Бабанін Олександр Борисович

УДК 629.424. 1.004.

Наукові основи вдосконалення технології контролю, діагностування та матеріально-технічного забезпечення при технічному обслуговуванні локомотивів

05.22.07 – Рухомий склад залізниць та тяга поїздів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківській державній академії залізничного транспорту на кафедрі “Експлуатація та ремонт рухомого складу”, Міністерство транспорту України.

Науковий консультант

Доктор технічних наук, професор,

Тартаковський Едуард Давидович, Харківська державна академія залізничного транспорту, завідувач кафедри “Експлуатація та ремонт рухомого складу”.

Офіційні опоненти

Доктор технічних наук, професор

Кузнєцов Тимофій Федорович, Дніпропетровський державний технічний університет залізничного транспорту, професор кафедри “Локомотиви”;

Доктор технічних наук, професор

Коссов Євген Євгенович, Всеросійський науково-дослідний інститут залізничного транспорту, завідувач відділом “Тепловози та локомотивне господарство”;

Доктор технічних наук, професор

Кудряш Анатолій Петрович, Інститут проблем машинобудування НАН України, завідувач відділом.

Провідна установа

Східно-український національний університет, кафедра “Залізничний транспорт”, Міністерство освіти і науки України, м. Луганськ.

Захист відбудеться “31”травня 2001р.

о 13-00 годині в ауд.конференц-залі на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.820.04 в Харківській державній академії залізничного транспорту за адресою: 61050, м. Харків, пл. Фейєрбаха, 7.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківської державної академії залізничного транспорту

Автореферат розісланий “28”квітня 2001р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Запара В. М.

ВСТУП

Підвищення ефективності використання тягового рухомого складу (ТРС) на залізницях України в умовах нестабільності обсягів перевезень і фізичного старіння локомотивного парку, можливо, у першу чергу, за рахунок удосконалення його утримання.

Особливо це відноситься до питань матеріально-технічного забезпечення (МТЗ) і контролю технічного стану, які істотно впливають на технологію проведення технічного обслуговування (ТО) локомотивів. Планово-попереджувальна система ТО і поточного ремонту (ПР), яка діяла раніше, застосовувала чітке централізоване забезпечення матеріальними ресурсами. Після переходу до ринкових відносин централізація МТЗ, як така, була ліквідована, але планова система утримання локомотивів була збережена в колишніх формах її існування. Таке положення викликало диспропорції в організації і значне зростання витрат на утримання локомотивів в працездатному і справному стані. Унаслідок цього, замість ритмічного виконання планових технологічних операцій ТО обслуговуючому персоналу приходиться займатися придбанням запасних частин, палива і матеріалів, організовувати поповнення і комплектацію пунктів технічного обслуговування (ПТО), розбирати та оцінювати конфліктні ситуації, застосовувати нові методи і засоби контролю, виконувати незаплановані для ТО ремонтні роботи і вирішувати власне кажучи нові задачі в сучасних умовах. Разом з цим, оскільки на найближчі 5-10 років перевезення будуть забезпечуватися існуючим ТРС, для підтримки працездатності локомотивів необхідне також широке впровадження нових прогресивних методів контролю, діагностування і одержання з допомогою цього достовірної інформації про технічний стан для прийняття рішень по коректуванню переліку операцій при проведенні ТО.

Виходячи з цього, виникає необхідність вирішення науково-технічної проблеми - удосконалення технології контролю, діагностування і МТЗ при ТО локомотивів. Технологія проведення ТО локомотивів у такій постановці не розглядалася, що не дозволяло досягати очікуваної ефективності від впровадження окремих заходів.

Актуальність теми.

В умовах ринкової економіки найважливішою задачею підвищення продуктивності залізничного транспорту є впровадження прогресивних технологій, що забезпечують високий рівень його технічного стану. Тому, для організації утримання локомотивів в цей час вже недостатньо існуючих традиційних заходів, які функціонують на базі застарілих технологій і методів. Основні недоліки у цьому напрямку можна визначити наступними об'єктивними причинами:

- відсутність єдиних комплексних наукових методів і організаційних засобів для підтримки ТРС у працездатному і справному стані;

- значні втрати (до 43%) на виконання змащувальних, кріпильних і контрольно-діагностичних операцій при проведенні ТО через незадовільну організацію МТЗ;

- відсутність інформаційного забезпечення для планування МТЗ на підставі проведення контролю і діагностування вузлів локомотивів;

- відсутність гнучких розрахункових методів по раціональному визначенню необхідної кількості матеріальних ресурсів в локомотивному господарстві;

- недостатнє супроводження ТО локомотивів методами і засобами контролю і діагностування для зниження експлуатаційних витрат в умовах конкуренції ринку транспортних послуг;

- відсутність методів оцінки і прийняття рішень обслуговуючим персоналом у конфліктних ситуаціях, що виникають при проведенні ТО;

- недосконалість інформаційного забезпечення моніторингу технічного стану для відстеження та прогнозування різних аварійних ситуацій.

До дійсного часу в нашій країні і за кордоном виконаний великий обсяг наукових досліджень і практичних розробок у напрямку удосконалення систем ТО ТРС. Разом з тим, в них не знайшли належною мірою питання взаємозв’язку ТО з організацією контролю, діагностування і МТЗ. Це позначається на тому, що при існуючій системі нормативні витрати часу і праці дуже істотні, а якість функціонування і надійність ТРС не повною мірою відповідає поставленим вимогам.

