Неисправности и отказы автомобиля – Страница 2

Под системой понимается совокупность элементов или подсистем, находящихся во взаимодействии и образующих определенную общность. Автомобиль (система) состоит из ряда подсистем (агрегатов), которые, в свою очередь, состоят из элементов (деталей).

Содержание и режимы проведения профилактических и ремонтных работ, как правило, адресны и определяются надежностью элементов: провести смазку конкретного соединения или узла; проверить затяжку конкретного крепежного соединения; отрегулировать зазор (люфт, ход) конкретного механизма, заменить конкретную деталь или агрегат и т.д.

Надежность системы (которую необходимо знать для оценки качества и эффективности системы, а также планирования и организации ТО и ремонта) определяется надежностью составляющих элементов и структурой системы, т.е. способами соединения и взаимодействия элементов.

Показатели надежности систем определяются следующими методами.

1 По результатам эксплуатации систем (в процессе которой фиксируются отказы и неисправности) рассчитывают для системы некоторые показатели надежности и оценивают вклад в ее формирование отдельных подсистем или элементов автомобиля (таблица 2.6). Полученные таким образом данные используются для корректирования технологии и организации ТО и ремонта с учетом надежности элементов систем, а также предъявления требований к производителям автомобилей и выбору последних.

2 На основании аналитических расчетов надежности системы по надежности ее элементов. Такие расчеты строятся на структурной схеме системы, определяющей связи между элементами, и данных по законам распределения показателей надежности элементов.

Преимущества аналитических расчетов – возможность количественно оценить влияние элемента на надежность системы. Однако аналитические расчеты возможны для ограниченного перечня законов распределения (экспоненциальный и в меньшей степени нормальный и логарифмически нормальный), и их сложность существенно возрастает при росте числа элементов в системе.

3 Если законы распределения показателей надежности элементов неизвестны или для них отсутствует аналитический аппарат, а также для систем с большим числом различных элементов применяются методы имитационного моделирования. При этом в основе модели – также данные по надежности элементов и структурная схема системы.

Таким образом, два из трех рассмотренных методов основываются на построении структурной схемы системы, основой которой являются связи или соединения между элементами.

Эти соединения могут быть последовательными, параллельными или смешанными, представляющими комбинации первых двух (рисунок 2.7).

Таблица 2.6 – Распределение отказов автобусов среднего класса

R_i — вероятность безотказной работы i-го элемента

Рисунок 2.7 – Схемы последовательных (а), параллельных (б) и смешанных (в) соединений системы

Рассмотрим влияние связей между элементами на надежность системы.

При последовательном соединении, наиболее распространенном в конструкции автомобилей и других преимущественно механических систем, отказ любого элемента вызывает отказ самой системы. Если отказы элементов независимы, то вероятность безотказной работы системы при последовательном соединении ее элементов R_с^пс за наработку х определяется произведением вероятностей безотказной работы ее элементов R_i(х)за ту же наработку:

Например, для системы, состоящей из четырех последовательно соединенных элементов, у которых за определенную наработку R₁=0,98; R₂=0,65; R₃=0,88 и R₄=0,57, вероятность безотказной работы за ту же наработку равна R_с^пс=0,98 0,65 0,88 0,57=0,32. Иными словами, надежность системы с последовательно соединенными элементами ниже надежности самого слабого ее звена. Поэтому при усложнении конструкции автомобиля, его агрегатов и систем, одним из проявлений которого является увеличение числа элементов в системе, требования к надежности каждого элемента и их равнопрочности резко возрастают.

Вероятность отказа системы как противоположного отсутствию отказа события определяется по формуле

В общем случае для любого закона распределения

или

где f(x) и λ(х) — соответственно плотность вероятности отказа и интенсивность отказов i-го элемента.

Если отказы элементов подчиняются экспоненциальному закону распределения, то вероятность безотказной работы системы определяется следующим выражением:

Следовательно, для определения R_с^пс необходимо сложить интенсивности отказов всех последовательно соединенных элементов, умножить эту сумму на интересующую наработку и определить вероятность безотказной работы системы.

Характерным примером отказа автомобиля (системы) из-за отказа одного из последовательно соединенных в надежностном смысле элементов (шины) является прекращение движения автомобиля для замены колеса или ремонта шины из-за случайного ее прокола или повреждения, вероятность которого подчиняется экспоненциальному закону.

Определим вероятность дорожного прокола шины легкового автомобиля-такси за наработку в течение смены х=l_сс=300 км.

Согласно отчетным данным, по этой причине интенсивность отказа шины переднего колеса λ_п=0,03 (тыс. км)^-1; заднего колеса λ_з=0,04 (тыс. км)^-1;

Интенсивность дорожного отказа автомобиля по этой причине Δ=
=2 0,03 2 0,04=0,14 (тыс. км)^-1. Вероятность безотказной работы автомобиля в течение смены

R_с^пс=exp(-0,3 0,14)=0,958.

Это означает, например, что из ста автомобилей в течение смены могут получить проколы шин примерно четыре автомобиля.

Рассмотрим систему, состоящую из трех последовательно соединенных элементов, имеющих интенсивность отказов соответственно λ₁=0,01, λ₂=0,015, λ₃=0,02 (тыс. км)^-1. Для системы согласно формуле (2.7) λ_Σ=0,045, а средняя наработка на отказ х_с=22,2 тыс. км. Вероятность безотказной работы этой системы за сменную наработку (150 км) составляет R_с^пс(х=0,15 тыс. км)=ехр(-0,15·0,045)≈0,995, а за наработку между последовательно проводимыми ТО (l_то=3 тыс. км) R_с^п (х=3 тыс. км)=ехр(-0,135)=0,875.

В результате конструктивного совершенствования система получила два дополнительных элемента с λ₄=0,005 и λ₅=0,008, и ее показатели изменились следующим образом:

— средняя наработка на отказ – 17,2 тыс. км, т.е. на 30 % ниже, чем при прежней конструкции;

— вероятность отказа за сменную наработку – 0,91;

— то же за межосмотровой период – 0,84.

Для получения прежних показателей средняя наработка на отказ каждого элемента системы должна быть увеличена на 23—25 %.

При параллельном соединении, где каждый из элементов выполняет одинаковые функции, отказ системы может произойти при отказе всех элементов за наработку х. Использование в конструкции системы параллельно соединенных элементов является резервированием, которое может быть нагруженным и ненагруженным.

При нагруженном (горячем) резервировании все элементы (основной и резервный) работают в течение всего времени в одинаковом режиме. Вероятность отказа системы при этом

а безотказной работы

Например, при F₁(x)=0,2 и F₂(x)=0,15 (R₁(x)=0,8; R₂(x)=0,85) вероятность отказа системы F_с^пр(x)=0,2 0,15=0,03, а вероятность безотказной работы системы R_с^пр(x)=0,97, т.е. выше вероятности безотказной работы любого из элементов системы.

Таким образом, надежность системы с параллельным соединением элементов выше, чем надежность любого входящего в систему элемента.

Если резервные элементы подключаются к работе по мере отказов основных, то резервирование называется ненагруженным или холодным. Наиболее простой случай – это система, состоящая из основного рабочего и резервного элементов. В этой схеме рабочий элемент отказывает при случайной наработке системы x₁ а наработка резервного элемента начинается с момента х₂=х-x₁. Наработка на отказ системы для произвольных (известных) законов распределения наработки на отказы рабочего f₁(x₁) и резервного f₂(x₂) элементов определяется функцией

а вероятность безотказной работы системы

Для экспоненциального закона распределения

где R_п— вероятность безотказной работы устройства, переключающего систему с основного элемента на резервный (если оно предусмотрено конструкцией системы).

Наличие запасного колеса описывает схему, в которой цепь из последовательно соединенных в надежностном смысле четырех элементов, имеющих интенсивность отказов в рассмотренном выше примере х=0,3 Λ₁=0,14 (тыс. км)^-1, резервируется запасным колесом с λ_зп=0,035 (тыс. км)^-1. По формуле (2.12) вероятность безотказной работы автомобиля в течение смены (при R_п=1)

т.е. наличие запасного колеса практически исключает в рассматриваемых условиях отказ автомобиля, связанный с прекращением или нарушением транспортного процесса.

