (цена деления)»? 4 Как рассчитывают уровень качества для показателя, имеющего установленные предельно допустимые значения? 5 В каких случаях показатели качества технологического оборудования выражают в баллах9 6. По каким конструктивным признакам вы можете предположить, что анализируемое технологическое оборудование будет надежным? 7 Выполнение каких конструктивных требований обеспечивает безопасность технологического оборудования? 8. При выполнении каких условий технологическое оборудование будет органически вписываться в организацию рабочего места?

В настоящее время характерной чертой состояния автомобильного парка в Российской Федерации является рост общей численности автомобилей и увеличение многомарочности парка за счет все более широкого применения автомобилей иностранного производства. Внедрение автоматического управления рабочими процессами двигателя и другими системами автомобилей усложняет их конструкцию. Все это на фоне роста цен на топливо и ужесточения норм экологических требований, а также постоянно меняющегося спроса потребителей к качеству автомобиля, повышает роль технической эксплуатации автомобилей как сферы поддержания автомобильного парка в работоспособном состоянии. Естественным условием успешного функционирования служб ТЭА является наличие квалифицированного персонала — не только непосредственных исполнителей технологических операций — слесарей, но и специалистов. Знание теоретических основ ТЭА является необходимым условием успешной деятельности специалиста Усвоение представленного в учебном пособии материала позволит эффективно решать многие задачи, связанные с определением причин возникающих отказов и неисправностей автомобиля, расчетом показателей его надежности, прогнозированием потребности в запасных частях и оценкой их качества, определением периодичности ТО и т.д. Следует иметь в виду, что реальные процессы ТЭА являются очень сложными, а их математическая интерпретация — лишь приближенной моделью, эффективность которой во многом определяется квалификацией специалиста.

ПРИЛОЖЕНИЯ

S3

ПРИЛОЖЕНИЕ Значения интегральной функции нормального закона распределения вероятностей случайной величины F(z) 2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,0