Таким чином, впровадження в практику нових технологій, пов’язаних з контролем, діагностуванням та МТЗ, які створені на основі теоретичних розробок даної дисертації, дозволяє кваліфікувати її як актуальну роботу, спрямовану на розв’язання важливої науково-технічної проблеми підвищення якості технічного обслуговування локомотивів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконана на кафедрі “Експлуатація та ремонт рухомого складу” (ЕРРС) Харківської державної академії залізничного транспорту в період з 1993 по 2001 рр. відповідно до планів науково-дослідних робіт академії, що проводяться в рамках галузевих програм Міністерства транспорту України і Укрзалізниці з тем: “Совершенствование технологии обслуживания и ремонта локомотивов путем внедрения прогрессивных средств контроля” (№ГР0194U001109, 1993р., 123с.); “Вдосконалення технології обслуговування локомотивів в депо Дарниця” (№ГР0194U009107, 1994р., 96с.); “Разработка и изготовление автоматизированной системы сбора и обработки информации о работе оборудования ТПС” (№ГР0195U011606, 1995-1996рр., 147с.); “Научное обоснование новой системы сервисного обслуживания и ремонта дизель и электропоездов” (№ГР0195U013377, 1995-1997рр., 96с.); “Наукове обґрунтування реалізації концепції розвитку систем діагностування в локомотивному господарстві залізниць України” (№ДР0101U002465, 2000-2001рр., 88с.).

Матеріали дисертації також використані при розробці “Концепції створення систем діагностики в локомотивному господарстві залізниць України”, що затверджена першим заступником Міністра транспорту України - Генеральним директором Укрзалізниці 15.02.1998р.

Мета і задачі дослідження.

Метою роботи є вирішення наукової проблеми - вдосконалення технології контролю, діагностування і МТЗ локомотивів на основі одержання аналітичними та експериментальними методами достовірної інформації про технічний стан для прийняття науково-обгрунтованих рішень по коректуванню технологічного процесу ТО локомотивів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- розглянути систему технічного утримання ТРС з оцінкою факторів, що впливають на її функціонування;

- формалізувати задачу поповнення запасів на ПТО локомотивів і запропонувати методику визначення оптимального розміру запасних частин і пристосувань (ЗІП);

- обстежити характер різних конфліктних ситуацій, що виникають при організації МТЗ і запропонувати оціночні критерії прийняття рішень;

- отримати оцінки діагностичної цінності інформації при проведенні ТО локомотивів і оцінити їх вплив на організацію МТЗ;

- провести аналіз і запропонувати методичне забезпечення точності й оперативності контролю для різних виробничих ситуацій при проведенні ТО;

- провести дослідження і формалізувати математичний опис технологічного процесу ТО з організацією контролю, діагностування і МТЗ;

- виконати дослідження і формалізувати визначення оптимальної дислокації пунктів комплексного діагностування (ПКД) у межах залізниці на підставі техніко-економічних показників парку локомотивів;

- розробити наукові основи технології функціонування пересувних і стаціонарних пунктів ТО і діагностування тепловозів;

- розробити теоретичні основи по організації моніторингу локомотивного парку;

- розробити концепцію, що узагальнює і розвиває методи контролю, діагностування і МТЗ при проведенні ТО локомотивів.

Об'єктом досліджень є система утримання локомотивного парку, що вимагає вирішення досить широкого кола задач теоретичного, практичного й організаційного плану.

Предметом досліджень є розрахунки і моделювання характеристик системи технічного утримання локомотивів.

Виконані в дисертаційній роботі дослідження ґрунтуються на теорії ймовірностей, теорії масового обслуговування, математичній статистиці, теорії графів і її застосування в задачах планування і управління, теорії надійності, методу динаміки середніх і математичного програмування.

Наукова новизна одержаних результатів.

Наукова новизна результатів дисертаційної роботи полягає в тому, що вперше розроблена концепція удосконалення технології ТО за рахунок наукового обґрунтування взаємодії МТЗ, контролю і технічної діагностики. Запропонований при цьому комплексний підхід дозволяє коректувати період поповнення і кількісні характеристики ЗІП згідно з обсягом технологічних операцій, а також створює теоретичні і практичні основи для удосконалення ТО локомотивів.

У дисертації отримані наступні наукові результати:

- формалізована задача визначення періодів поповнення і достатності матеріальних ресурсів для ПТО локомотивів;

- досліджений стан МТЗ і синтезовані варіанти забезпечення запасними елементами з виділенням їх структури в локомотивному господарстві залізниць;

- запропоновані багатокрокові процеси прийняття рішень в умовах дефіциту інформації, які реалізовані у семи інформаційних ситуаціях в умовах невизначеності з виділенням оціночних критеріїв при організації МТЗ;

- визначені витрати часу на контроль справності устаткування локомотивів при проведенні ТО і їх вплив на МТЗ;

- досліджені напрямки статистичного контролю, запропоновані стратегії контролю на ТО при різних станах вузлів тепловозів. Визначені відповідні оцінки статистичного, вибіркового і послідовного контролю. Проведено моделювання і запропоновано визначення граничних значень контролюємих параметрів статистичним і тополого-імовірносним методом;

- досліджена поведінка вузлів ТРС в експлуатації і сформовані алгоритми контролю технічного стану локомотивів на основі імовірнісного критерію, вагових ознак і діагностичної цінності інформації;

- запропонована макромодель, яка описує динаміку впливання МТЗ, контролю і діагностування на технологію ТО, в основу якої покладено регресійні залежності з оцінкою їх працездатності відповідно до помилок;

- для різних функціональних систем локомотивів з урахуванням їх специфічності запропоновані алгоритми діагностування;

- розроблені наукові основи технології функціонування пересувних і стаціонарних пунктів ТО і діагностування на підставі дослідження операцій (метод динаміки середніх) і вирішення мережної задачі (задача про комівояжера);

- створені теоретичні передумови по організації моніторингу з допомогою внутрішніх і дистанційних засобів контролю технічного стану вузлів ТРС;

- розроблена концепція, що узагальнює і розвиває взаємозв'язок методів контролю і діагностування з МТЗ при технічному обслуговуванні ТРС.