В автомобильных конструкциях иногда дублируются приборы системы зажигания (специальные автомобили и особые условия эксплуатации). К условному резервированию относятся также раздельные приводы тормозной системы. При этом отказ одного контура, в котором последовательно соединены, например, тормозные механизмы переднего левого и заднего правого колеса, частично компенсируется вторым контуром. Полного отказа системы не происходит, но эффективность торможения сокращается. Это так называемый частичный отказ автомобиля, снижающий вероятность возникновения аварийной ситуации при внезапном отказе одного контура.

Имея данные по надежности системы, можно определить по соответствующим формулам гамма-процентные, средние ресурсы, вероятности отказов при различных наработках системы и другие необходимые показатели надежности.

Принципы резервирования используются в ТЭА также при определении запасов, резервного технологического оборудования, персонала и автомобилей, что увеличивает надежность системы, в качестве которой в данном случае выступает ИТС, автотранспортное предприятие или предприниматель, осуществляющий перевозки.

Возникают вопросы: что практически дает информация по надежности и качеству автомобилей, не является ли она избыточной, бесполезной для ТЭА, приводящей к увеличению затрат на эксплуатацию автомобилей? Для чего необходимо специалисту понимание процессов изменения технического состояния автомобилей и умение измерить их количественно?

1 Прежде всего, эти знания помогают выбирать более качественные и надежные автомобили, агрегаты и предъявлять их производителям конкретные и обоснованные требования.

2 Знание того, что безопасность, безотказность, экологичность и экономичность современного автомобиля определяются надежностью сравнительно небольшой группы в 100—300 деталей (1—2 % их общего числа), поможет сосредоточить усилия ИТС эксплуатационных предприятий и производителей автомобилей на обеспечении работоспособности именно этих деталей.

3 Знание номенклатуры этих деталей и их надежности (которые могут изменяться в зависимости от конструкции автомобилей и условий эксплуатации) позволяет ИТС:

— разрабатывать и реализовывать меры по предупреждению отказов и неисправностей;

— знать, какие работы могут возникнуть, т.е. определять и предвидеть возможную производственную программу предприятия;

— иметь соответствующие производственные и складские помещения, персонал и оборудование;

— знать, какие детали и материалы, в каком количестве и какой стоимостью заказывать (см. рисунок 2.6, таблица 2.5) и иметь на складе;

— в соответствии с номенклатурой и вероятной потребностью деталей и материалов можно реализовывать рациональные схемы материально-технического обеспечения.

4 Понимание закономерностей изменения технического состояния позволяет перейти от ожидания отказов к их предотвращению, т.е. отслеживать и управлять неизбежными при случайных процессах рисками.

5 Достоверная информация позволяет нормировать процессы технической эксплуатации и управлять ими на основе системы технического обслуживания и ремонта автомобилей, упорядочить взаимоотношения с клиентурой ИТС как внутри, так и вне предприятия, а также с государственными и местными органами.

6 Опираясь на закономерности ТЭА четвертого вида, можно управлять реализуемыми показателями качества автомобилей и парков в эксплуатации.

Ранее были рассмотрены закономерности изменения параметров технического состояния автомобилей по наработке (времени или пробегу) и вариация параметров технического состояния. Эти закономерности достаточно точно характеризуют надежность автомобилей и их элементов, т.е. позволяют оценить среднюю наработку на отказ, вероятность отказа автомобиля при определенной наработке, ресурс агрегатов и др.

Для рациональной организации производства необходимо, кроме того, знать, сколько автомобилей с отказами данного вида будет поступать в зону ремонта в течение часа, смены, недели, месяца, будет ли их количество постоянным или переменным и от каких факторов оно зависит, т.е. необходимо иметь информацию о надежности не только конкретного автомобиля, но и группы автомобилей, например автомобилей данной модели, колонны, АТП. При отсутствии этих сведений нельзя рационально организовать производство, т.е. определить необходимое число рабочих, размеры производственных площадей, технологическое оборудование, расход запасных частей и материалов. Взаимосвязи между показателями надежности автомобилей и суммарным потоком отказов для автомобиля и группы автомобилей изучают с помощью закономерностей ТЭА пятого вида, которые характеризуют процесс восстановления – возникновения и (или) устранения потока отказов и неисправностей изделий по наработке.

Рассмотрим работу автомобиля в качестве восстанавливаемого изделия (рисунок 3.1). В процессе работы автомобиля происходит постепенное или внезапное изменение технического состояния (закономерности ТЭА первого вида), возникают отказы конкретных элементов, имеющих случайную наработку (закономерности ТЭА второго вида), со средним значением x₁ плотностью вероятности события f(x)и другими показателями случайных величин. Так как автомобиль является восстанавливаемым изделием, то после устранения 1-го отказа автомобиль продолжает работу, и по той же схеме возникают и устраняются 2-й, 3-й и последующие отказы, которые, как правило, имеют отличные от 1-го показатели x_k, f_k(x)и др.

Таким образом, процесс восстановления – это возникновение и устранение отказов и неисправностей в течение продолжительной наработки (х>>x₁) восстанавливаемого изделия.

Из рисунка 3.1 следует, что процесс восстановления для изделия формируется в результате взаимодействия закономерностей первого и второго вида, т.е. надежность восстанавливаемой системы зависит от надежности ее элементов, а для группы изделий – в результате взаимодействия процессов восстановления отдельных изделий (рисунок 3.2), образующих поток требований т(х)на восстановление работоспособности, который, как правило, рассматривается за определенный интервал наработки Δx изделий или продолжительности работы средств обслуживания.

а — закономерности ТЭА первого, б — второго, в — пятого вида

I — наработки до 1-го отказа и восстановление; II — между 1-м и 2-м;

III — между k-1-м и k-м отказами

Рисунок 3.1 – Схема формирования процесса восстановления в результате взаимодействия закономерностей технического состояния

Рассмотрим этот механизм на примере 1-го и 2-го отказов элемента у автомобилей при условии нормального закона распределения наработки на отказ, коэффициентов вариации υ=0,3 и восстановления ресурса после 1-го отказа η=0,8.

1 Определим размах наработки до 1-го отказа автомобиля для нормального закона распределения (рисунок 3.3) при υ=0,3=σ₁/x₁, σ₁=0,3 ₁. Минимальное и максимальное значения случайной величины из условия ₁±3σ₁: x_1min≈ ₁-3 0,3 ₁=0,l ₁; x_lmax≈ ₁ 3 0,3 ₁=l,9 ₁.

2 Определим среднюю наработку автомобиля до 2-го отказа:

₂= _{1 12},

где ₁ — наработка до 1-го отказа автомобиля;

₁₂ — наработка между 1-м и 2-м отказами автомобиля, ₁₂=η ₁; при η=0,8 ₁₂=0,8 ₁.

Откуда наработка автомобиля до 2-го отказа ₂= ₁ 0,8 ₁=1,8 ₁.

m(Δx) — поток требований на ремонт за интервал наработки Δx=х₂–x₁;

I, II, III, IV — соответственно 1-, 2-, 3- и k-й отказы i-го автомобиля

Рисунок 3.2 – Схема формирования потока отказов для группы автомобилей

3 Определим размах наработки до 2-го отказа автомобиля при υ₂=0,3 (см. рисунок 4.3): σ₂=υ₂₂=0,3 1,8 ₁; σ₂=0,54 ₁.

По аналогии с п. 1

х_2min≈ ₂-3σ₂=1,8 ₁-3 0,54 ₁=0,2 ₁;

х_2mах≈ ₂ 3σ₂=1,8 ₁ 1,6 ₁=3,4 ₁.

Из рисунка 3.3 следует, что в координатах наработки автомобиля с вероятностью, близкой единице, зона проявления только 1-го отказа находится в интервале наработки 0,1 ₁—0,2 ₁, а зона смешения 1-го и 2-го отказов – в интервале наработки от 0,2 ₁ до 1,9 ₁, т.е. составляет Δx₁₂=1,9 ₁-0,2 ₁=1,7 ₁. При дальнейшем увеличении наработки изделия 1-е отказы исчерпываются, т.е. прекращаются, и наступает период смешения 2-х, 3-х и т.д. отказов. Таким образом, смешение отказов разных изделий и поколений, характерное для эксплуатации и означающее, по сути дела, смешение изделий разного технического состояния, серьезно усложняет организацию работ по обеспечению их работоспособности и является одной из основных причин выполнения контрольно-диагностических работ, позволяющих уточнить информацию о фактическом техническом состоянии конкретного изделия.