0,5000

0,5040

0,5080

0,5120

0,1

0,5160

0,5199

0,5239

0,5279

0,5319

0,5359

0,5398

0,5438

0,5478

0,5517

0,5557

0,5596

0,5636

0,5675

0,5714

0,5753

0,2 0,3

0,5793

0,5832

0,5871

0,5910

0,5948

0,5987

0,6026

0,6064

0,6103

0,6141

0,6179

0,6217

0,6255

0,6293

0,6331

0,6368

0,6406

0,6443

0,6480

0,6517

0,4

0,6554

0,6591

0,6628

0,6664

0,6700

0,6736

0,6772

0,6808

0,6844

0,6879

0,5

0,6915

0,6950

0,6985

0,7019

0,7054

0,7088

0,7123

0,7157

0,7190

0,7224

0,6 0,7

0,7257

0,7291

0,7324

0,7357

0,7389

0,7422

0,7454

0,7486

0,7517

0,7549

0,7580

0,7611

0,7642

0,7673

0,7704

0,7734

0,7764

0,7794

0,7823

0,7850

0,8

0,7881

0,7910

0,7939

0,7967

0,7995

0,7023

0,705 1

0,7078

0,8106

0,8133

0,9

0,8159

0,8186

0,8212

0,8238

0,8264

0,8289

0,8315

0,8340

0,8365

0,8389

1,0

0,8413

0,8438

0,8461

0,8485

0,8508

0,8531

0,8554

0,8577

0,8599

0,8621

1Д 1,2

0,8643

0,8665

0,8686

0,8708

0,8729

0,8749

0,8770

0,8790

0,8810

0,8830

0,8849

0,8869

0,8888

0,8907

0,8925

0,8944

0,8962

0,8980

0,8997

0,9015

0,91308

0,91466

0,91621

0,91774

0,92922

0,93056

0,93189

1,3

0,90320

0,90490

0,90658

0,90824

0,90988

0,91149

1,4 1,5

0,91924

0,92073

0,92220

0,92364

0,92507

0,92647

0,92785

0,93319

0,93448

0,93574

0,93699

0,93822

0,93943

0,94062

0,94179

0,94295

0,94408

1,6

0,94520

0,94630

0,94738

0,94845

0,94950

0,95053

0,95154

0,95254

0,95352

0,95449

1,7 1,8

0,95554

0,95637

0,95728

0,95818

0,95907

0,95994

0,96080

0,96164

0,96246

0,96327

0,96407

0,96485

0,96562

0,96637

0,96712

0,96784

0,96856

0,96926

0,96995

0,97062

1,9 2,0

0,97128

0,97193

0,97257

0,97320

0,97381

0,97441

0,97500

0,97558

0,97615

0,97670

0,97725

0,97778

0,97831

0,97882

0,97932

0,97982

0,98030

0,98077

0,97124

0,98169 0,98574

2Д 2,2

0,98214

0,98257

0,98300

0,98341

0,98382

0,98422

0,98461

0,98500

0,98537

0,98610

0,98645

0,98679

0,98713

0,98745

0,98778

0,98809

0,98840

0,98870

0,98899

2,3

0,98928

0,98956

0,98983

0,99010

0,99036

0,99061

0,99086

0,99111

0,99134

0,99158

2,4

0,991802

0,992024

0,992240

0,992451

0,992656

0,992657

0,993053

0,993244

0,993431

0,993613 0,995201

2,5

0,993790

0,993963

0,994132

0,994297

0,994457

0,994614

0,994766

0,994915

0,995060

2,6

0,995339

0,995473

0,995603

0,995731

0,995855

0,995975

0,996093

0,996207

0,996319

0,996427

2,7

0,996533

0,996636

0,996736

0,996833

0,996928

0,997020

0,997110

0,997197

0,997282

0,997365

2,8

0,997445

0,997523

0,997599

0,997673

0,997744

0,997814

0,997882

0,997948

0,998012

0,998074

2,9 3,0

0,998134

0,998193

0,998250

0,998305

0,998359

0,998411

0,998462

0,998511

0,998559

0,998605

0,998650

0,998694

0,998736

0,998777

0,998817

0,998856

0,998893

0,998930

0,998965

0,998999

П р и м е ч а н и е . Аргументом функции является квантиль z = -—-, при отрицательной квантили F(-z) - 1 - F(z).

1

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

2

Вероятностная шкала для распределения Вейбулла

Вероятностная шкала для нормального закона распределения вероятностей F(x)

5/г, мм

F(x)

SF, мм

F

SF, мм

F

SF, мм

F

SF, мм

0,50

0

0,93

71,5

0,0010

-234,6

0,020

-132,4

0,30

-35,0

0,52

2,4

0,94

75,4

0,0012

-228,3

0,022

-129,2

0,32

-32,3

0,54

4,8

0,95

79,8

0,0014

-222,9

0,024

-126,2

0,34

-30,1

0,56

7,3

0,955

82,3

0,0016

-218,2

0,026

-123,4

0,36

-27,4

0,58

9,8

0,960

85,0

0,0018

-214,6

0,028

-120,9

0,38

-25,0

0,60

12,3

0,965

88,0

0,0020

-211,2

0,030

-118,5

0,40

-22,8

0,62

14,8

0,970

91,2

0,0022

-207,5

0,032

-116,3

0,42

-20,6

0,64

17,4

0,975

95,1

0,0024

-204,8

0,034

-114,2

0,44

-18,6

0,66

20,0

0,980

99,6

0,0026

-202,0

0,036

-112,2

0,46

-16,4

0,68

22,7

0,985

106,2

0,0028

-199,4

0,038

-110,3

0,48

-14,4

0,70

25,4

0,990

112,9

0,0030

-197,2

0,040

-108,6

0,50

-12,4

0,72

28,3

0,991

114,8

0,0032

-195,0

0,042

-106,9

0,54

-8,6

0,74

31,2

0,992

116,9

0,0034

-192,8

0,044

-105,3

0,58

-4,8

0,76

34,2

0,993

119,0

0,0036

-190,8

0,046

-103,7

0,62

-1,1

0,78

37,4

0,994

121,9

0

0,80

40,8

0,995

124,9

0,82

44,4

0,9955

126,7

0,84

48,2

0,9960

128,7

0,86

52,4

0,9965

131,0

0,88

57,0

0,9970

133,2

0,90

62,2

0,9975

136,2

0,91

65,0

0,9980

139,5

0,92

68,1

0,9985

144,9

0,93

71,5

0,999

150

П р и м е ч а н и е Для вероятностей, меньших 0,5, SF = -St_F, например, вероятность F = 0,3 находится на шкале вниз от начальной точки на таком же расстоянии, что и вероятность F = 1 - 0,3 = 0,7

