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).

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

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