Рисунок 3.3 – Схема смешения 1-х (I) и 2-х (II) отказов у восстанавливаемого изделия

1 Наработка до k-гоотказа (восстановления) изделия

Для одного изделия в формуле (3.1) используются фактические значения наработок, а для группы изделий – их средние значения:

2 Средняя наработка между отказами для п автомобилей получается из (3.2). Между 1-м и 2-м отказами

₁₂=(Σⁿ_i=112)/n,

между k-1 и k-м

3 Коэффициент полноты восстановления ресурса ηхарактеризует степень сокращения ресурса изделия после ремонта, т.е. качество произведенного ремонта. После первого ремонта (между 1-м и 2-м отказами) η₁= ₁₂/ ₁ после k-горемонта η_k= _k-1,k/ ₁.При этом 0≤η≤1.

Сокращение ресурса после первого и последующих ремонтов, которое необходимо учитывать при планировании и организации работ по обеспечению работоспособности, объясняется: частичной заменой только отказавших деталей при значительном сокращении надежности других, особенно сопряженных; нарушением приработки; использованием в ряде случаев запасных частей и материалов худшего качества, чем при изготовлении автомобиля; низким технологическим уровнем работ.

4 Ведущая функция потока отказов (функция восстановления Ω(x) определяет накопленное количество 1-х и последующих отказов изделия к наработке х. Как следует из рисунков 3.3 и 3.4, из-за вариации наработок на отказы происходит смешение отказов, а функции вероятностей 1-х и последующих отказов F₁(X), F₂(X), …, F_k(X)частично накладываются друг на друга. F_k(X)– вероятность k-го(1, 2, …, k)отказа при наработке изделия X.

Рисунок 3.4 – Формирование ведущей функции восстановления

5 Параметр потока отказов (требований) ω(х) – это плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого изделия, определяемая для данной наработки (момента времени или пробега):

где f_k(х) — плотность вероятности возникновения k-гоотказа.

Иными словами, ω(х)—это относительное число отказов, приходящееся на единицу времени или пробега одного изделия (рисунок 3.5).

В общем случае параметр потока отказов непостоянен во времени, т.е. ω(t, х)≠const. Наблюдаются три основных случая поведения параметра по наработке.

Рисунок 3.5 – Формирование параметра потока отказов

Первый случай (рисунок 3.6, а, кривая 1) – полное восстановление ресурса после каждого отказа, т.е.

₁= ₁₂= ₂₃=…= _k-1,k=const, η=1.

При этом происходит стабилизация параметра потока отказов на уровне ω₁=1/ ₁.

Второй случай (рисунок 3.6, а, кривая 2) — неполное, но постоянное восстановление ресурса после 1-го отказа, т.е.. 1>η_i=const. Для этого случая также характерна стабилизация параметра потока отказов, но на более высоком уровне: ω₂=1/(η ₁)=const.

Третий случай (рисунок 3.6, а,кривая 3)—последовательное снижение полноты восстановления ресурса, т.е. η_i≠const, 1>η₁>η₂>…>η_k.

В этом случае и параметр потока отказов непрерывно увеличивается, что приводит к постоянному повышению нагрузки на ремонтные подразделения предприятия. Однако при расчетах для этого случая можно принимать ω=const как среднюю для отдельных периодов I, II и III, на которые разбивается весь пробег или время работы автомобиля. Подобный подход возможен также при анализе изменения параметра потока отказов в течение года (рисунок 3.6, б). В этом случае также можно принимать ω практически постоянным для зимнего (ω₃), осенне-весеннего (ω₀, ω_в) и летнего (ω_л) периодов.

а — по наработке с начала эксплуатации; б — сезонное

Рисунок 3.6 – Изменение параметра потока отказов

Если известно значение ω(x) для определенного интервала наработки, то для этого интервала можно оценить программу работ по устранению отказов N(x), потребность в запасных частях и материалах.

При оценке надежности изделия число отказов обычно относят к пробегу, а при оценке потока отказов, поступающих для устранения, – ко времени работы соответствующих производственных подразделений

где L_Σ(x)— суммарная наработка группы автомобилей за период, для которого рассчитывается программа.

Например, за 15 рабочих дней группа автомобилей имела суммарную наработку L_Σ=340 тыс. км. Согласно имеющимся данным, например, параметр потока отказов подвески ω=0,06 отказов/1000 км.

Суммарное количество требований на ремонт подвески за 15 рабочих дней составит N≈340 0,06=20,4 или, в среднем, 1,4 требования в смену.

Необходимо учитывать, что эти расчеты возможны для стадии стабилизации ω(x), т.е. начиная с наработки х>(1,2—1,4) ₁ для первого и второго случаев (см. рисунок 3.6).

Следует отметить, что ведущая функция и параметр потока отказов определяются аналитически лишь для некоторых видов законов распределения. Например, для экспоненциального закона

Ω(X)=Xω=X/η ₁,

откуда ω=1/η ₁=const.

При η=1 ω=1/ =const.

Для нормального закона

где Ф — нормированная функция для z=(X–kη ₁)/(σ√k);

k — порядковый номер отказов (в том числе замен).

Пример. Наработка до первой замены накладок сцепления =58 тыс. км, среднее квадратическое отклонение σ=10 тыс. км, коэффициент восстановления ресурса η=0,6. Определить возможное число замен при наработке автомобиля 150 тыс. км. Для расчетов используем формулу (3.7), последовательно определяя F₁(150)=Ф(150-1 58)/10=Ф(9,2)=1 (см приложение Б); F₂(150)=Ф(150-2 0,6 58)/(10 2^1/2)=Ф(5,7)=1; далее F₃(150)=0,995; F₄(150)=0,69; F₅(150)=0,136; F₆(150)=0,007.

Ввиду того что F₆мало, последующие расчеты для F₇ и других можно не производить. Таким образом, к пробегу 150 тыс. км возможное накопленное число замен данной детали на один автомобиль

Ω(150)= Σ⁶_k=1Ф(z)=1 1 0,995 0,69 0,136 0,07≈3,83.

Для практического использования важны некоторые приближенные оценки ведущей функции параметра потока отказов

Из этой формулы следует, что на начальном участке работы, где преобладают первые отказы, т.е. F(X)≤1, Ω(X)≈F(X).

Ведущая функция параметра потока отказов стареющих элементов для любой наработки удовлетворяет следующему неравенству:

Для рассмотренного выше примера с заменой накладок сцепления, используя формулу (3.10), получим следующую оценку ведущей функции параметра потока отказов при наработке автомобиля X=150 тыс. км: 3,3≤Ω(x)≤4,3. Таким образом, к пробегу X в среднем (формула (3.10)) возможны от 3,3 до 4,3 отказов сцепления, по точным расчетам (формула (3.7)) – 3,83.

Для любого закона распределения наработки на отказ, имеющего конечную дисперсию D=σ², ведущая функция параметра потока отказов при достаточно большом значении X определяется по следующей приближенной формуле:

При расчете гарантированных запасов необходима интервальная оценка ведущей функции параметра потока отказов (для достаточно больших значений X):

где z_a— нормированное отклонение для нормального закона распределения при условии, что число отказов (замен) с вероятностью 1-α будет заключено в данных пределах.

Пример. Определить для условий предыдущего примера ( =58 тыс. км; η=0,6; σ=10 тыс. км.) с достоверностью 1-α=0,9 необходимое число комплектов накладок сцепления за пробег автомобиля 150 тыс. км. Так как условия задачи требуют обеспечения накладками с вероятностью 90 %, то необходимо определить верхнюю границу потребности в накладках за 150 тыс. км пробега. Прежде всего определим нормированное отклонение при 1-α=0,9=Ф(z). Из приложения 5 имеем z_a=1,25. Верхняя граница потребности в деталях составит Ω(150)=5,04. Следовательно, с вероятностью 90 % можно полагать, что за 150 тыс. км пробега потребуется не более пяти комплектов накладок сцепления. Средний же расход составит около 3,8 комплектов на один автомобиль.