272

3

0,0038

-189,1

0,048

-102,2

0,6321

0,0040

-187,3

0,050

-100,8

0,66

2,6

0,0042

-185,6

0,055

-97,5

0,70

6,2

0,0044

-184,0

0,060

-94,4

0,74

10,1

0,0046

-182,6

0,065

-91,2

0,78

14,1

0,0048

-181,1

0,070

-89,1

0,82

18,3

0,0050

-179,7

0,075

-86,6

0,86

22,9

0,0055

-176,4

0,080

-84,3

0,90

28,3

0,0060

-173,6

0,085

-82,2

0,925

32,3

0,0065

-170,8

0,090

-80,1

0,950

37,2

0,0070

-168,3

0,095

-78,2

0,960

39,7

0,0075

-165,9

0,10

-76,4

0,970

42,6

0,0080

-163,7

0,12

-69,8

0,980

46,3

273

Окончание прил. 4

Окончание прил. 3 F

Sf, мм

F

SF, мм

F

SF, MM

X

s,

X

s,

X

s,

0,0085

-161,6

0,14

-64,2

0,990

51,8

1,80

25,5

4,1

61,3

8,2

91,4

0,0090

-159,7

0,16

-59,3

0,9925

53,9

1,85

25,5

4,2

62,3

8,4

92,4

0,0095

-157,8

0,18

-54,9

0,995

56,6

1,90

27,9

4,3

63,3

8,6

93,4

0,010

-156,2

0,20

-50,9

0,996

57,7

1,95

29,0

4,4

64,3

8,8

94,4

0,012

-149,9

0,22

-47,3

0,997

59,7

2,0

30,1

4,5

65,3

9,0

95,4

0,014

-144,7

0,24

-43,9

0,998

62,0

2,1

32,2

4,6

66,3

9,2

96,4

0,018

-136,0

0,28

-37,8

0,999

65,4

2,2

34,2

4,7

67,2

9,4

97,3

2,3

36,2

4,8

68,1

9,6

98,2

2,4

3,8

4,9

69,0

9,8

99,1

2,5

39,8

5,0

69,9

10,0

100

ПРИЛОЖЕНИЕ Логарифмическая шкала X

S,

X

S,

1,00

S* 0

2,5

30,8

5,0

69,9

1,05

2,1

2,6

41,5

5,2

71,6

1,10

4,1

2,7

43,1

5,4

73,2

1,15

6,1

2,8

44,7

5,6

47,8

1,20

7,9

2,9

46,2

5,8

76,3

1,25

9,7

3,0

47,7

6,0

77,8

1,30

11,4

3,1

49,1

6,2

79,2

1,35

13,0

3,2

50,5

6,4

80,6

1,40

14,6

3,3

51,9

6,6

1,45

16,1

3,4

53,1

1,5

17,6

3,5

1,55

19,0

1,60

X

274

4

П р и м е ч а н и я : ! . 5x = 1001gx 2. Пример определения точки шкалы для значения х = 15, если 5 Х _ Ш = 100 мм: Igl5 = lg(10 l,5) = lglO + lgl,5, 5^,5 =SX,IO + SX i s =100 + 17,6 = 117,6 мм.

ПРИЛОЖЕНИЕ

5

Распределение Стьюдента (значения t в зависимости от числа степеней свободы k и уровня значимости а)

82,0

Число степеней свободы k

0,80

0,40

0,20

0,10

0,05

0,02

0,01

0,001

6,8

83,3

1

0,325

1,376

3,078

6,314

12,70

31,821

63,63

136,61

54,4

7,0

84,5

2

0,289

1,061

1,886

2,920

4,303

6,965

9,925

31,598

3,6

55,6

7,2

85,7

3

0,277

0,978

1,638

2,353

3,182

4,541

5,841

12,941

20,4

3,7

56,8

7,4

86,9

4

0,271

0,941

1,533

2,132

2,776

3,747

4,604

8,610

1,65

21,7

3,8

58,0

7,6

88,1

5

0,267

0,920

1,476

2,015

2,571

3,365

4,032

6,859

1,70

23,0

3,9

59,1

7,8

89,2

6

0,265

0,906

1,440

1,943

2,447

3,143

3,707

5,959

1,75

24,3

4,0

60,2

8,0

90,3

7

0,263

0,896

1,415

1,895

2,365

2,998

3,499

5,405

Уровень значимости а

275

Окончание прил. 5 Число степеней

ПРИЛОЖЕНИЕ

6

Нормативные документы, регламентирующие деятельность, связанную с автомобильным транспортом

Уровень значимости а

k

0,80

0,40

0,20

0,10

0,05

0,02

0,01

0,001

Сертификация

8

0,262

0,889

1,397

1,860

2,306

2,896

3,353

5,041

9

0,261

0,883

1,383

1,833

2,262

2,821

3,250

4,781

10

0,260

0,879

1,372

1,812

2,228

2,764

3,169

4,537

11

0,260

0,876

1,363

1,796

2,201

2,718

3,106

4,427

Федеральный закон от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании». Постановление Госстандарта России от 21.08.2003 № 97 «Об утверждении нормативных документов Системы сертификации ГОСТ Р при проведении добровольной сертификации услуг».

12

0,259

0,873

1,356

1,782

2,179

2,681

3,055

4,315

13

0,259

0,870

1,350

1,771

2,160

2,650

3,012

4,221

14

0,258

0,868

1,345

1,761

2,145

2,624

2,977

4,140

15

0,258

0,866

1,341

1,753

2,131

2,602

2,947

4,073

16

0,258

0,865

1,337

1,746

2,120

2,583

2,921

4,015

17

0,257

0,863

1,333

1,740

2,110

2,567

2,898

3,965

18

0,257

0,862

1,330

1,734

2,101

2,552

2,878

3,922

19

0,257

0,861

1,323

1,729

2,093

2,539

2,861

3,833

20

0,257

0,860

1,325

1,725

2,086

2,523

2,845

3,850

21

0,257

0,859

1,323

1,721

2,080

2,518

2,831

3,819

22

0,256

0,858

1,321

1,717

2,074

2,508

2,819

3,792

23

0,256

0,858

1,319

1,714

2,069

2,500

2,807

3,767

24

0,256

0,857

1,318

1,711

2,064

2,492

2,797

3,745

Нормативы о Российской транспортной инспекции

25

0,256

0,856

1,316

1,708

2,060

2,485

2,787

3,725

26

0,256

0,856

1,315

1,706

2,056

2,479

2,779

3,707

27

0,256

0,855

1,314

1,703

2,052

2,473

2,771

3,690

28

0,256

0,855

1,313

1,701

2,048

2,467

2,763

3,674

29

0,256

0,854

1,311

1,699

2,045

2,462

2,756

3,659

30

0,256

0,854

1,310

1,697

2,042

2,457

2,750

3,646

40

0,255

0,851

1,303

1,684

2,021

2,423

2,704

3,551

60

0,254

0,848

1,296

1,671

2,000

2,390

2,660

3,460

Постановление Правительства Российской Федерации от 30.12.2000 № 1038 «Об утверждении положения о министерстве транспорта Российской Федерации» (в ред. от 18.09.2001). Постановление Правительства Российской Федерации от 11.07.2002 № 515 «Об утверждении положения о Российской транспортной инспекции министерства транспорта Российской Федерации». Распоряжение Минтранса России от 24.09.2001 № СФ-64-р «Об утверждении положения о Департаменте Российской транспортной инспекции Министерства транспорта Российской Федерации». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 21.12.2000 № 159 «Об организации статистического наблюдения за деятельностью организаций транспортной инспекции».