Практичне значення одержаних результатів.

Практична цінність виконаних теоретичних і експериментальних досліджень полягає у вирішенні наступних важливих задач:

- створений програмний комплекс для формування раціональної системи МТЗ при ТО локомотивів;

- визначені чисельні значення і закономірності зміни структури ЗІП для формування запасів на ПТО і пересувних станцій ТО і діагностування локомотивів;

- розроблені наукові основи організації функціонування стаціонарних і пересувних пунктів ТО і діагностування, складання для них раціональних маршрутів та пропозицій по оснащенню їх необхідними матеріальними ресурсами і сучасними засобами експрес-контролю технічного стану вузлів локомотивів;

- розроблені технічні вимоги на автоматизовану систему збирання та обробки інформації для визначення режимів роботи ТРС;

- розроблені і впроваджені в технологію ТО алгоритми контролю і діагностування, що дозволяють визначати інформативні параметри, які однозначно характеризують технічний стан обслуговуємих локомотивів та їхніх вузлів;

- розроблені алгоритми і програми для ПЕОМ по коректуванню обсягів технологічних операцій при ТО з урахуванням технічного стану локомотивів.

Результати дисертаційної роботи впроваджені на Південній і Південно-Західній залізницях, де стосовно до умов опорних локомотивних депо створені стаціонарні ПКД і пересувні станції ТО та діагностування різних серій локомотивів.

Розроблені методики і програми використовуються в навчальному процесі ХарДАЗТ у дисциплінах “Основи надійності і технічної діагностики”, “Експлуатація локомотивів і локомотивне господарство”, у курсовому і дипломному проектуванні, на ФПК і при підготовці магістрів у ІППК.

Особистий внесок здобувача.

У роботах, опублікованих у співавторстві, дисертанту належить:

у роботі [22] – методика розрахунку періодичності поповнення матеріальних запасів для виконання ТО і варіанти стратегій для її реалізації;

у роботах [6,7,25] - теоретичні основи удосконалення технології ТО локомотивів;

у роботах [15,16,20] - математичні моделі інформаційних ситуацій при організації матеріально-технічного забезпечення ТО;

у роботах [4,26] - методичне забезпечення регламенту проведення контрольно-діагностичних операцій на ТО для різних виробничих ситуацій;

у роботах [1,11,18,28] – методичні оцінки діагностичної інформації при проведенні ТО і їхнє впливання на організацію МТЗ;

у роботах [2,19] – методичне забезпечення взаємозаміни електронних деталей для імпортних локомотивів;

у роботі [21] - методика визначення пропускної здатності ПКД методом динаміки середніх;

у роботах [9,27,] – методика опису технологічного процесу ТО за допомогою регресійних залежностей і визначення значимості факторів, що впливають на якість проведення ТО;

у роботах [8,10,12,13,14,17,23,24] – запропоновані теоретичні основи технології ТО з використанням моніторингу і мікропроцесорної техніки.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення дисертації доповідалися, обговорювалися і схвалені на:

VIII Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми розвитку рейкового транспорту” (Крим, Алушта, 1998р.);

IX Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми розвитку рейкового транспорту” (Крим, Алушта, 1999р.);

засіданнях науково-технічної комісії з розвитку систем діагностування в локомотивному господарстві Укрзалізниці (Київ, 1998р.; Харків, 1999р.; Київ, 2000р.);

науково-технічній конференції “Проблеми впровадження технічної діагностики вузлів і деталей рухомого складу” (Санкт-Петербург, 1999р.);

науково-технічних конференціях кафедр ХарДАЗТ і працівників підприємств залізничного транспорту в 1994-2000р.р.

Цілком дисертаційна робота доповідалася на розширених засіданнях кафедри “Експлуатація та ремонт рухомого складу” ХарДАЗТ у 19992000р.р. за участю членів спеціалізованої вченої ради.

Публікації.

Матеріали дисертації опубліковані у 30 наукових працях (в одній монографії, одному навчальному посібнику, 20 наукових статтях, двох авторських посвідченнях на винаходи, 1 депонованої статті і 5 тезах науково-технічних конференцій) у виданнях затверджених ВАК України. Основні положення дисертації ввійшли до концепції створення систем діагностики в локомотивному господарстві залізниць України.

Структура й обсяг дисертації.

Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновку і містить 288 сторінок друкованого тексту, 53 ілюстрації, 28 таблиць, списку використаних джерел, що включають 364 найменування і 9 додатків.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі дослідження.

