Определение нормативов технической эксплуатации автомобилей
Тема 1.7. Определение нормативов технической эксплуатации автомобилей
Вопросы темы:
1. Понятие о нормативах и их назначение
2. Определение периодичности технического обслуживания
3. Определение периодичности по закономерности изменения технического параметра технического состояния и его допустимому значению
4. Технико-экономический метод
5. Экономико-вероятностный метод
1.7.1. Понятие о нормативах и их назначение
Под нормативом понимается количественный или качественный показатель, используемый для упорядочения процесса принятия и реализации решений.
Рекомендуемые материалы
По назначению различают нормативы, регламентирующие
• свойства изделий (надежность, безопасность, производительность, грузоподъемность, масса, габаритные размеры и др.);
• состояние изделий (номинальные, допустимые и предельные значения параметров технического состояния) и материалов (плотность, вязкость, содержание компонентов, примесей и т.д.);
• ресурсное обеспечение (капиталовложения, расход материалов, запасных частей, трудовые затраты);
• технологические требования, определяющие содержание и порядок проведения определенных операций и работ ТО, ремонта и др.
По уровню нормативы подразделяются на:
• федеральные (законы, стандарты, требования по дорожной, экологической и пожарной безопасности и др.);
• региональные, межотраслевые (положения о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта, правила технической эксплуатации);
• отраслевые и групповые (группа предприятий, объединения, холдинг);
• внутриотраслевые и хозяйственные (применяемые на предприятии или группе предприятий нормативы, стандарты качества и др.).
Нормативы используются при определении уровня работоспособности автомобилей и парка, планировании объемов работ, определении необходимого числа исполнителей, потребности в производственной базе, в технологических расчетах.
К важнейшим нормативам технической эксплуатации относятся периодичность ТО, ресурс изделия до ремонта, трудоемкость ТО и ремонта, расход запасных частей и эксплуатационных материалов.
1.7.2. Определение периодичности технического обслуживания
Периодичность ТО - это нормативная наработка (в километрах пробега или часах работы) между двумя последовательно проводимыми однородными работами или видами ТО.
При техническом обслуживании применяются две тактики доведения изделия до требуемого технического состояния: по наработке (I-1) и по состоянию (I-2). Поэтому при первой тактике определяется периодичность контроля, которая переходит в исполнительскую часть операции, с коэффициентом повторяемости К1 = 1. При второй тактике определяется периодичность контроля, а исполнительская часть операции выполняется по потребности в зависимости от результатов контроля, т.е. 1 ≥К2 ≥ 0.
Определение периодичности по допустимому уровню безопасности
Этот метод основан на выборе такой рациональной периодичности, при которой вероятность отказа F элемента не превышает заранее заданной величины называемой риском.
Вероятность безотказной работы
т.е. (3.1)
где xi - наработка на отказ; — допустимая вероятность безотказной работы; = 1 - F ; - периодичность ТО; - гамма-процентный ресурс.
Для агрегатов и механизмов, обеспечивающих безопасность движения,
= 0,9 + 0,98; для прочих узлов и агрегатов = 0,85 + 0,90.
Определенная таким образом периодичность значительно меньше средней наработки на отказ (см. рис. 3.1) и связана с ней следующим образом: , где - коэффициент рациональный периодичности, учитывающий величину и характер вариации наработки на отказ или ресурса, а также принятую допустимую вероятность безотказной работы (табл. 3.1).
Одной из главных задач технической эксплуатации является принятие технологических и организационных мер по сокращению вариации наработки на отказ профилактируемых элементов:
• повышение качества ТО и ремонта;
• выдерживание назначенных периодичностей, т.е. регулярность ТО;
• группировка автомобилей при конкретном обслуживании по возрасту и условиям эксплуатации, обеспечивающая относительную однородность технического состояния.
Рис. 3.1. Определение периодичности ТО по допустимому уровню безотказности
1.7.3. Определение периодичности по закономерности изменения технического параметра технического состояния и его допустимому значению
Как известно, для группы автомобилей (или элементов) изменение параметров технического состояния по наработке является случайным процессом Y(l,t) и графически изображается пучком функций
Проведем анализ этой ситуации и выделим условно из этого пучка три изделия с разной интенсивностью а изменения параметра технического состояния (рис. 3.3): максимальной (1), средней (2) — выделяем или вычисляем, минимальной (3).
• Определим средний ресурс (изделие № 2) при Yп д.