120

0,254

0,845

1,289

1,658

1,980

2,358

2,617

3,373

Управление безопасностью движения

оо

0,253

0,842

1,282

1,645

1,960

2,326

2,576

3,291

Федеральный закон от 10.12.1995 № 196-ФЗ «О безопасности дорожного движения».

276

Лицензирование Федеральный закон от 08.08.2001 № 128-ФЗ «О лицензировании отдельных видов деятельности». Постановление Правительства Российской Федерации от 11.02.2002 № 135 «О лицензировании перевозок пассажиров и грузов автомобильным транспортом». Постановление Правительства Российской Федерации от 10.06.2002 № 402 «О лицензировании перевозок пассажиров и грузов автомобильным транспортом». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 07.05.2002 № 61 «О лицензировании отдельных видов деятельности в транспортном комплексе Российской Федерации». Федеральный закон Российской Федерации от 02.07.2005 № 80-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «О лицензировании отдельных видов деятельности», Федеральный закон «О защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при проведении государственного контроля (надзора)» и Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях».

277

Приказ министра транспорта Российской Федерации от 30.03 1994 № 15 «Требования по обеспечению безопасности дорожного движения, предъявляемые при лицензировании перевозочной деятельности на автомобильном транспорте». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 09.03.1995 № 27 «Положение об обеспечении безопасности дорожного движения в предприятиях, учреждениях, организациях, осуществляющих перевозки пассажиров и грузов». Постановление Правительства Российской Федерации от 29.06.1995 № 647 «Об утверждении Правил учета дорожно-транспортных происшествий». Приказ министра автомобильного транспорта РСФСР от 26.04.1990 № 49 «Об утверждении Положения о порядке проведения служебного расследования дорожно-транспортных происшествий». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 02.04.1996 № 22 «Об утверждении формы учета дорожно-транспортных происшествий владельцами транспортных средств». Постановление Правительства Российской Федерации от 23.10.1993 № 1090 «Правила дорожного движения» (в ред. Постановления Правительства Российской Федерации от 31.10.1998 № 272). Обучение и аттестация Постановление Правительства Российской Федерации от 30.08.1993 № 876 «О мерах по обеспечению устойчивой работы авиационного, морского, речного и автомобильного транспорта». Приказ министра транспорта и министра труда и социального развития Российской Федерации от 11.03.1994 № 13/11 «Об утверждении Положения о порядке аттестации лиц, занимающих должности исполнительных руководителей и специалистов предприятий транспорта». Приказ министра транспорта и министра труда и социального развития Российской Федерации от 27.10.1995 № 89/50 «Об утверждении Положения о порядке аттестации лиц, занимающих должности исполнительных руководителей и специалистов предприятий транспорта». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 22.06.1998 № 75 «Об утверждении квалификационных требований к специалистам юридических лиц и индивидуальным предпринимателям, осуществляющим перевозки пассажиров и грузов автомобильным транспортом». Приказ министра автомобильного транспорта РСФСР от 18.01.1967 № 32 «О состоянии и мерах по обеспечению автохозяйств министерства водительскими кадрами и закреплению на работе выпускников учебных комбинатов и автошкол» (стажировка). Распоряжение Минавтотранса РСФСР от 31.03.1987 № АП-14-118 «О вводе в действие учебного плана и программы ежегодных занятий с водителями в автотранспортных предприятиях Министерства» (продолжительность занятий — 20 часов). Режим работы Постановление Минтруда России от 25.06.1999 № 16 «Об утверждении Положения о рабочем времени и времени отдыха водителей автомобилей».