Таким образом, используя значения параметра потока отказов, можно не только определить программу работ, но и оценить конкретный расход материалов и деталей за любой заданный период и планировать работу системы снабжения.

Параметр потока отказов может быть оценен также на основании экспериментальных данных (отчетных материалов, специальных наблюдений) следующим образом (см. рисунок 4.2):

где т(Δx)— суммарное число отказов п автомобилей в интервале наработки от Х₁до Х₂(или времени работы от t₁ до t₂);

Ω(X₁) и Ω(X₂) – ведущие функции потока отказов к наработке X₁ и X₂.

При этом следует иметь в виду, что из-за неравномерности эксплуатации отдельных автомобилей (среднесуточный, месячный, годовой пробег) одинаковые наработки у отдельных автомобилей образуются в разные календарные интервалы времени. В результате конфигурации параметров потока отказов и потока требований на устранение этих отказов могут различаться.

Таким образом, потоки наработок на отказы изделий имеют следующие особенности, которые необходимо учитывать при организации ТО и ремонта автомобилей:

— отказы случайны у каждого автомобиля;

— независимы у разных автомобилей;

— происходит смешение отказов нескольких поколений;

— происходит смешение отказов у разных автомобилей;

— при устранении отказов в зоне ремонта безразлично, у какого автомобиля и какой по номеру отказ устраняется;

— значимы состав, трудоемкость и стоимость выполняемой работы;

— в определенных условиях может происходить относительная стабилизация потока отказов и требований, облегчающая организацию технологических процессов ТО и ремонта; важно знать эти условия и уметь аналитически рассчитывать показатели работы системы в этих условиях.

Наиболее сложно процессы восстановления проходят в больших системах, например в парках автомобилей, имеющих в своем составе автомобили разных возрастных групп (см. рисунок 2.4). При этом элементом восстанавливаемой системы (парка) является автомобиль, который поступает в парк, а затем, после определенной наработки (время, пробег), списывается или продается.

Очевидно, выбытие автомобиля можно рассматривать как отказ системы (парка), которая не может выполнить заданный объем работы, а пополнение парка – как устранение отказа восстановлением работоспособности. Изменяя соотношение поставки и списания автомобилей в парке, можно влиять на реализуемые показатели качества самого парка.

Под управлением возрастной структурой (ВС) парка понимается ее прогнозирование и такое целенаправленное изменение, которое обеспечивает получение в необходимый момент времени i заданных реализуемых показателей качества парка _кi. В общем случае на формирование ВС парка влияют следующие основные факторы:

а) исходная возрастная структура, т.е. распределение парка по возрастным группам j в начальный момент i=1: а₁₁, а₁₂, а₁₃,…, а_ij;

б) размер поставки новых автомобилей в момент i=1, 2, 3,…;

в) размер списания автомобилей А_i^cп.

Отношение размера поставки к размеру парка в i-м году называется коэффициентом пополнения

Отношение размера списания к размеру парка в i-м году называется коэффициентом списания или выбытия

При r_i=b_iимеет место простое восстановление, а при r_i>b_i – расширенное, т.е. парк автомобилей увеличивается. При r_i<b_i, происходит деградация, т.е. сокращение размера парка.

На рисунке 3.7 приведена схема изменения размера образованного в момент i=t=0 парка А_i; при различном соотношении коэффициентов пополнения и списания и зафиксированном сроке службы автомобиля t_сп (так называемое дискретное списание).

Рисунок 3.7 – Изменения размера (а) и реализуемого показателя качества (б) парка

При этом наблюдаются три характерных этапа:

I — от t=0 до t=t_сп – рост парка, вызванный поставкой новых автомобилей при отсутствии списания (кроме аварийного), т.е. r>0; b=0;

II — от t=t_спдо момента окончания производства (или приобретения данной фирмой) автомобилей определенной модели t_к. На этом этапе в зависимости от соотношения r и b может наблюдаться относительный рост парка r>b (I, рисунок 3.7), его стабилизация r=b (2) или при r<b – сокращение (3);

III — от t_кдо t_к t_сппостепенная ликвидация парка данных автомобилей (r=0; b>0).

По этапам происходит изменение и реализуемых показателей качества парка (рисунок 3.7, б), в данном случае это удельный вес работоспособных автомобилей в парке, или коэффициент технической готовности α_Т,

Управление ВС проводится на уровне конкретных предприятий и фирм и сводится к регулированию процессов списания-пополнения и соотношения в парке изделий разных возрастных групп при условии обеспечения требуемого (заданного) для парка объема транспортной работы при минимальных затратах или максимальной прибыли.

Методы расчета ВС парка зависят от принятого способа списания и поставки изделий:

— при дискретном списании по достижении установленного или принятого на данном предприятии срока службы t_сп (1, рисунок 3.8) происходит списание или продажа автомобиля, вне зависимости от его технического состояния или показателей работы. Такая схема распространена при интенсивной эксплуатации в условиях повышенных требований к надежности (междугородные и международные перевозки, пассажирские перевозки, экстренная доставка ценных грузов и т.д.);

— случайное списание (2, рисунок 3.8) характеризуется вариацией фактической наработки до списания f(j). По этой схеме списание производится на основании контроля над определенными показателями работы автомобиля, например по накопленному расходу запасных частей, изменению производительности, уменьшению прибыли и т.д.

Рисунок 3.8 – Дискретное (1) и случайное (2) списание

3.5.1 Расчет показателей возрастной структуры парка при дискретном списании

Этот метод расчета, называемый методом диагонального сдвига, основан на следующих предпосылках (рисунок 3.9):

Рисунок 3.9 – Схема определения возрастной структуры парка методом

диагонального сдвига при дискретном списании

1 Различают календарное время i существования парка автомобилей данной модели и возрастную группу автомобилей j. В год образования парка или в исходный год анализа его возрастной структуры принимается i=1.

2 Возраст автомобиля j и календарное время существования данного парка i измеряются в одинаковых условных или абсолютных единицах, например годах.

3 При изменении календарного времени на одну единицу (i 1) автомобили, имевшие в момент i возраст j «стареют» на одну единицу и переходят в следующую возрастную группу (j 1), т.е. происходит диагональный сдвиг. Например, если в 1999 г. (i=1) автомобиль имел возраст 4 года (выпущен в 1996 г.), то в 2000 г. (i=1 1=2) его возраст составит 4 1=5 лет.

4 Поставки автомобилей условно относятся к началу, а списание – к концу соответствующего года.

5 Если приобретаются только новые автомобили А^п_{i 1}, а списываются автомобили при j=t_сп, то дискретное списание называется простым. Количество автомобилей j 1-й возрастной группы в момент i 1 определяется по правилам диагонального сдвига (см. рисунок 3.9) и с учетом этапов существования парка (см. рисунок 3.7).

Для I этапа (при i=t<t_сп) в первой возрастной группе j=1 в момент i 1 поступит автомобилей

В последующих возрастных группах

Списания на этом этапе нет, т.е. А^cп_{i 1}=0.

Для II этапа (при t_сп≤i<t_к) расчеты проводятся по тем же формулам (3.16) и (3.17), но дополнительно появляется группа автомобилей подлежащих списанию

Для III этапа t_K t_cn≥i>t_кпоставки новых автомобилей прекращаются: А^п_{i 1,1}=0, размеры промежуточных возрастных групп автомобилей определяются по формуле (3.17), а размер списания – по формуле (3.18).

6 Если допускается не только приобретение новых автомобилей (j>1), но и промежуточная продажа при t_сп j>1, то дискретное списание является сложным.

При этом количество автомобилей возрастной группы j 1 в момент времени i 1 определяется следующим образом:

где А^п_{i 1,j 1} — поставка в момент i 1 автомобилей возрастной группы 2≤j≤t_сп, т.е. не новых, которые суммируются с соответствующей возрастной группой;

А^cп_{i 1,j 1} — вывод из эксплуатации (продажа, передача в лизинг и т.д.) в момент времени i 1 автомобилей возрастной группы 2≤j≤t_cп, которые вычитаются из соответствующей возрастной группы.