• Построим при фиксированной наработке всех изделий график 5 плотности вероятности распределения параметра технического состояния f1(Y) для всей совокупности изделий.
• Если периодичность ТО l`ТО будет равна, то значительная часть изделий (F1 на рис. 5.3) откажет при наработке х < l`ТО, так как у них Yi > Yп д.
Рис. 3.3. Определение периодичности l по допустимому значению и изменению параметра технического состояния
• Назначим допустимое для данного изделия значение риска .
• Уменьшим периодичность ТО до величины таким образом, чтобы вероятность отказа была равна или меньше допустимой (сдвиг по стрелке 4 на рис. 3.3).
• Получим новое распределение плотности вероятности отказа, f2 (Y) - 6 на рис. 3.3.
• При этом варианте рациональная периодичность ТО .
• При этой периодичности обеспечиваются заданные условия, а именно:
вероятность, что параметр превысит предельно допустимый: вероятность, что отказ возникнет раньше постановки на ТО:
• Определим изделие 7 на рис. 3.3, которое имеет предельно допустимое значение интенсивности изменения параметра технического состояния ап.д, соответствующее условию нулевого риска при .
• По кривой 7 рис. 3.3 или аналитически определим
; (3.2)
где а - средняя интенсивность изменения параметра технического состояния (для изделия 2 на рис. 3.3); - коэффициент максимально допустимой интенсивности изменения параметра технического состояния.
Его превышение означает, что риск отказа до направления изделия на обслуживание будет больше заданного, т.е. F2 > Fд1.
Коэффициент зависит от вариации наработки до отказа, заданного значения вероятности безотказной работы при межосмотровой наработке (рис. 3.4) и вида закона распределения.
Для нормального закона распределения
, (3.3)
где - нормированное отклонение, соответствующее доверительному уровню вероятности.
Для закона Вейбулла-Гнеденко
(3.4)
где Г - гамма-функция; m - параметр распределения.
Чем больше или , тем больше и меньше периодичность ТО.
Таким образом, оценив значениеи определяя в процессе эксплуатации интенсивность изменения параметра технического состояния конкретного изделия (конструктивный параметр), можно прогнозировать его безотказность в межосмотровом периоде:
при изделие откажет до технического обслуживания с вероятностью F2:
.;
при изделие не откажет до очередного ТО с вероятностью
Преимущества метода:
• учет фактического технического состояния изделия (диагностика);
• возможность гарантировать заданный уровень безотказности F;
• учет вариации технического состояния.
Недостатки метода:
• отсутствие прямого учета экономических факторов и последствий;
• необходимость получать (или иметь) информацию о закономерностях изменения параметров технического состояния .
Сферы применения:
• объекты с явно фиксируемым и монотонным изменением параметра технического состояния (постепенные отказы) - регулируемые механизмы (тормоза, сцепление, установка передних колес, клапанный механизм);
• при реализации стратегии профилактики по состоянию.
1.7.4. Технико-экономический метод
Этот метод сводится к определению суммарных удельных затрат на ТО и ремонт и их минимизации. Минимальным затратам соответствует оптимальная периодичность технического обслуживания . При этом удельные затраты на ТО ,
где, l - периодичность ТО; d - стоимость выполнения операции ТО.
Рис. 3.5. Изменение d и С1 в зависимости от периодичности ТО
Рис. 3.6. Изменение L и СII в зависимости от периодичности ТО
При увеличении периодичности разовые затраты на ТО (d) или остаются постоянными, или незначительно возрастают (рис. 3.5, а), а удельные затраты значительно сокращаются (рис. 3.5, б).
Увеличение периодичности ТО, как правило, приводит к сокращению ресурса детали или агрегата (рис. 3.6, а) и росту удельных затрат на ремонт: (рис. 3.6, б), где с - разовые затраты на ремонт; L — ресурс до ремонта. Выражение является целевой функцией, экстремальное значение которой соответствует оптимальному решению. В данном случае оптимальное решение соответствует минимуму удельных затрат. Определение минимума целевой функции и оптимального значения периодичности ТО проводится графически (рис. 3.7) или аналитически в том случае, если известны зависимости и .
Если при назначении уровня риска учитывать потери, связанные с дорожными происшествиями, то технико-экономический метод применим для определения оптимальной периодичности операций, влияющих на безопасность движения.
Преимущества метода:
• учет экономических последствий принимаемых решений
(); простота, ясность, универсальность.