278

Обязательное

страхование

Гражданский кодекс Российской Федерации. Принят Государственной Думой 02.12.1995. Ч. 2. Ст. 927, 934, 935, 936, 937, 969. Закон Российской Федерации от 27.11.1992 № 4015-1 «О страховании». Указ Президента Российской Федерации от 07.07.1992 № 750 «О государственном обязательном страховании пассажиров». Указ Президента Российской Федерации от 06.04.1994 «Об основных направлениях государственной политики в сфере обязательного страхования». Медицинское обеспечение безопасности дорожного движения Федеральный закон от 10.12.1995 № 196-ФЗ «О безопасности дорожного движения». Ст. 20, 23. Постановление Правительства Российской Федерации от 21.05.2001 № 402 «Об утверждении Положения о лицензировании медицинской деятельности». Приложение № 9 к приказу министра здравоохранения СССР от 29.09.1989 № 555 «О совершенствовании медицинских осмотров трудящихся и водителей индивидуальных транспортных средств». Приказ министра здравоохранения Российской Федерации от 14.03.1996 № 90 «О порядке проведения предварительных и периодических медицинских осмотров работников и медицинских регламентах допуска к профессии». Приказ министра здравоохранения Российской Федерации от 14.08.1996 № 325 «Об утверждении аптечки первой помощи (автомобильной)». Осуществление перевозок пассажиров и грузов автомобильным транспортом Устав автомобильного транспорта РСФСР. Утвержден постановлением Совмина РСФСР от 08.01.1969 № 12. Постановление Правительства Российской Федерации от 23.04.1994 № 372 «О мерах по обеспечению безопасности при перевозке опасных грузов автомобильным транспортом». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 04.07.1994 № 47 «О мерах по обеспечению безопасности при перевозке опасных грузов автомобильным транспортом». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 08.08.1995 № 73 «Об утверждении Правил перевозки опасных грузов автомобильным транспортом» (в ред. приказов министра транспорта Российской Федерации от 11.06.1999 № 37 и от 14.10.1999 № 77). Приказ министра автомобильного транспорта РСФСР от 31.12.1981 № 200 «Об утверждении правил организации пассажирских перевозок на автомобильном транспорте». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 08.01.1997 № 2 «Положение об обеспечении безопасности перевозок пассажиров автобусами». Временные правила перевозок пассажиров и багажа автомобильным транспортом в Российской Федерации. Утверждены первым заместителем министра транспорта Российской Федерации 29.09.1997.

279

Инструкция по перевозке крупногабаритных и тяжеловесных грузов автомобильным транспортом по дорогам РФ. Утверждена министерством транспорта Российской Федерации 27.05.1996, Постановление Госкомстата России от 28.11.1997 № 78 «Формы первичной учетной путевой документации». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 30.06.2000 № 68 «О введении путевой документации для индивидуальных предпринимателей, осуществляющих перевозочную деятельность на автомобильном транспорте». Техническое состояние транспортных средств

ГОСТ 51709 — 2001* «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки». Постановление Совмина—Правительства Российской Федерации от 23.10.1993 № 1090 «Об утверждении Основных положений по допуску транспортных средств к эксплуатации и обязанности должностных лиц по обеспечению безопасности дорожного движения». Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта. Утверждено Минавтотрансом РСФСР 20.09.1984. Постановление Правительства Российской Федерации от 11.04.2001 № 290 «Об утверждении правил оказания услуг (выполнения работ) по техническому обслуживанию и ремонту автотранспортных средств». Международные перевозки

Федеральный закон от 24.07.1998 № 127-ФЗ «О государственном контроле за осуществлением международных автомобильных перевозок и об ответственности за нарушение порядка их выполнения». Федеральный закон Российской Федерации от 24.06.2000 № 9-ФЗ «О внесении дополнения в ст. 8 № 127-ФЗ «О государственном контроле за осуществлением международных автомобильных перевозок и об ответственности за нарушение порядка их выполнения». Постановление Правительства Российской Федерации от 31.10.1998 № 1272 «О государственном контроле за осуществлением международных автомобильных перевозок». Постановление Правительства Российской Федерации от 03.08.1998 № 922 «О повышении безопасности междугородных и международных перевозок и грузов автомобильным транспортом». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 24.07.1997 № 82 «Об утверждении порядка осуществления лицензионными органами контроля за соблюдением условий, предусмотренных в лицензиях на перевозку пассажиров и грузов автомобильным транспортом Российской Федерации, а также в международном сообщении». Инструкция по перевозке крупногабаритных и тяжеловесных грузов автомобильным транспортом по дорогам Российской Федерации утверждена Минтрансом России, МВД России и Федеральной автомобильно-дорожной службой РФ 27.05.1996. 280

Приказ министра транспорта Российской Федерации от 07.07.1998 № 86 «Об утверждении «Правил использования тахографов на автомобильном транспорте в Российской Федерации». Постановление Правительства Российской Федерации от 19.01.1998 № 60 «Об утверждении Положения о пунктах пропуска через государственную границу Российской Федерации». Постановление Правительства Российской Федерации от 16.10.2001 № 730 «Об утверждении Положения о допуске российских перевозчиков к осуществлению международных автомобильных перевозок». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 16.11.2001 № 166 «О допуске российских перевозчиков к осуществлению международных автомобильных перевозок». Осуществление государственного контроля

Федеральный закон от 08.08.2001 № 134-ФЗ «О защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при проведении государственного контроля (надзора)». Федеральный закон от 30.12.2001 № 195-ФЗ «Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях». Инструкция О порядке взаимодействия органов транспортной инспекции, органов пограничного контроля и таможенных органов Российской Федерации в пунктах пропуска автотранспортных средств через государственную границу Российской Федерации (в ред. от 05.03.1997, 20.03.1997, 08.11.1997, зарегистрирована в Минюсте России от 30.12.1997 № 1448). Постановление Коллегии министерства транспорта Российской Федерации от 20.02.2002 «О деятельности Российской транспортной инспекции и мерах по повышению ее эффективности». Приказ министра транспорта России от 04.10.2000 № 113 «Об организации взаимодействия министерства транспорта Российской Федерации с полномочными представителями Президента Российской Федерации в федеральных округах». Приказ министра транспорта Российской Федерации от 21.08.2001 № 131/832 «О порядке взаимодействия органов транспортной инспекции и таможенных органов Российской Федерации в расположенных на российско-белорусском участке государственной границы Российской Федерации местах ввоза и вывоза товаров и транспортных средств».