Перший розділ присвячений розгляду стратегій і розвитку системи ТО локомотивів. Розкрита тенденція і шляхи удосконалення системи ТО і впливу на неї факторів, таких як МТЗ, контроль і діагностування. У роботі проведений огляд досліджень по удосконаленню системи технічного утримування ТРС на залізничному транспорті. Значний внесок у розвиток конструкції, теорії надійності, діагностики та оптимізації системи утримання локомотивів внесли роботи Б.Є. Боднаря, В.О. Браташа, Т.В. Бутько, О.І. Володіна, В.Ф. Головко, О.Л. Голубенко, О.В. Горського, В.М. Зайончковського, І.П. Ісаєва, В.І. Кисельова, М.Л. Коротенко, Є.Є. Коссова, А.П. Кудряша, Т.Ф. Кузнєцова, В.Д. Кузьмича, Е.С. Павловича, О.Б. Підшивалова, Ю.Є. Просвірова, Т.В. Ставрова, В.В. Стрекопитова, Е.Д. Тартаковського, Т.О. Тибілова, В.П. Ткаченка, В.П. Феоктистова, В.О. Четвергова та ін. Розглянуті дослідження, виконані в СНД і в країнах далекого зарубіжжя щодо наукового обґрунтування і удосконалення системи утримання ТРС.

Досліджені загальні напрямки розвитку системи технічного обслуговування на закордонних залізницях. Встановлено, що підтримка високої експлуатаційної надійності рухомого складу, особливо для перевезення пасажирів, неможлива без комплексного впровадження сервісного обслуговування, систем контролю і діагностики. Згідно розрахунків проведених німецькими фахівцями спільне використання сервісу і діагностики дозволяє зменшити на 15-17% витрати на ТО рухомого складу. У дисертації також проведений аналіз систем технічного і сервісного обслуговування на автомобільному й авіаційному транспорті, на морському і річковому флоті.

Проведені дослідження показали, що в даний час на Україні проблема вдосконалення системи утримання локомотивів вирішується недостатньо. Із сукупності причин виділені такі, як старіння локомотивного парку і недостатнє його відновлення, відсутність централізованого МТЗ, неефективне використання і розвиток методів контролю і діагностування. У роботі відзначено, що при раніше існуючій планово-попереджуючій системі обслуговування локомотивів існувало чітке централізоване забезпечення матеріальними ресурсами. Однак після переходу до ринкових відносин централізоване постачання матеріальними ресурсами було ліквідовано, а планова система ТО залишилась в колишніх формах її існування. Це не могло не викликати значних труднощів і витрат на утримання локомотивного парку в працездатному і справному стані. Обстеження циклічності операцій виконуємих на ТО локомотивів дозволило виділити п’ять характерних робіт, з яких значну частину займають контрольно-діагностичні і регулювальні (до 37%), а також роботи щодо заміни окремих деталей локомотивів (24%). Зроблені висновки, що організація МТЗ і контроль технічного стану локомотивів є дуже актуальним питанням.

В другому розділі виконана формалізація задач МТЗ при проведенні ТО локомотивів. Аналіз показав, що при переході до ринкових відносин питанням щодо розрахунків постачання матеріалів, запасних частин і сировини приділяється недостатня увага. Відсутній єдиний підхід до застосування методів і моделей у різних ситуаціях. Це можна пояснити наявністю різних сфер застосування розрахункових методів (проектування, експлуатація, обслуговування, ремонт, планування і розподіл), використання в розрахунках різноманітних розділів аналітичного апарату (теорії відновлення, теорії надійності, теорії прогнозування і ін.), залучення різних джерел інформації та ін. Для надійної експлуатації сучасних локомотивів потрібне періодичне поповнення запасів матеріалів, сировини і запасних частин. У той же час, різноманіття експлуатаційних факторів, а також задачі, що вирішує сучасний ТРС, призводять до того, що терміни поповнення ресурсів навіть однотипних локомотивів, які експлуатуються у подібних умовах, є випадковими величинами.

На підставі цього в роботі запропонований і формалізований метод визначення достатності поповнення матеріальними ресурсами ПТО, а також їх витрату на розраховує мий період. Покладено, що зовнішні джерела постачають ПТО двома видами ресурсів: паливом і комплектом запасних частин. Для початку умовно прийнято, що запаси ПТО складають: комплектів запасних частин і палива. Для поповнення цих запасів локомотиви періодично прибувають на ПТО. При цьому запас палива і комплект запасних частин поповнюється зовні в залежності від його фактичної витрати. При неможливості поповнити запас палива або поновити комплект запасних частин експлуатація локомотива припиняється. Методика ставить своєю метою визначити періодичність поповнення запасів для ПТО, при якій із заданою імовірністю р забезпечується нормальне функціонування усього парка локомотивів.

При цьому ПТО, що забезпечує парк однотипних локомотивів розглядається як система, у якій заявки на поповнення задовольняються дискретно у випадкові моменти часу комплексним постачанням одного комплекту запасних частин і деякої випадкової кількості палива, тобто . Сумарні обсяги постачань до моменту часу t складуть

(1)

Вичерпними характеристиками процесу функціонування розглянутої системи є математичні очікування , дисперсії інтервалів між постачаннями та розміри самих постачань … . Якщо припустити, що запаси зовнішнього джерела досить великі і здатні забезпечити необмежену кількість постачань, то функцію розподілу сумарного обсягу постачань до будь-якого моменту часу можна досліджувати, використовуючи асимптотичні методи теорії відновлення. При цьому незалежно від виду закону розподілу випадкових величин і сумарні постачання (1) утворять систему двох асимптотичних нормальних випадкових величин. Центри розсіювання і дисперсії цих законів можна виразити через характеристики процесу функціонування системи у вигляді лінійних функцій календарного часу, а коефіцієнт кореляції між постачаннями від часу не залежить. Тоді імовірність того, що зовнішнє джерело постачання забезпечить нормальне функціонування ПТО протягом часу , запишеться як

. (2)

Враховуючи прийняті позначення, імовірність поповнення ресурсів можна виразити через функцію Лапласа

(3)

Вихідними даними для обчислення цієї імовірності є значення початкових рівнів запасів джерела і , а також математичні очікування і дисперсії випадкових величин і , оцінки, яких за умовою стаціонарності процесу експлуатації визначаються за формулою

, (4)

, (5)

, (6)

. (7)

У цих виразах являє собою загальне число постачань протягом обраного інтервалу спостережень за функціонуванням ПТО. Будь-яка зміна умов експлуатації порушує сформований характер взаємодії ПТО з обслуговуємим парком локомотивів. Це, у свою чергу, приводить до зміни оцінок функціонування, зміни параметрів функції Лапласа, а також імовірності .