Недостатки метода:
• необходимость в достоверной информации о стоимости операций ТО и ремонта, влияния периодичности ТО на ресурс элемента;
• отсутствие учета вариации (случайность) всех показателей (L, x, d, с);
• отсутствие гарантии определенного уровня безотказности.
Рис. 3.7. Изменение удельных затрат СI, СII, СΣ в зависимости от периодичности ТО
Сферы применения:
• для сложных и дорогих систем (элементов, агрегатов), не оказывающих прямого влияния на безопасность (смена масел и смазок, фильтров, регулировочные работы - сцепление, клапанный механизм, антикоррозионная защита кузова и др.);
• для определения периодичности ТО по группе автомобилей, работающих в одинаковых условиях.
1.7.5. Экономико-вероятностный метод
Этот метод обобщает предыдущие и учитывает экономические и вероятностные факторы, а также позволяет сравнивать различные стратегии и тактики поддержания и восстановления работоспособности автомобиля.
Как уже отмечалось, одна из стратегий (СII) сводится к устранению неисправностей изделия по мере их возникновения, т.е. по потребности. Удельные затраты при этом
, (3.5)
где - средняя, минимальная и максимальная наработки на отказ: с - разовые затраты на ремонт, т.е. на устранение отказа.
Преимуществом этой стратегии является простота — ожидание отказа и его устранение. Основным недостатком — неопределенность состояния изделия, которое может отказать в любое время. Кроме того, затрудняются планирование и организация ТО и ремонта.
Альтернативная стратегия (СI) предусматривает предупреждение отказов и неисправностей, восстановление исходного или близкого к нему состояния изделия до того, как будет достигнуто предельное состояние. Эта стратегия реализуется при предупредительном ТО, предупредительных заменах деталей, узлов, механизмов и т.д. Причем возможны две тактики реализации этой стратегии: по наработке (I-1) и по техническому состоянию (I-2).
Параметр | Вид стратегии | |
II - ремонт | I - профилактика | |
Наработка на отказ | xi < lP | xi ≥ lP |
Событие | Отказ | Предупреждение отказа, сохранение работоспособности |
Вероятность события | F | R |
Наработка, периодичность выполнения | l`P | lP |
Разовая стоимость | с | d |
Рис. 3.8. Схема определения периодичности ТО экономико-вероятностным методом
Рассмотрим последовательно определение периодичности ТО экономико-вероятностным методом при тактике (I-1) — профилактика по наработке.
Постановка задачи: требуется определить с учетом вариации наработки на отказ оптимальную периодичность , при которой суммарные удельные затраты на предупреждение (ТО) и устранение (Р) отказов будут минимальны, а риск отказа известен.
1. Исходными данными являются:
• наработка на отказы xi (в виде плотности вероятности f(х)) при эксплуатации изделия без профилактики (рис. 3.8);
• разовая стоимость выполнения профилактических (d) и ремонтных (с) работ.
2. Определяем базу для сравнения, удельные затраты на устранение отказов без профилактики, т.е. при стратегии II (формула (3.5)).
3. Выбираем целевую функцию - суммарные удельные затраты на предупреждение (ТО) и устранение (Р) отказов . Оптимальная периодичность ТО соответствует минимуму целевой функции.
4. Назначаем исходную периодичность ТО = х (см. рис. 3.8), которая делит все поле возможных отказов на две группы:
• случаи xi < соответствуют отказам изделий с вероятностью F, так как изделие откажет до момента его направления на ТО. Средняя наработка устранения этих отказов
(3.6)
• случаи xi > соответствуют предупреждению отказов с вероятностью
R = 1 - F, так как изделие будет направлено на ТО раньше, чем оно может отказать.
5. Рассмотрим варианты реализации стратегии профилактики и ремонта, показатели которых приведены под графиком рис. 3.8.
6. Определим удельные затраты на предупреждение и устранение отказов как отношение взвешенной стоимости ТО и Р к взвешенной наработке выполнения операций ТО и Р.
, (3.7)
где - средневзвешенная стоимость выполнения операции ТО и Р; R - вероятность выполнения операции ТО; d - разовая стоимость операции ТО; F - вероятность отказа при выполнении ТО с периодичностью и вероятность выполнения ремонтной операции (устранение отказа); с - стоимость устранения отказа; - средневзвешенная наработка выполнения операции ТО и Р; - периодичность ТО при выполнении по наработке; - средняя наработка отказавших с вероятностью F элементов (< ).