Размеры первой возрастной группы при наличии поставок новых автомобилей и размеры списания определяются по формулам (3.16) и (3.18).

Естественно, что в реальных условиях в конкретные моменты i существования парка размеры поставок или списания могут быть равны нулю.

В таблице 3.1 рассмотрены фрагменты трансформации структуры и размеров парка при простом и сложном обновлении для двух временных разрезов i и i 1 и сроков службы изделий t_сп=5 лет. Исходная возрастная структура парка (при i=1) зафиксирована во втором столбце таблицы. Структура парка при временном разрезе i 1 и простом обновлении и поставке 8 новых автомобилей приведена в третьем столбце, а структура при сложном обновлении, заключающаяся в приобретении 20 автомобилей третьей возрастной группы А^п_{i 1,3}– в четвертом столбце.

7 Как при простом, так и при сложном списании в каждом временном разрезе количество приобретенных и списанных автомобилей в общем случае (характерном для реальной практики) не одинаково, т.е. А_i^п≠А_i^сп.

8 Размер парка определяется суммированием всех данных по столбцам таблица 3.1:

Таблица 3.1 – Фрагмент расчета простого и сложного дискретного обновления парка

9 Прогнозирование возрастной структуры парка позволяет определить по формулам (2.3) и (3.19) динамику изменения реализуемого показателя качества парка по показателям качества автомобилей различных возрастных групп. Так, если доходы автобусов разных возрастных групп парка определяются в процентах Д₁=100; Д₂=99; Д₃=82; Д₄=64; Д₅=41, то доход парка, являющийся одним из реализуемых показателей качества парка автобусов в момент i (см. таблица 3.1), с учетом возрастной структуры составляет

Д_i= Д_ja_ij= Д_jA_ij/A_i=100·5/43 99·10/43 82·12/43 64·10/43 41·6/43=78,1 %

относительно дохода (100 %) новых автобусов (j=1).

При временном разрезе i 1 и простом восстановлении средний доход автомобиля парка Д_{i 1}=73,2 %, т.е. на 4,9 % ниже, чем при исходной структуре i. При представленном в таблице 3.1 варианте сложного обновления (приобретении автобусов не новых, а третьей возрастной группы) реализуемый показатель качества по доходам парка будет еще ниже и составит 72,6 % от доходов Д_i=100 % автобусов первой возрастной группы, хотя общий доход в результате роста парка возрастает.

10 Средний возраст автомобилей парка T_i, определяется по формуле

где T_j — середина интервала j-й возрастной группы автомобилей.

Для разреза i имеем (см. таблицу 3.1)

_i=0,5·5/43 1,5·10/43 2,5·12/43 3,5·10/43 4,5·6/43=2,54 года.

Для разреза i 1 и простого обновления

_{i 1}=0,5·8/43 1,5·5/43 2,5·10/43 3,5·12/43 4,5·10/43=2,75 года.

Для того же разреза и сложного обновления парка (поставкой 20 автомобилей третьей возрастной группы) средний возраст парка будет еще выше: _{i 1}=2,98 года. Это существенно увеличивает затраты на его содержание.

11 Относительный доход парка в расчетных единицах (ре)

По вариантам это составит:

— исходный (i) МД_i=43·78,1=335,8 ре (100 %);

— простое обновление (i 1) МД_{i 1}=45·73,2=329,4 ре (98,1 %);

— сложное обновление (i 1) МД¹_{i 1}=57·72,6=413,8 ре (123,2 %).

Таким образом, при рассмотренном варианте простого обновления доход парка сократится на 1,9 %, даже при некотором росте размера парка на 4,6 %. При рассмотренном варианте сложного обновления доход парка по сравнению с исходным возрастет на 23,6 % при значительном – на 32,6 % – росте размера парка и его старении, что приведет к существенному увеличению расходов на обеспечение работоспособности этого парка.

3.5.2 Расчет показателей возрастной структуры парка при случайном списании

Этот расчет основан на использовании закономерностей процесса восстановления (закономерности ТЭА пятого вида).

При этом весь наличный парк рассматривается в качестве восстанавливаемой технической системы, состоящей из элементов – отдельных автомобилей. Случайное списание автомобиля в соответствии с законом распределения 2 (см. рисунок 3.8) – это отказ системы, а поставка нового автомобиля, заменившего списанный,— восстановление системы.

Поток замен списываемых автомобилей во время существования парка i описывается, как это было показано ранее, ведущей функцией Ω(i)и параметром потока отказов (списаний) и замен (поставок) ω(i) (см. рисунки 3.4—3.6).

Ведущая функция определяет накопленное число событий (в данном случае – замен списанных автомобилей) к определенной наработке i большой системы – парка автомобилей, формула (3.4). Смысл формулы (3.4) применительно к задаче обновления парка состоит в том, что за фактический календарный срок существования парка автомобилей данной конструкции (i=20—25 лет) будет несколько (k)списаний и замен каждого инвентарного автомобиля (вернее, его гаражного номера).

Рассмотрим последовательность расчета случайного списания при следующих исходных данных: t_cп=х=5 лет; σ_сп=1 год; υ_сп=σ_сп/ _сп=0,2.

Закон распределения случайной наработки до списания – нормальный, что позволяет воспользоваться формулами (3.7) и (3.8).

За интервал календарного времени существования парка принят 1 год, т.е. размер списания и компенсирующей поставки определяется в расчете на 1 год. Расчет проводится для i=16, т.е. 16 календарных лет существования парка. Заданный размер парка, который необходимо поддерживать, A_i=const=100 автомобилей.

Последовательность расчета.

1 Определяем число замен в первом календарном интервале работы парка i=1. Так как фактические наработки при первом списании находятся в интервале ±3σ, т.е. от 2 до 8 лет, число списаний и замен автомобилей при i=1 Ω(i)≈0, то расчет начинаем с i=2.

2 При календарном сроке службы парка i 1=2:

а) для первых замен i=2; k=1; =5; σ=1 и по формуле (3.8)

вероятность первых замен F₁(2)=Ф(-3)=0,0013 (приложение Б);

б) для вторых замен i=2; k=2; =5; σ=1.

в) так как вероятность вторых замен при i=2 равна 0, то не будет третьих и последующих замен. Поэтому накопленное относительное количество замен на один инвентарный автомобиль при i=2 согласно формуле (3.7) Ω(2)=0,0013 0=0,0013.

3 Подобные расчеты проводятся для i=3, 4, 5,…,16.

Например, для календарной продолжительности работы парка i=8 имеем:

а) для первых замен i=8; k=1; =5; σ=1:

т.е. фактически весь списочный состав парка к этому моменту (i=8) будет обновлен, как минимум, один раз;

б) для вторых замен (k=2)

в) для третьих замен (k=3)

Общее накопленное количество замен на один инвентарный автомобиль за i=8

Ω(8)=F₁(8) F₂(8) F₃(8)=0,999 0,082 0=1,081.

Это общее накопленное количество замен в парке на один инвентарный (списочный) автомобиль. Иными словами, за 8 лет существования данного парка каждый списочный автомобиль обновился (списание-замена) в среднем около 1,1 раза.

4 Полученные таким образом накопленные значения сводим в таблицу 3.2.

5 Определяем по формуле (3.13) параметр потока списаний по интервалам календарного периода существования парка (i 1)-i: ω₁=Ω(i 1)-Ω(i), так как за интервал расчетов принят 1 год.

6 Число списываемых и, следовательно, получаемых автомобилей по парку при условии A_i=const:

Как следовало ожидать (см. рисунки 3.5, 3.6), ω(i)→1/ =ω=1/5=0,2, а А^сп_i, А^п_i→20 автомобилям (см. таблицу 3.2).

Однако в начальный период существования парка происходят в полном соответствии с закономерностями процесса восстановления значительные колебания размеров списания и, следовательно, пополнения (рисунок 3.10).

Максимальные потребности в замене (по отношению к средней) возникают в зоне средней наработки для первых замен при i= 1 (6 лет). Затем амплитуда отклонений ω(i) от ω=const сокращается и в зоне средних для вторых замен (i=11 лет) составляет 135 %, а в зоне средних третьих замен (i=16 лет) – 115 % по отношению к средней.