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

КОНЪЮНКТУРНЫЙ ЛИСТ Оценка технического предложения

, транс. №_ Поставщик 1

о

0

0

s

о^

у

3"

°-

X

I

S

X

X

о

о.

ь

=с

...

т

О а« *•

о ..

I

Отклоне

ГО

0 о _.

Фактиче значение

Степень

ГО

>Г CJ

а

Базовое

Показатели

«С

X

1 03

s ж Отклоне

s

Фактиче значение

о

Поставщик N

X

X

> л РЭ ь

о э-

Уровень

Лот №

Показатель 1 Показатель 2 Показатель/: Итого

100

X

П р и м е ч а н и е . Уровень качества, %, определяется по формуле У, = Ст —-100, РЛ когда рост показателя приводит к улучшению качества; если рост показателя р приводит к ухудшению качества, %, то У, = С Г —100. *1

Председатель комиссии по техническим вопросам

1. Авдонькин Ф. Н. Теоретические основы технической эксплуатации автомобилей / Ф. Н. Авдонькин. — М. : Транспорт, 1985. — 215 с. 2. Анискин А. М Определение объема выборки и периода разового обследования автотранспортных предприятий : учеб, пособие/A.M. Анискин, В.П. Воронов. - М. : Изд-во МАДИ (ГТУ), 2000. - 30 с. 3. Аринин И. Н. Техническая эксплуатация автомобилей : учеб, пособие [по специальности «Авюмобили и автомобильное хозяйство»] / И. Н. Аринин, С.И.Коновалов, К). В. Баженов. — Ростов н/Д : Феникс, 2004. — 314с. 4. Баженов Ю. В Основы теории надежности машин : учеб, пособие / Ю. В. Баженов. — Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, 2006. — 156 с. 5. БолдинА. П. Основы научных исследований и УНИРС: учеб, пособие / А.П.Болдин, В.А.Максимов. - М. : Изд-гю МАДИ (ГТУ), 2002. - 276 с. 6. Биргер И.А. Техническая диагностика / И. А. Биргер. — М.: Машиностроение, 1978. - 240 с. 7. Вентцелъ Е. С. Исследование операций / Е.С. Вентцель. — М.: Сов. радио, 1972. - 551 с. 8. Волгин В. В. Запасные части : особенности маркетинга и менеджмента/В.В.Волгин. - М.: Ось-89, 1997.- 125с. 9. Глудкин О. П. Всеобщее управление качеством : учебник для вузов / О. П. Глудкин. - М. : Радио, 1999. - 599 с. 10. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика : учеб, пособие для вузов/ В.Е.Гмурман. — М.: Высш. шк., 2001. — 479 с. 11. Гусев В. С. Поиск в Internet : самоучитель / В. С. Гусев. — М. : Изд. дом «Вильяме», 2004. — 336 с. 12. Дмитренко В.М. Технологические процессы технического обслуживания, ремонта и диагностирования подвижного состава автотранспортных средств : в 2 ч. / В. М. Дмитренко. — Пермь : Изд-во Пермского ГТУ, 2002.-Ч. 1.- 160с. ; Ч. 2.- 102с. 13. Зорин В.А. Надежность машин : учебник / В.А.Зорин, В.С.Бочаров. - Орел : Изд-во ОрелГТУ, 2003. - 549 с. 14. Зорин В. А. Основы работоспособности технических систем : учебник / В.А.Зорин. — М. : Магистр-Пресс, 2005. — 536 с. 15. Интернет : энциклопедия / под ред. Л. Мелиховой. — СПб. : Питер, 2001.-310 с. 16. Кузнецов Е.С. Управление технической эксплуатацией автомобилей / Е.С.Кузнецов. — М. : Транспорт, 1990. — 272 с. 17. Кулько П.А. Основы научных исследований : учеб, пособие / П. А. Кулько. — Волгоград : РПК «Политехник», 2005. — 128 с.