7. Аналитически из условия или графически определим оптимальную периодичность , соответствующий ей риск Fo и вероятность безотказной работы Ro.
8. Определим величину целевой функции при оптимальной периодичности ТО :
9. Сравним полученные удельные затраты с удельными затратами при выполнении только ремонтных работ, т.е. устранении отказов без ТО (формула (3.5)).
• Если СII > С0I-1, то для данного элемента рационально проводить ТО по наработке с оптимальной периодичностью ;
• Если С0I-1 > СII, то для данного элемента нерационально предупреждать отказы (ТО), а достаточно их устранять, т.е. реализовать стратегию II — ремонт по потребности со средней наработкой до отказа .
10. Построим карту профилактической операции (рис. 3.9), которая показывает зависимость суммарных удельных затрат на ТО и ремонт при тактике профилактики I-1. На карте профилактической операции можно выделить три характерные зоны.
Рис. 3.9. Карта профилактической операции
Зона А - зона экономической нецелесообразности профилактической стратегии, так как СI-1 > СII. Это также внеэкономическая зона, используемая при определении , когда необходимо гарантировать высокую безотказность, несмотря на затраты (например, специальные операции, доставка особо опасных грузов, военные операции и т.д.).
Зона Б - зона предпочтительности по экономическим показателям профилактической стратегии (I-1) над ремонтной (II), так как СI-1 ≤ СII. Внутри этой зоны по организационным причинам (например, одновременное выполнение группы операций ТО, имеющих разную оптимальную периодичность) можно изменять фактическую периодичность, сохраняя условие СI-1 ≤ СII.
Зона В - зона относительной стабильности профилактической стратегии, внутри которой колебания фактической периодичности (от l’o до l’’o) приводят к незначительному изменению СI-1. Это допуск при планировании ТО, который обычно составляет ±10% от .
Таким образом, при профилактике наблюдается смешанная (I и II) стратегия обеспечения работоспособности.
В экономико-вероятностном методе, так же как и при определении оптимальной периодичности по безотказности, используют понятие коэффициента рациональной периодичности
при (3.8)
где ; - коэффициент вариации наработки на отказ при стратегии П.
Например, для объекта, имеющего показатели = 0,4; = 15,5 тыс. км;
= 0,4, получаем b= 0,78, a l0 = 12 тыс. км.
Экономико-вероятностный метод позволяет рассчитать рациональную периодичность ТО, исходя из заданного сокращения потока отказов в межосмотровые периоды, т.е. между двумя последовательными ТО. При наличии ограничений по безотказности
при (3.9)
где - коэффициент заданного сокращения параметра потока отказов;
- параметр потока отказов при использовании предупредительной стратегии;
- то же, при устранении отказов по потребности.
Если в рассматриваемом примере задано сокращение параметра потока отказов при использовании предупредительной стратегии в 5 раз (= 0,2), то коэффициент рациональной периодичности определяется по формуле (3.9) и составит, а рациональная периодичность lo = 0,48 • 15,5 = 8,4 тыс. км. Необходимо подчеркнуть, что принятие дополнительных требований по безотказности сокращает рациональную периодичность по сравнению с использованием только экономических критериев.
Преимущества метода:
• учет вероятностных и стоимостных факторов;
• гарантия при проведении ТО с оптимальной периодичностью определенных уровней безотказности и риска при известных затратах на реализацию этой стратегии;
• возможность реализовать предупредительный ремонт (замена важных для экологической и дорожной безопасности и экономичности деталей).
Основной недостаток - неиспользование ресурса элементов, которые имеют потенциальную наработку до отказа (см. рис. 5.8). Эти элементы при достаточно только контролировать (диагностировать), а исполнительскую часть операции производить при последующем ТО, т.е. при х = 2. Таким образом, реализуется стратегия I-2, т.е. определение периодичности ТО экономико-вероятностным методом с учетом технического состояния.
Действительно, для части изделий, имеющих потенциальную наработку до отказа (см. рис. 3.8), можно было бы не проводить исполнительскую часть операции с периодичностью и не доводить при этом параметр технического состояния до номинального или близкого к нему значения (Yi→Yн). Не для этого необходимо при периодичности провести контроль технического состояния всех изделий (за исключением уже отказавших с вероятностью F, для которых реализуется стратегия II), т.е. применить тактику проведения профилактики по состоянию (I-2).