Таблица 3.2 – Определение числа замен в парке автомобилей

1 — фактическое списание; 2 — списание при ω=const

Рисунок 3.10 – Изменение размеров выбытия (пополнения) парка

при случайном списании

Некоторые практические рекомендации по формированию ВС парка.

1 Возрастная структура парка оказывает существенное влияние на все показатели парка и ИТС, которая обязана анализировать ВС парка и разрабатывать предложения по ее управлению.

Прогноз изменения ВС парка рекомендуется проводить, как минимум, ежегодно. Для внутрихозяйственных расчетов возрастные группы, особенно при различных условиях эксплуатации, целесообразно формировать с меньшим шагом, например в квартал или полгода.

2 Изменение ВС парка зависит от исходной структуры, темпов списания и пополнения, а также установленного срока службы автомобилей. Поэтому применительно к управлению ВС парков недопустимо планирование по достигнутому уровню (размеров списания в предыдущие периоды).

Регулируя списание и пополнение парка, можно получить необходимую возрастную структуру с заданными показателями эффективности, т.е. управлять ими.

3 В разные периоды существования парков они обладают разными провозными способностями, т.е. для выполнения одинаковой транспортной работы количественный состав парков должен изменяться. Для выполнения равной транспортной работы размер парка при его старении должен увеличиваться.

4 Увеличение сроков службы автомобилей до списания без изменения их надежности приводит к существенному ухудшению показателей эффективности парка – средней производительности автомобиля, дохода, коэффициента технической готовности, потребности в рабочей силе, производственно-технической базе (ПТБ), расхода запасных частей. При старении происходят изменения не только количественных, но и качественных показателей работы парков: расширяется номенклатура необходимых запасных частей, материалов; появляется необходимость в выполнении новых видов работ, оборудовании, персонале. Существенно ухудшаются свойства подвижного состава, непосредственно не связанные с надежностью, но влияющие на конкурентоспособность в рыночных условиях: внешний вид, комфортабельность, экологичность и др.

5 Существенного и устойчивого улучшения показателей работы парка можно добиться в результате его омоложения, т.е. своевременного списания автомобилей, выработавших установленный ресурс. Разовые поставки новых автомобилей приводят лишь к временному улучшению показателей по парку в целом, с последующим, более резким ухудшением этих показателей до момента списания этой группы автомобилей.

6 Увеличение темпов обновления парка способствует улучшению показателей эффективности и повышает интенсивность внедрения автомобилей новых конструкций, т.е. способствует научно-техническому прогрессу, но является ресурсоемким мероприятием. В рыночных условиях одним из распространенных и эффективных методов сокращения больших разовых инвестиций при обновлении парков являются различные формы лизинга, т.е. длительной аренды оборудования с рассрочкой соответствующих платежей за его приобретение.

Периодичность ТО (l_то) – это нормативная наработка (в километрах пробега или часах работы) между двумя последовательно проводимыми однородными работами или видами ТО.

Как отмечалось ранее (§ 1.6), 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 K₁=1 (см. § 1.6). При второй тактике определяется периодичность контроля, а исполнительская часть операции выполняется по потребности в зависимости от результатов контроля, т.е. 1 K₂≥0.

Методы определения периодичности ТО подразделяются на простейшие (метод аналогии по прототипу); аналитические, основанные на результатах наблюдений и основных закономерностях ТЭА; имитационные, основанные на моделировании случайных процессов. Рассмотрим наиболее распространенные методы.

4.2.1 Определение периодичности ТО по допустимому уровню безотказности

Этот метод основан на выборе такой рациональной периодичности, при которой вероятность отказа F элемента не превышает заранее заданной величины (рисунок 4.1), называемой риском.

Вероятность безотказной работы

где х_i— наработка на отказ;

R_д — допустимая вероятность безотказной работы, γ=1-F;

l₀ — периодичность ТО;

х_γ — гамма-процентный ресурс.

Для агрегатов и механизмов, обеспечивающих безопасность движения, R_д=0,9—0,98; для прочих узлов и агрегатов R_д=0,85—0,90.

Определенная таким образом периодичность значительно меньше средней наработки на отказ (см. рисунок 4.1) и связана с ней следующим образом: l₀=β_п , где β_п — коэффициент рациональный периодичности, учитывающий величину и характер вариации наработки на отказ или ресурса, а также принятую допустимую вероятность безотказной работы (таблица 4.1).

На рисунке 4.2 приведены распределения наработки на отказы двух элементов (1 и 2), имеющих одинаковые средние наработки ( ₁= ₂= ), на разные вариации, причем υ₁<υ₂. При назначении для этих элементов периодичности ТО, соответствующих равным рискам (F₁=F₂), l₀₁>l₀₂.

Таким образом, чем меньше вариация случайной величины, тем большая периодичность ТО при прочих равных условиях может быть назначена.

Рисунок 4.1 – Определение периодичности ТО по допустимому

уровню безотказности

Рисунок 4.2 – Влияние вариации на оптимальную периодичность

Поэтому 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.

Таблица 4.1 – Коэффициент рациональной периодичности при различных значениях допустимой вероятности безотказной работы и коэффициента вариации ресурса

Преимущества метода: простота и учет риска. Недостатки метода:

— неполное использование ресурса изделия, так как l_о<< , а R_д изделий имеет наработку на отказ x_i>l_о;

— отсутствие прямых экономических оценок последствий отказа (косвенный учет – при назначении риска F).

Сферы применения:

— при незначительных экономических и других последствиях отказа;

— для массовых объектов, когда влияние каждого из них на надежность изделия в целом невелико (несиловые крепежные детали);

— при практической невозможности или большой стоимости последовательной фиксации изменения параметров технического состояния (электропроводка, транзисторы, гидро- и пневмомагистрали);

— при необходимости минимизировать риски, затраты на которые перекрываются экономией по другим статьям (доставка опасных и скоропортящихся грузов, доставка точно в срок, специальные операции).

4.2.2 Определение периодичности ТО по закономерности изменения параметра технического состояния и его допустимому значению

Как известно, для группы автомобилей (или элементов) изменение параметров технического состояния по наработке является случайным процессом (см. раздел 1.4) Y(l, t)и графически изображается пучком функций Y_i=ψ(l,t).

Проведем анализ этой ситуации и выделим условно из этого пучка три изделия с разной интенсивностью а изменения параметра технического состояния (рисунок 4.3): максимальной (1), средней (2) —выделяем или вычисляем, минимальной (3).

— Определим средний ресурс (изделие № 2) х_р2 при Y_пд.

— Построим при фиксированной наработке всех изделий _р2 график 5 плотности вероятности распределения параметра технического состояния f₁(Y) для всей совокупности изделий.

— Если периодичность ТО l’_то будет равна _р2, то значительная часть изделии (F₁ на рисунке 4.3) откажет при наработке х<l’_то, так как у них Y_i>Y_пд.

Рисунок 4.3 – Определение периодичности l по допустимому значению

и изменению параметра технического состояния

— Назначим допустимое для данного изделия значение риска F_д.

— Уменьшим периодичность ТО до величины l”_то таким образом, чтобы вероятность отказа была равна или меньше допустимой F_д (сдвиг по стрелке 4 на рисунке 4.3).

— Получим новое распределение плотности вероятности отказа, f₂(Y) — 6 на рисунке 4.3.

— При этом варианте рациональная периодичность ТО l_то=x_p7(F₂).

— При этой периодичности обеспечиваются заданные условия, а именно:

а) вероятность, что параметр превысит предельно допустимый: Р(Y_i>Y_пд)≤F_д;

б) вероятность, что отказ возникнет раньше постановки на ТО: Р(х_i<l_то)≤F_д.

— Определим изделие 7 на рисунке 4.3, которое имеет предельно допустимое значение интенсивности изменения параметра технического состояния a_пд, соответствующее условию нулевого риска при l_то=x_p7(F₂).

— По кривой 7 рисунка 5.3 или аналитически определим

где а — средняя интенсивность изменения параметра технического состояния (для изделия 2 на рисунке 4.3);

μ — 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>F_д1.

Коэффициент μ зависит от вариации наработки до отказа, заданного значения вероятности безотказной работы при межосмотровой наработке (рисунок 4.4) и вида закона распределения.