283

18. Лифшиц А. Л. Статистическое моделирование систем массового обслуживания/А. Л. Л ифшиц, Э.А. Мальц. — М.: Сов. радио, 1978. — 248с. 19. Логистика : учебник / под ред. Б.А.Аникина. — 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ИНФРА-М, 2003. - 367 с. 20. Лукинский В. С. Прогнозирование надежности автомобилей / В. С. Лукинский, Е.И.Зайцев. — Л . : Политехника, 1991. — 222с. 21. Малкин В. С. Нормирование запасных частей для текущего ремонта автомобилей : учеб, пособие / В. С. Малкин. — Куйбышев : Изд-во КуАИ 1986.-66с. 22. Малкин В. С. Организация технического обслуживания и ремонта автомобилей на основе теории массового обслуживания : учеб, пособие / В.С. Малкин. — Куйбышев : Изд-во КуАИ, 1988. — 90 с. 23. Малкин В. С. Теоретические основы технической эксплуатации автомобилей : учеб, пособие / B.C. Малкин. — Тольятти : Изд-во ТГУ, 2004. — 110с. 24. Малкин В, С. Основы научных исследований : учеб, пособие / B.C.Малкин. — Тольятти : Изд-во ТГУ, 2006. — 131 с. — (Размещено на сайте ТГУ Http//teard.tltsu.ru). 25. Напольский Г. М. Технологическое проектирование автотранспортных предприятий и станций технического обслуживания : учебник для вузов/ Г.М.Напольский. — М. : Транспорт, 1985. — 231 с. 26. Озорнин С. П. Основы работоспособности технических систем : учеб, пособие / С. П. Озорнин. — Чита : Изд-во ЧитГУ, 2006. — 123 с. 27. Сидоров В. И. Техническая диагностика : учеб, пособие / В. И. Сидоров. - М. : Изд-во МАДИ, 1993. - 113 с. 28. Техническая эксплуатация автомобилей / под ред. Г. В. Крамаренко. — М. : Транспорт, 1983. — 488 с. 29. Техническая эксплуатация автомобилей / [Е. С. Кузнецов, А. П. Болдин, В.М.Власов и др.] ; под ред. Е.С.Кузнецова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука, 2001. — 535 с. 30. Трение, изнашивание и смазка : справочник : в 2 кн. / под ред. И. В. Крагельского, В.В.Алисина. — М.: Машиностроение, 1978. — 400с. 31. Ушаков И.А., Козлов М. В., Топольский М. В. Точечные оценки показателей надежности по данным усеченных выборок // Надежность и контроль качества, 1982. — № 10. 32. Федюкин В К. Методы оценки и управления качеством промышленной продукции : учебник / В.К.Федюкин, В.Д.Дурнев, В.Г.Лебедев. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Филинъ : Рилант, 2001. — 328 с. 33. Хабибуллин Р. Г. Оптимизационные и имитационные модели на автомобильном транспорте и в автосервисе : учеб, пособие / Р. Г. Хабибуллин, И.В.Макарова, Д.М.Лысанов, Э.М.Мухаметдинов. — Набережные Челны : Изд-во КамПИ, 2005. — Ч. 1. — 161 с. ; Ч. 2. - 112 с. 34. Черкесов Г. Н. Надежность аппаратно-программных комплексов : учеб, пособие / Г.Н.Черкесов. — СПб.: Питер, 2005. — 479 с. 35. Шейнин A.M. Эксплуатационная надежность автомобилей / А.М.Шейнин. - М.: Изд-во МАДИ, 1973. - 248 с 36. Шор Я. Б. Таблицы для анализа и контроля надежности / Я. Б. Шор, Ф. И. Кузьмин. — М.: Сов радио, 1968. — 288 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

3

Глава 1. Качество и надежность автомобиля

5

1.1. Общие представления о качестве и надежности автомобиля 5 1.2. Процессы, приводящие к неисправностям и отказам автомобилей ... 8 1.2.1. Процессы изменения свойств конструкционных материалов .. 8 1.2 2. Процессы изменения геометрии деталей 19 1.3. Качество и надежность автомобильных шин 34 1.4. Роль сферы сервиса в поддержании работоспособности автомобиля 44 Глава 2. Описание случайных величин, отражающих процессы технической эксплуатации автомобилей

52

2.1. Общие принципы описания случайных величин 2.2 Виды законов распределения вероятностей

52 55

Глава 3. Оценка надежности автомобиля как сложной системы

61

3.1. Общие представления о сложных системах 3.2. Оценка безотказности сложных систем 3.3. Резервирование как метод повышения надежности автомобиля 3.4. Оценка параметрической безотказности и долговечности изделий 3.5. Безотказность сложной системы при установившихся потоках отказов

61 63 66 68

Глава 4. Теоретические основы ремонтопригодности автомобиля

74

71

4.1. Стратегия совместной замены деталей при ремонте. Проблема равнопрочного автомобиля 4.2. Определение оптимального срока службы автомобиля как сложной восстанавливающейся системы

80

Глава 5. Испытания и обработка их результатов

82

5.1. Организация испытаний автомобилей в условиях автотранспортного предприятия 5.2. Обработка результатов испытаний безотказности автомобиля 5.3. Оценка долговечности деталей автомобиля на основе полностью завершенных испытаний 5.4. Обработка результатов усеченных испытаний 5.5. Обработка незавершенных или многократно усеченных испытаний по методу Джонсона 5.6. Обработка результатов испытаний долговечности, усеченных слева

74

82 83 84 84 86 89

285

5.7. Оценка достоверности результатов испытаний 5.8. Оценка существенности различия результатов сравнительных испытаний 5.9. Оценка наличия связи между исследуемыми факторами как случайными величинами Глава 6. Нормирование и поставка запасных частей для ремонта автомобилей

93 97 99 106

6.1. Основы планирования и управления запасами частей для ремонта автомобилей 6.2. Расчет средних норм расхода запасных частей 6.3. Расчет норм расхода запасных частей исходя из заданной вероятности отсутствия простоев (при установившемся потоке отказов) 6.4. Расчет норм расхода запасных частей при неустановившемся потоке отказов 6.5. Формирование оптимального склада запасных частей с минимальной стоимостью и максимальной безотказностью 6.6. Методика формирования склада запасных частей станций технического обслуживания автомобилей 6.7. Краткие сведения о складском хозяйстве