За цією методикою, на підставі статистичних даних, зібраних у двох базових локомотивних депо Південної і Південно-Західній залізниць, були визначені періоди поповнення ПТО паливом, мастильними матеріалами, а також комплектами запасних частин для проведення ТО локомотивів (табл. 1 і 2).

Таблиця 1

Розрахункові значення періодів поповнення пального і мастильних матеріалів для забезпечення ТО тепловозів

Назва | Позначення по ГОСТ або ТУ | Розрахунко-вий період поповнення, діб.

1.Дизельне пальне (літнє)

2.Дизельне пальне (зимове)

3.Масло авіаційне

4.Масло компресорне (літнє)

5.Масло компресорне (зимове)

6.Мастило ЖРО

7.Мастило ЦІАТІМ-221

8.Вазелін технічний

9.Мастило СТП (літнє)

10.Мастило СТП (зимове) | ГОСТ 10489-86

ГОСТ 10489-86

МС-20

К19

К12

ТУ 32цт 520-83

ГОСТ 9433-80

ОСТ 38.156-74

ТУ 38 2-232-80

ТУ 38 2-232-80 | 18

24

76

43

43

94

124

156

35

35

Таблиця 2

Розрахункові значення періодів поповнення запасних частин для забезпечення ТО тепловозів

Назва | Позначення по ГОСТ або ТУ | Розрахунко-вий період поповнення, діб.

1.Гальмівні колодки

2.Рукав пісочної труби

3.Автозчеп

4.Набивка сальникова

5.Пароніт листовий

6.Ел. щітка ЕГ-61

7.Ел. щітка ЕГ-14

8.Ел. лампа СЦ-21

9.Ел. лампа Ж80-60

10.Ел. лампа СМ-26-25

11.Ел. лампа ПЖ50-500

12.Рукав кінцевий | ТУ 32ЦТ-45378

6ТН 399-003

СА-3

-

-

5ТХ.578.073

5ТХ.578.013

ТУ16-21.14-78

ГОСТ 1181-84

ТУ16-535.077-87

ГОСТ 7874-86

- | 15

121

96

44

63

48

136

56

56

78

34

134

Проведена експериментальна перевірка розрахованої періодичності поповнення ПТО паливом, мастильними матеріалами та запасними частинами і термінами їх витрат у цих локомотивних депо показала достатню адекватність запропонованої моделі (розбіжність між розрахунковими даними та фактичними значеннями не перевищує 5-8%).

У роботі розкрите поняття ЗІП з урахуванням особливостей проведення ТО локомотивів і виділені чотири основних ознаки його класифікації:

- по призначенню (для раптової чи профілактичної заміни);

- безвідмовності в режимі зберігання (залежать або не залежать показники безвідмовності елементів ЗІП від терміну їхнього зберігання);

- ремонтопридатності (відновлювані чи не відновлювані елементи);

- щодо терміну зберігання (елементи ЗІП обмеженого чи необмеженого терміну придатності при їх зберіганні).

Для кількісної оцінки синтезовані варіанти забезпечення запасними елементами різних підрозділів локомотивного господарства, які взаємодіють або приймають особисту участь у процесі виконання ТО. Запропоновані 7 варіантів (рис.1), які включають до себе сполучення наступних складових частин:

- комплект ЗІП-ТО, що являє собою комплект запасних частин, або матеріалів, додаваємий цехам, які виконують ТО для забезпечення їхньої працездатності;

- обмінний фонд ремонтного органа (ОФ-РО), що являє собою комплект запасних елементів, які додаються до ремонтного підрозділу, котрий обслуговує ПТО де виконується ТО;

- комплект ЗІП-РО, який додається до ремонтного органа з метою забезпечення його працездатності.

Для визначення основних характеристик цих варіантів запропонований середній час між відмовою і відновленням локомотива визначати як

, (8)

де - середній час виявлення і пошуку несправного елемента, який визначається системою діагностування і не залежить від повноти комплекту ЗІП;

- середній час заміни елемента справним (при наявності його в ЗІП), який визначається ремонтопридатністю локомотива або його вузла і не залежить ні від системи діагностування, ні від повноти комплекту ЗІП;

- середній час затримки між заявкою на запасний елемент та її виконанням, який не залежить від системи діагностування і визначається потоком відмов елементів і повнотою комплекту ЗІП.

Рис. 1. Варіанти забезпечення ТО запасними елементами

По кожному запропонованому варіанту були проведені розрахунки, згідно з якими була експериментально перевірена достатність ЗІП для відповідного структурного підрозділу базового локомотивного депо. Вона, відповідно запропонованій моделі, для різних варіантів показала добре погодження з розрахунковими даними (відхилення склало не більше 4-5%).