Для нормального закона распределения

где t_д=(а_пд–а)/σ— нормированное отклонение, соответствующее доверительному уровню вероятности.

Для закона Вейбулла

где Г — гамма-функция;

т — параметр распределения.

Чем больше υили R_д, тем больше μ и меньше периодичность ТО.

Рисунок 4.4 – Влияние коэффициента вариации υ

на коэффициент максимально допустимой интенсивности μ

Таким образом, оценив значение μи определяя в процессе эксплуатации интенсивность изменения параметра технического состояния конкретного изделия a_i(конструктивный параметр), можно прогнозировать его безотказность в межосмотровом периоде:

— при a_i>а_пд=μa изделие откажет до технического обслуживания с вероятностью F₂.

P{a_i>а_пд}=F₂=F_пд;

— при a_i≤а_пдизделие не откажет до очередного ТО с вероятностью R=1-F₂:

P{a_i≤а_пд}=1-F₂=R_пд.

Пример. Определить рациональную периодичность l_то контроля и регулирования тормозного механизма грузового автомобиля с пневматическим приводом при работе в городских условиях, обеспечивающую с вероятностью 90 % сохранение работоспособности между ТО. Исходные данные:

R_д=0,9 (90 %); Y_н=0,38 мм; Y_пд=1 мм; а=0,056 мм/1000 км; υ=0,3; t_д=1,28 при R=0,9.

Решение: μ=1 υt_д=1 0,3 1,28=1,38.

При коэффициенте вариации υ=0,15

μ=1 0,15 1,28=1,19; l’_то=8,7 тыс. км.

Средний ресурс (при R_д=0,5 и t_д=0) _р=11 тыс. км.

Следовательно:

— сокращение вариации увеличивает при прочих равных условиях периодичность ТО;

— ориентация при определении l_то на средние данные ( , кривая 2 на рисунок 4.3) не может обеспечить высокую безотказность между ТО (F≈0,5).

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 Y=ψ(l, x).

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.

4.2.3 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 l₀. При этом удельные затраты на ТО C₁=d/l, где l — периодичность ТО; d — стоимость выполнения операции ТО.

Рисунок 4.5 – Изменение d и С_I в зависимости от периодичности ТО

Рисунок 4.6 – Изменение L и С_II в зависимости от периодичности ТО

При увеличении периодичности разовые затраты на ТО (d)или остаются постоянными, или незначительно возрастают (рисунок 4.5, а), а удельные затраты значительно сокращаются (рисунок 4.5, б).

Увеличение периодичности ТО, как правило, приводит к сокращению ресурса детали или агрегата (рисунок 4.6, а)и росту удельных затрат на ремонт: С_II=c/L (рисунок 4.6, б), где с — разовые затраты на ремонт; L —ресурс до ремонта. Выражение U=С_I С_II=С_Σ 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 (рисунок 4.7) или аналитически в том случае, если известны зависимости С_I =f(l) и С_II=ψ(l).

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 (l₀); простота, ясность, универсальность.

Рисунок 4.7 – Изменение удельных затрат С_I, С_II, С_Σ в зависимости

от периодичности ТО

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.

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.

4.2.4 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 (С_II) сводится к устранению неисправностей изделия по мере их возникновения, т.е. по потребности. Удельные затраты при этом

где x, x_min, x_mах — 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 (С_I) 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 (см. раздел 1.6): по наработке (I-1) и по техническому состоянию (I-2).

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 l₀ 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 х₁(в виде плотности вероятности f(x))при эксплуатации изделия без профилактики (рисунок 4.8);

— 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 (4.5)).

3 Выбираем целевую функцию – суммарные удельные затраты на предупреждение (ТО) и устранение (Р) отказов U=С_I-1 С_II=С_Σ. Оптимальная периодичность ТО l₀ соответствует минимуму целевой функции.

4 Назначаем исходную периодичность ТО l_р=х (см. рисунок 4.8), которая делит все поле возможных отказов на две группы:

Рисунок 4.8 – Схема определения периодичности ТО

экономико-вероятностным методом

Таблица 4.2 – К схеме определения периодичности ТО

— случаи x_i<l_р соответствуют отказам изделий с вероятностью F, так как изделие откажет до момента его направления на ТО. Средняя наработка устранения этих отказов

— случаи x_i≥l_р соответствуют предупреждению отказов с вероятностью К=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 рисунка 4.8.

6 Определим удельные затраты на предупреждение и устранение отказов как отношение взвешенной стоимости ТО и Р к взвешенной наработке выполнения операций ТО и Р.

где cF dR — 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 l_р и вероятность выполнения ремонтной операции (устранение отказа);

с — стоимость устранения отказа;

l’_pF l_pR — средневзвешенная наработка выполнения операции ТО иР;

l_р — периодичность ТО при выполнении по наработке;

l’_p — средняя наработка отказавших с вероятностью F элементов (x_i<l_р).

7 Аналитически из условия dC_I-1/dl=0 или графически определим оптимальную периодичность l₀, соответствующий ей риск F₀и вероятность безотказной работы R₀.

8 Определим величину целевой функции при оптимальной периодичности ТО l₀₁:

9 Сравним полученные удельные затраты с удельными затратами при выполнении только ремонтных работ, т.е. устранении отказов без ТО (С_II) С_II=c/x: (формула (4.5)).

— Если С_II>C⁰_I-1, то для данного элемента рационально проводить ТО по наработке с оптимальной периодичностью l₀₁;

— Если С_II<C⁰_I-1, 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 (рисунок 4.9), которая показывает зависимость суммарных удельных затрат на ТО и ремонт при тактике профилактики I-1. На карте профилактической операции можно выделить три характерные зоны.

Рисунок 4.9 – Карта профилактической операции

Зона А — зона экономической нецелесообразности профилактической стратегии, так как С_II<C⁰_I-1. Это также внеэкономическая зона, используемая при определении l₀, 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 С_II≥C⁰_I-1. Внутри этой зоны по организационным причинам (например, одновременное выполнение группы операций ТО, имеющих разную оптимальную периодичность) можно изменять фактическую периодичность, сохраняя условие С_II≥C⁰_I-1.

Зона В — зона относительной стабильности профилактической стратегии, внутри которой колебания фактической периодичности (от l’₀ до l”₀) приводят к незначительному изменению C_I-1. Это допуск при планировании ТО, который обычно составляет ±10 % от l₀.

В таблице 4.2 и на рисунке 4.10 приведены результаты определения периодичности ТО рассмотренным методом при следующих исходных данных: =10 тыс. км; σ_х=3 тыс. км; с=10 ре; d=2 ре; распределение наработки до отказа – нормальное.

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы.

а) Минимальные удельные затраты (C_I-1)_min=0,47 ре/1000 км соответствуют оптимальной периодичности ТО l₀=6 тыс. км.

б) Применение профилактической стратегии I-1 с оптимальной периодичностью ТО сокращает удельные затраты по сравнению с ремонтом по потребности (II) в 2,1 раза (100 и 47 %).

в) Отклонение от оптимальной периодичности сокращает эффективность профилактической стратегии. Например, при l_р= =10 тыс. км затраты

— увеличиваются по сравнению с оптимальными в 1,5 раза (с 0,47 до 0,7);

— сокращаются по сравнению с ремонтной стратегией (II) примерно только на 30 % (100 и 70 %).

г) При постановке автомобилей на ТО целесообразно и реально интервальное планирование периодичности. Например, при l_то=4—8 тыс. км затраты изменяются в пределах (0,55-0,47)/0,47=0,17, или 17 %.

д) При оптимальной периодичности риск отказа составляет 9,5 %; F(x=6 тыс. км)=0,095 (см. таблицу 4.2). При увеличении периодичности по сравнению с оптимальной риск увеличивается (в пределе до 1), а при сокращении – уменьшается.

Таким образом, при профилактике наблюдается смешанная (I и II) стратегия обеспечения работоспособности.

Рисунок 4.10 – Изменение суммарных удельных затрат С_Σ и вероятности

отказа в межосмотровый период F в зависимости от периодичности ТО

В экономико-вероятностном методе, так же как и при определении оптимальной периодичности по безотказности, используют понятие коэффициента рациональной периодичности

при υ_x<1,

где k_п=d/c;

υ_x — коэффициент вариации наработки на отказ при стратегии II.