121 123

Глава 7. Контроль качества в материально-техническом обеспечении технической эксплуатации автомобилей

130

7.1. Виды контроля качества при поставках запасных частей и эксплуатационных материалов 7.2. Теоретические основы выборочного контроля по качественным (альтернативным) признакам 7.3. Методика одноступенчатого контроля 7.4. Методика двухступенчатого контроля 7.5. Статистический контроль по количественному признаку 7.6. Общие рекомендации по использованию методов статистического контроля

106 113

286

154

9.1. Общие представления о технической диагностике автомобилей ... 9.2. Выбор диагностических параметров 9.3. Определение допустимого значения диагностического параметра 9.4. Постановка диагноза по комплексу диагностических параметров 9.5. Постановка диагноза по методу последовательного анализа 9.6. Условия эффективного применения диагностики в технической эксплуатации автомобилей

154 156

Глава 10. Основы теории массового обслуживания

180

142

10.1. Основные п о и я ш я 1сории массового обслуживания 10.2. Описание СМО фафами, обоснование установившегося режима СМО с дискрежыми состоянием и временем 10.3. Определение вероишосгей состояний системы с дискретным состоянием и непрерывным временем. Формула Эрланга 10.4. Примеры анализа эффективности систем массового обслуживания 10.4.1. Одноканальная СМО с отказами 10.4.2. Многоканальная СМО с отказами 10.4.3. Многоканальные СМО с очередью 10.4.4. Замкнутые СМО 10.4.5. Многофазные СМО 10.5. Оценка надежности автомобиля как сложной восстанавливаемой системы 10.6. Оценка надежности восстанавливаемых систем при неидеальной диагностике состояний 10.7. Оценка надежности систем с ненагруженным резервом с помощью теории массового обслуживания 10.8. Общие сведения о методе динамики средних 10.9. Метод расчета очереди ремонтируемых объектов с учетом надежности технологического оборудования 10.10. Метод расчета оптимального количества технологического оборудования для обслуживания и ремонта автомобилей 10.11. Статистическое моделирование систем массового обслуживания

143

Глава 11. Информационное обеспечение решений вопросов технической эксплуатации автомобилей

114 116 118

130 131 134 136 137 140

Глава 8. Основы формирования системы технического обслуживания автомобилей 142

8.1. Обшие принципы разработки режимов технического обслуживания автомобилей 8.2. Определение периодичности технического обслуживания автомобилей 8.2.1. Характеристика используемых методов определения периодичности технического обслуживания 8.2.2. Определение периодичности технического обслуживания параллельно включенных вспомогательных систем, плавно меняющих свои характеристики 8.2.3. Определение периодичности технического обслуживания параллельно включенных систем с дискретным изменением характеристик 8.2.4. Определение периодичности технического обслуживания последовательно включенных систем

Глава 9. Теоретические основы диагностики

143 146 148 151

11.1. Использование стандартов при разработке технологических процессов и средств их механизации 11.2. Использование классификаторов продукции и услуг при сертификации на автомобильном транспорте 11.3. Поиск опубликованных источников информации 11.4. Поиск технических решений в патентных источниках 11.5. Поиск специальной информации во всемирной компьютерной сети Интернет 11.6. Нормативно-правовое обеспечение технической эксплуатации автомобилей

159 163 169 177 180 181 184 186 186 187 188 193 195 198 200 203 205 206 212 219 222

222 227 230 236 241 249 287

Глава 12. Выбор средств механизации технологических процессов технической эксплуатации автомобилей

12.1. Общие понятия о показателях качества технологического оборудования и его выборе 12.2. Анализ конструктивных особенностей технологического оборудования на стадии его выбора 12.3. Методы оценки выбираемого технологического оборудования по совокупности показателей

253

253 258 264

Заключение

269

Приложения

270

Список литературы

283

Учебное издание Малкин Владимир Сергеевич

Техническая эксплуатация автомобилей Теоретические и практические аспекты Учебное пособие

Редактор Ю.А. Чичов Технический редактор Н. И. Горбачева Компьютерная верстка: С. Ф. Блудова Корректоры С. Ю. Свиридова, Т. Н. Морозова Изд. № 101109296. Подписано в печать 14 122006 Формат 60x90/16. Гарнитура «Тайме» Печать офсетная. Бумага тип № 2 Уел печ л 18,0 Тираж 4 000 экз Заказ № 7492 Издательский центр «Академия» www academia-moscow ru Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77 99 02.953 Д 004796 07 04 от 20.07 2004. 117342, Москва, ул Бутлерова, 17-Б, к 360 Тел/факс (495)330-1092,334-8337 Отпечатано с электронных носителей издательства ОАО "Тверской полиграфический комбинат , 170024 г Тверь, пр-т Ленина 5 Телефон (4822)44-52-03 44-50-34, Телефон/факс (4822)44-42-15 Home page www tverpk ru Электронная почта (E-mail) sa!es@tverpk ru