Для формалізації конфліктних ситуацій, що виникають при організації МТЗ запропонована методика оцінки прийняття раціональних управлінських рішень в умовах, які складаються з різного ступеня невизначеності. При цьому запропонована наступна схема, що припускає наявність наступних складових частин:

- безліч взаємовиключних рішень Ф={1,…,m} органу управління Y, одне з яких йому необхідно прийняти;

- безліч взаємовиключних станів ={1,…,n} середовища S, у якому воно може знаходитися. При цьому, у якому конкретному стані воно знаходиться, чи буде знаходитися, органу управління Y невідомо;

- орган управління Y описується спеціальним оцінним функціоналом F={fjk}, що характеризує його “виграш” чи “програш” при виборі рішення kФ, якщо середовище S буде знаходитися (чи знаходиться) у стані j.

Для опису ситуацій було прийняте сполучення й оцінка наступних факторів

{Ф, , F} (9)

де Ф={1,…,m} - безліч рішень органа керування Y;

={1,…,n} - безліч станів середовища S, що може, знаходиться в одному з них j;

F={fjk} - оцінний функціонал (матриця оцінного функціонала), визначений на .

На підставі проведених досліджень з характеру “поводження” середовища S у процесі прийняття рішень при виборі своїх станів j було виділено сім інформаційних ситуацій.

Перша інформаційна ситуація U1 характеризує випадок, коли прийняття рішення Y базується на знаннях апріорного розподілу ймовірностей p=(p1,…,pn), pj=P{=j}, pj=1 на елементах j станів середовища S. Ця ситуація ідентифікує “поводження” середовища S в умовах “ризику” і дозволяє ефективно використовувати теорію статистичних рішень. Така ситуація найбільш характерна для ситуації, коли на підставі статистичних даних контролю і діагностування обслуговуючим персоналом приймається необхідне рішення по встановленню чи коректуванню регламенту виконуємих робіт, а відповідно і визначенню обсягів використання матеріальних ресурсів. За критерієм Байєса практично визначено, що маючи у своєму розпорядженню дані контролю обслуговуючий персонал може на 15-20% скоротити обсяг зайвих робіт пов’язаних з розборками та пошуком несправностей.

В другій інформаційній ситуації U2 передбачається, що прийняття рішення Y ґрунтується на знаннях розподілу ймовірностей p()=[p1(), … , pn()], pj()=1, pj()=P{=j} на елементах j станів середовища S, що залежить від значень невизначеного параметра з параметричної множини Щ. Ця інформаційна ситуація при виконанні локомотивам ТО відображує невизначеність у виборі контролюємих параметрів вузлів, оскільки, як правило, закон розподілу ймовірностей технічних станів буває відомий, однак, параметри цього закону (на підставі яких робиться вибір елементів ЗІП) невідомі і підлягають визначенню. Практично встановлено, що ця ситуація істотно впливає на вибір технічних засобів контролю і діагностування та дозволяє значно скоротити оперативний час на аналіз технічного стану перевіряємого вузла.

Третя інформаційна ситуація U3 характеризується заданням імовірнісних відношень порядків на компонентах безлічі станів середовища S, індуцируючих відповідні відношення порядків на компонентах вектора апріорного розподілу {p1,…,pn}, який задається органом прийняття рішення Y на основі наявності в його розпорядженні інформації, його досвіду, інтуїції та відповідних обставин. При виконанні локомотивам ТО для цієї ситуації характерне визначення питань пов’язаних зі змінністю вузлів, деталей, мастила і матеріалів. В остаточному підсумку така ситуація характерна для варіантів 2 і 3 по формуванню ЗІП і визначенню його основних якісних і кількісних характеристик. Експериментальними перевірками встановлено, що при наявності готових відремонтованих вузлів на 4-5% зменшується час на виконання ТО локомотивам.

Четверта інформаційна ситуація U4 характеризується невідомим розподілом р=(р1,...,рn), pj=P{=j}, pj=1 на елементах , з одного боку, і відсутністю активної протидії середовища S цілям прийняття рішень Y - з іншої. Ситуація U4 характеризує “повну відсутність знання” органом керування Y про поводження середовища S. Таку ситуацію можна зустріти при впровадженні нових типів локомотивів, освоєння нових технологій ТО і ПР, первісного призначення періодичності і регламенту виконання робіт їх обсягів і ін. Експериментально встановлено, що визначаючи розмір ЗІП і період його поповнення для цієї ситуації характерний варіант 4, відповідно якого запасні елементи можуть формуватися або в обмінному фонді (за рахунок їх ремонту), або з гарантійних постачань.

П'ята інформаційна ситуація U5, характеризується активною протидією середовища S цілям прийняття рішень Y і в ній при виборі рішення є забезпечення гарантованих (максимінних) рівнів значень оцінюємого функціонала. Для цієї ситуації характерним є призначення на ТО додаткових робіт і їх обсягів у випадках коли повторюються відмовлення однотипних вузлів парка локомотивів. При цьому аналіз процесу прийняття рішень у ситуації U5 аналогічний основним правилам і елементам теорії антагоністичних ігор. Тому критерії прийняття рішень в інформаційній ситуації U5 засновані на принципі мінімакса (максиміна).

Шоста інформаційна ситуація U6 визначається наявністю факторів, що характеризують два типи “проміжного” поводження середовища S. Для першого типу характерна наявність в органі управління Y деякої “неясної” інформації про дійсні розподіли станів середовища S. Яка б невизначена ця “неясна” інформація не була, орган управління Y хоча і не може постулювати яку-небудь конкретну інформаційну ситуацію Ui (i=1,…,5), однак може встановити деякий рівень песимізму-оптимізму. Для другого типу передбачається, що орган управління Y має інформацію про стан середовища S, який є “проміжним” між інформаційними ситуаціями U1 і U5. Для цього випадку така інформаційна ситуація “лежить” між двома крайніми ситуаціями U1 і U5 і характеризуються, з одного боку, повним або частковим знанням розподілів ймовірностей на , а з іншого боку - антагоністичним поводженням середовища S. Така ситуація характеризує оцінку обслуговуючим персоналом технічний стан локомотивів, що надходять на ТО. Як правило, результати цієї ситуації впливають на вагомість помилок першого і другого роду, а також на організацію проведення контролю, за результатами якого здійснюється забезпечення ТО запасними частинами і матеріалами.