Таблица 3.3
Стратегии и тактики обеспечения работоспособности
Соотношение затрат | Стратегия | Тактика | Содержание работ |
СI-1 > СI-2 > СII | II | _ | Устранение отказа при его возникновении |
СI-2 > СI-1 > СII СI-1 > СI-2 > СII СII > СI-2 > СI-1 СI-2 > СI-1 | I | 1 | Проведение ТО по наработке с оптимальной периодичностью lo1 |
СII > СI-1 > СI-2 СI-1 > СI-2 | I | 2 | Проведение ТО по состоянию с оптимальной периодичностью lo2 |
При данной тактике все изделия можно разделить на три группы:
• изделия, отказавшие с вероятностью F при наработке (стратегия II);
• изделия, имеющие с вероятностью R1 потенциальную наработку на отказ . Если им не проводить ТО при , то они с вероятностью R1 откажут в интервале -2. Следовательно, этим изделиям при необходимо выполнить контроль стоимостью и исполнительскую часть операции стоимостью , а разовая стоимость профилактической операции составит ;
• изделия, имеющие с вероятностью потенциальную наработку на отказ , для которых при достаточно ограничиться контролем (), a исполнительскую часть операции "отложить", по крайней мере, до наработки 2. Для них стоимость профилактической операции = .
Удельные затраты при реализации тактики ТО по наработке (I-2)
(3.10)
Далее графически или аналитически (формула (3.10)) определяют оптимальную периодичность и минимальные удельные затраты при реализации тактики ТО по состоянию С0I-2.
Величина С0I-2 сравнивается с (только ремонт) и С0I-1, (TO по наработке) и выбирается тактика, обеспечивающая работоспособность изделия (табл. 3.3).
Можно рассматривать изделия, которые потенциально потребуют выполнения исполнительской части при 3 , 4 и т.д. Это повысит требования к точности контрольной части операции, увеличит ее стоимость и серьезно усложнит расчеты и организацию работ, не внеся значительных уточнений в их результаты.
Дополнительные преимущества определения периодичности ТО экономико-вероятностным методом по состоянию изделия:
• более полное использование потенциального ресурса изделия;
• возможность увеличения периодичности ТО по сравнению с профилактикой по наработке (>);
• возможность сокращения средней трудоемкости профилактической операции, так как ее исполнительская часть выполняется по потребности в зависимости от технического состояния.
Основной недостаток, вернее условие применения этой тактики, связан с ростом стоимости профилактической операции dп из-за более сложного и дорогостоящего контрольно-диагностического оборудования и необходимости иметь персонал высокой квалификации.
Сферы применения:
• определение периодичности ТО дорогостоящих операций, оказывающих существенное влияние на безотказность, дорожную и экологическую безопасность автомобилей;
• разграничение сфер рационального использования профилактических тактик по наработке (I-1) и состоянию (I-2);
• оценка стоимости сокращения риска F возникновения отказа;
• определение эффективности использования и сравнения диагностического оборудования;
• оценка возможности применения предупредительного ремонта (замены) деталей, агрегатов, систем автомобиля;
• использование данного методического подхода при решении других задач ТЭА: определение размера запасов, численности персонала, пропускной способности средств обслуживания, резервирования и т.д.
Контрольные вопросы темы:
1. Объясните понятие «норматив». Основные нормативы ТЭА
2. Виды нормативов по назначению
3. Виды нормативов по уровню
4. Метод определения периодичности по допустимому уровню безопасности.
5. Преимущества и недостатки, сфера применения метода определения периодичности по допустимому уровню безопасности
6. Определение периодичности по закономерности изменения параметра технического состояния и его допустимому значению
7. Преимущества и недостатки, сфера применения метода определения периодичности по закономерности изменения параметра технического состояния и его допустимому значению
8. Технико-экономический метод определения периодичности
9. Поясните преимущества и недостатки, сферу применения технико-экономического метода.
10. Объясните сущность экономико-вероятностного метода определения периодичности.
Люди также интересуются этой лекцией: Гибридомная технология получения моноклональных антител.
11. Что является целевой функцией при определении периодичности?
12. Что показывает карта профилактических работ?
13. Поясните сущность коэффициента рациональной периодичности.
14. Преимущества и недостатки, сфера применения экономико-вероятностного метода определения периодичности.
15. Объясните стратегии и тактики обеспечения работоспособности
16. Что учитывается при определении удельных затрат при реализации тактик ТО