Сьома інформаційна ситуація U7 характеризує випадок, коли орган управління Y володіє “нечітким” знанням станів середовища S. При цьому передбачається, що орган управління Y точно знає повну безліч можливих станів j середовища, безліч Ф своїх рішень k і значення оцінного функціонала F={fjk}. Поводження середовища S у цій ситуації можна моделювати на основі понять теорії нечітких множин, застосування яких дає можливість сформулювати ситуацію прийняття рішень у виді

{Ф, A, F}, (10)

де А - нечітка множина або нечітка випадкова подія, обумовлена функцією, яка належить A і розподілом р ймовірностей станів середовища S. Дана інформаційна ситуація дозволяє моделювати кількісними характеристиками ЗІП для варіантів 6 і 7 у залежності від виробничих потужностей ремонтних підрозділів і надходжень сировини і матеріалів.

Експериментально встановлено, що особливістю дій обслуговуючого персоналу при формуванні ЗІП для проведення ТО локомотивам є досягнення визначених цілей на основі заданих переваг (достатність матеріалів і запасних частин, періоди їх поповнення, вимоги до відповідності характеристикам і ін.). Висунуті ситуації повністю адекватні експериментальним даним, які отримані у базових локомотивних депо (з розбіжністю до 4-9%) і підтверджують, що якість процесу прийняття рішень знаходиться в прямої залежності від повноти обліку всебічних факторів, істотних для наслідків від прийнятих рішень. У значній мірі покращити це становище дозволяє проведення контролю і діагностування. Отримана при цьому інформація буде відображати об’єктивний характер, і мати відповідну цінність, що дозволить формалізувати застосовуємі методи рішень.

Третій розділ присвячений аналізу удосконалення технології ТО з контролем і діагностуванням локомотивів. Проведено дослідження основних напрямків контролю якості продукції, а також можливість їх використання в локомотивному господарстві. Виходячи з цього, розширені основні цілі контролю локомотивів при проведенні ТО. Досліджені властивості структурних вузлів локомотива з допомогою лінійних або лінеаризованих залежностей відхилень вихідних параметрів елементів від відхилень їхніх вхідних параметрів. З лінійності рівнянь зв’язку визначений принцип незалежності дії відхилень параметрів окремих елементів на відхилення вихідного параметра об'єкта. Для реалізації цього був складений алгоритм для ПЕОМ, який дозволив реалізувати структурне моделювання, скласти шляхові діаграми і визначити не тільки причинні зв’язки між заданими змінними, але й виконати перевірку різних гіпотез щодо цих зв’язків, які описуються як лінійними, так і нелінійними рівняннями.

Вихідними даними для цих розрахунків були прийняті:

- задане граничне відхилення вихідного параметра локомотива чи його системи;

- імовірність перебування граничних відхилень у заданих межах;

- первісні параметри складових частин контролюємих вузлів;

- функціональна схема локомотива чи його системи.

На підставі цього були змодельовані і експериментально визначені граничні значення вихідних параметрів систем автоматичного регулювання дизель-генераторних установок тепловозів 2ТЕ116 і ТЕП70. Практична їх перевірка з допомогою технічних засобів діагностування у базових локомотивних депо показала отримання стабільного відсотка відхилень вихідних параметрів (у межах 8-10%), який достатньо адекватний запропонованим моделям.

Для визначення інформації, що характеризує технічний стан локомотива при проведенні ТО, запропоновані алгоритми контролю і пошуку несправностей. При цьому було визначено, що вибір того чи іншого алгоритму обумовлений структурою контролю і необхідною глибиною пошуку дефекту. Для розробки алгоритмів ставилися дві задачі:

- визначити найкращий набір контролюємих параметрів;

- одержання найкращої послідовності перевірки і вимірювання контролюємих параметрів.

Виходячи з цього були удосконалені і запропоновані наступні алгоритми контролю і діагностування.

Алгоритм на основі половинного розбиття запропоновано використовувати для пошуку несправностей в електричних ланцюгах локомотивів, коли практично неможливо одночасно проконтролювати кожний елемент. Принцип алгоритму покладає розбиття всього ланцюга на дві частини, в кожній з яких визначається величина ентропії за формулою

. (11)

де - імовірність стану одного елемента контролюємої частини ланцюга.

Після отримання двох результатів частина ланцюга де результат позитивний відкидається, а частина де величина ентропії негативна у свою чергу розподіляється на дві нові частини. Розрахунки виконуються вже тільки для цих двох частин, визначаються нові значення величини ентропії і так далі. Таким чином алгоритм на основі половинного розбиття дозволяє проводити розподіл до тих пір, поки стан діагностуємого вузла не буде визначений із заданою глибиною пошуку. Проведеними експериментальними перевірками у опорних локомотивних депо для тепловозів 2ТЕ116 і ТЕП70, які мають складну електричну схему була визначена величина ентропії для наступних ланцюгів:

- збудження тягового генератора 0,74-0,86;

- живлення контакторів КВ і ВВ 0,66-0,87;

- запуску дизеля 0,42-0,64;

- управління автоматикою охолодження 0,41-0,53.

Отримані величини ентропії дозволяють обслуговуючому персоналу відразу обирати конкретне місце електричного ланцюга, з якого треба починати розподіл і пошук несправності.

У роботі розроблені також наступні алгоритми:

- послідовного функціонального аналізу, за якими визначається стан лімітуючих вузлів дизеля;

- імовірносно-тимчасові, для обслуговування та ремонту складних електронних схем та блоків;

- інформаційні, для діагностування та прогнозування технічного стану з допомогою ПЕОМ;

- інженерний спосіб побудови алгоритмів контролю.

Проведено аналіз інформаційного забезпечення ТО локомотивів. Дороблено метод застосування відомої стратегії Байєса і розповсюджений на цілий клас задач, що виникають при організації контролю і діагностування. Зокрема запропоновано проводити вибір параметрів контролю, вважаючи їх діагностичними ознаками, на підставі розрахунку ймовірностей спільної появи подій. При цьому формування систем діагнозів може виконуватися з урахуванням функціонального складу контролюємих вузлів локомотивів. Особливе значення для цього має діагностична цінність ознак, кількісне визначення яких виконується на основі теорії інформації. Оцінюючи за результатами контролю стан ознаки, можна визначити діагностичні ваги реалізації ознак, діагностичні ваги інтервалу ознак і цілий ряд інших параметрів. Маючи в розпорядженні ці дані, можна визначити загальну діагностичну цінність обстеження для різних класів функціональних вузлів і систем, а також станів, у яких вони знаходяться. Її запропоновано визначати як

, (12)

де - імовірність діагнозу в обраній системі обстеження ;

- діагностична вага відповідної ознаки в обраній системі діагнозів ;

n – кількість обраних діагностичних ознак.

На підставі цього у опорних локомотивних депо проведена експериментальна перевірка визначення діагностичної цінності інформації лімітуючих вузлів тепловозів, яка підтвердила достатнью адекватність запропонованій моделі. Так для вузлів дизеля запропоновано дев’ять ознак, діагностична цінність яких наведена у табл. 3. Таким чином отримано, що у першу чергу на ТО треба контролювати стан паливної апаратури (ознака 6, =0,079), за нею циліндро-поршневу групу (ознака 8, =0,063), після неї агрегати повітропостачання (ознаки 7,5 і 3, =0,036, =0,035, =0,030) і т.д.

Таблиця 3

№ ознаки

1

2

3

4

5

6

7

8

9 | 0,171

0,057

0,114

0,143

0,200

0,314

0,229

0,257

0,086 | 0,247

-0,807

-0,725

-0,403

0,710

0,822

0,662

0,832

0,626 | -0,046

0,067

0,127

0,080

-0,134

-0,262

-0,149

-0,204

-0,047 | 0,004

0,017

0,030

0,011

0,035

0,079

0,036

0,063

0,011

У четвертому розділі наведений математичний опис технологічного процесу ТО локомотивів. При цьому ТО представлено як динамічний об'єкт, на який впливають різноманітні фактори (проведення контролю і діагностування, забезпечення МТЗ, характеристики обслуговуючого персоналу і ін.). Вони повинні підтримувати необхідний технологічний режим. Як вихідний параметр розглядався узагальнений показник, що оцінює правильність і ефективність функціонування об'єкта. Модель розглядалася як регресійна залежність у вигляді полінома по вхідним змінним

, (13)

де - незалежні невипадкові змінні (регресори), значення яких визначалися для кожного ;

- невідомі постійні параметри (регресійні коефіцієнти), ;

- невідома випадкова помилка;

- залежна перемінна (регресант).

Уся сукупність параметрів, зафіксованих у процесі їх збирання і реєстрації узагальнювалася у вигляді матриць спостереження

. (14)

Відправним моментом при створенні моделі прийняті наступні допущення:

- у кожному дослідженні помилка має нормальний закон розподілу;

- у кожному дослідженні математичне очікування помилки дорівнює нулю ();

- у всіх дослідженнях дисперсія помилки постійна та однакова ();

- помилки у будь-яких двох дослідженнях незалежні ().

Крім прийнятих допущень, що обмовляють поводження регресійної помилки , були введені додаткові припущення:

- матриця спостережень Х має повний ранг ;

- структура адекватна дійсної залежності;

- помилки реєстрації вхідних перемінних хj зневажливо малі в порівнянні з випадковою помилкою .

Відповідно до даної методики в локомотивних депо Південної і Південно-Західний залізниць проводилися експериментальні дослідження. Через однакові інтервали часу з урахуванням всіх факторів реєструвалися основні значення контролюємих параметрів тепловозів: газоповітряного тракту дизеля; паливної апаратури; систем змащення; автоматичної системи збудження тягового генератора; вузлів допоміжного устаткування.

Вони враховувалися як фактори, що впливають на час проведення ТО. Крім того, до цих параметрів були додані організаційні фактори, що враховують час на проведення незапланованих контрольних операцій та зміну вузлів, стаж роботи обслуговуючого персоналу і його розряд роботи, а також дані наробітки локомотива чи його контролюємого вузла від часу проведення останнього ТО або ремонту. Як вихідні параметри приймалися потужність і паливна економічність локомотива. Отримані таблиці статистичних даних оброблялися за допомогою ПЕОМ.

Проведені експериментальні перевірки у базових локомотивних депо показали достатню адекватність їх запропонованим регресійним моделям. Так для технологічного процесу ТО паливної апаратури дизеля тепловоза ТЭП70 було отримано рівняння