Например, для объекта, имеющего показатели k_п=0,4; =15,5 тыс. км; υ_x=0,4, получаем β=0,78, а l₀=12 тыс. км.

Таблица 4.3 – Определение оптимальной периодичности ТО экономико-вероятностным методом при стратегии ТО по наработке I-1

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 υ_x<1,

где k_ω=ω_I/ω_II — коэффициент заданного сокращения параметра потока отказов;

ω_I — параметр потока отказов при использовании предупредительной стратегии;

ω_II — то же, при устранении отказов по потребности.

Если в рассматриваемом примере задано сокращение параметра потока отказов при использовании предупредительной стратегии в 5 раз (k_ω=0,2), то коэффициент рациональной периодичности определяется по формуле (5.9) и составит β₀=0,48, а рациональная периодичность l₀=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.

Эта же задача может быть решена графически. Задаваясь значением υ_х=0,4 и k_ω=0,2 (рисунок 4.11), определяем β₀≈0,48.

Преимущества метода:

— учет вероятностных и стоимостных факторов;

— гарантия при проведении ТО с оптимальной периодичностью определенных уровней безотказности R_д и риска F_д 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 x_i>2l_р (см. рисунок 4.8). Эти элементы при l_р достаточно только контролировать (диагностировать), а исполнительскую часть операции производить при последующем ТО, т.е. при х=2l_р. 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 x_i>2l_р (см. рисунок 4.8), можно было бы не проводить исполнительскую часть операции с периодичностью l_р и не доводить при этом параметр технического состояния до номинального или близкого к нему значения (Y_i→Y_н). Но для этого необходимо при периодичности l_р 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).

Рисунок 4.11 – Выбор оптимальной периодичности ТО экономико-вероятностным методом при заданном уровне безотказности

в межосмотровом периоде

Таблица 4.4 – Стратегии и тактики обеспечения работоспособности

При данной тактике все изделия можно разделить на три группы:

— изделия, отказавшие с вероятностью F при наработке х<l_р (стратегия II);

— изделия, имеющие с вероятностью R₁ потенциальную наработку на отказ 2l_р>x_i>l_р. Если им не проводить ТО при l_р, то они с вероятностью R₁откажут в интервале l_р-2l_р. Следовательно, этим изделиям при l_р необходимо выполнить контроль стоимостью d_ки исполнительскую часть операции стоимостью d_и, а разовая стоимость профилактической операции составит d_п=d_к d_и;

— изделия, имеющие с вероятностью R₂=1-F-R₁потенциальную наработку на отказ x_i>2l_р, для которых при l_р достаточно ограничиться контролем (d_к), a исполнительскую часть операции «отложить», по крайней мере, до наработки 2l_р. Для них стоимость профилактической операции d_п=d_к.

Удельные затраты при реализации тактики ТО по наработке (I-2)

Далее графически или аналитически (формула (4.10)) определяют оптимальную периодичность l₀₂ и минимальные удельные затраты при реализации тактики ТО по состоянию С⁰_I-2.

Величина С⁰_I-2сравнивается с С_II=с/ (только ремонт) и С⁰_I-1(ТО по наработке) и выбирается тактика, обеспечивающая работоспособность изделия (таблица 4.3).

Можно рассматривать изделия, которые потенциально потребуют выполнения исполнительской части при 3l_р, 4l_р и т.д. Это повысит требования к точности контрольной части операции, увеличит ее стоимость d_ки 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 (l₀₂>l₀₁);

— 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 d_пиз-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.

4.3.1 Понятие о трудозатратах и трудоемкости

При выполнении операций технического обслуживания или ремонта мало знать, когда (периодичность ТО, ресурс) и что (операция смазки, регулирования, замены и др.) необходимо сделать. Важно также знать потребность в трудозатратах и ее вариацию, чтобы правильно определить численность и квалификацию персонала, вклад трудозатрат в себестоимость операций и услуг, который на автомобильном транспорте достигает 30—45 %.

Трудоемкость (t) — это затраты труда на выполнение в заданных условиях операции или группы операций ТО или ремонта. Трудоемкость измеряется в нормо-единицах (человеко-часах, человеко-минутах). Трудоемкость 25 чел-мин означает, что соответствующую операцию в оговоренных условиях (оборудование, оснастка, освещение и др.) исполнитель необходимой квалификации в среднем должен выполнить за 25 мин. Если одновременно эту работу могут выполнять несколько исполнителей (Р), то средняя продолжительность выполнения сокращается и составляет t_с=t/εP, где ε— коэффициент, определяющий возможность совместной работы исполнителей, 0<ε≤1.

Различают нормативную и фактическую трудоемкость.

Нормативная трудоемкость является официальной юридической нормой, принятой на данном предприятии, фирме и т.д., используется для определения численности исполнителей; оплаты труда исполнителей (тарифная ставка, руб./ч); расчетов с клиентурой.

Фактическая трудоемкость —затраты труда на выполнение конкретной операции конкретным исполнителем. Является случайной величиной и может отличаться от нормативной.

4.3.2 Виды и структура норм при ТЭА

На автомобильном транспорте действуют следующие виды норм:

— дифференцированные (пооперационные), устанавливаемые на отдельные операции или их части – переходы (смена масла; регулирование клапанного механизма; замена свечи и т.д.);

— укрупненные – на группу операций, вид ТО и ремонта (мойка, крепежные работы при ТО-1 или ТО-2, замена ведомого диска сцепления и т.д.);

— удельные, относимые к пробегу автомобили, чел.-ч/1000 км (нормирование текущего ремонта).

Норма трудоемкости t_н складывается из следующих составляющих:

Оперативное время t_оп, необходимое для выполнения производственной операции, подразделяется на основное t_ос и вспомогательное t_всп. В течение основного (или технологического) времени осуществляется собственно операция, например регулирование тормозов, замена масла в агрегате, снятие агрегата с автомобиля и т.д. Вспомогательное время необходимо для обеспечения возможности выполнения операции, например время установки автомобиля на пост ТО или ремонта, обеспечение доступа к объекту обслуживания или ремонта и т.д.

Подготовительно-заключительное время t_пз, необходимо для ознакомления исполнителя с порученной работой, подготовки рабочего места и инструмента, материалов, сдачи наряда и др.

Время обслуживания рабочего места t_обс необходимо для ухода за рабочим местом и применяемым инструментом или оборудованием (уборка, смена инструмента, размещение оборудования и приспособлений и т.д.).

В норме трудоемкости учитывается также необходимость перерыва на отдых и личные надобности t_отд.

Время на обслуживание рабочего места, перерывы на отдых и личные надобности называется дополнительным.

Коэффициент повторяемости К учитывает вероятность выполнения, помимо контрольной, и исполнительской части операции.

4.3.3 Методы нормирования

Фактическое время (или трудоемкость) выполнения операций ТО и ремонта является случайной величиной, имеющей значительную вариацию, зависящую от технического состояния и срока службы автомобиля, условий выполнения работы, применяемого оборудования, квалификации персонала и других факторов. Например, условная продолжительность выполнения однотипных операций ТО и ремонта у рабочих 1, 2, 3, 4 и 5-го разрядов изменяется соответственно следующим образом: 1; 0,79; 0,71; 0,64; 0,61. Поэтому норма относится к определенным оговоренным условиям, например типовым (типовая норма), конкретным условиям группы предприятий (внутриведомственная норма) или данного предприятия (внутрихозяйственная или местная норма). Типовые пооперационные нормы приводятся в соответствующих справочниках.

Нормативы трудоемкости ограничивают трудоемкость сверху, т.е. фактическая трудоемкость должна быть не больше нормативной при условии качественного выполнения работ.

При определении или изменении норм используют так называемую фотографию рабочего времени, хронометражные наблюдения, метод микроэлементных нормативов времени.

t — время выполнения операции, t₁ — нижняя, t₂ — верхняя граница среднего выборочного, Δ — интервал, в котором с вероятностью β находится

Рисунок 4.12 – Точность хронометражных наблюдений

При хронометражных и других наблюдениях обычно определяется (по наблюдениям, расчетам) оперативное время t₂, а остальные элементы нормы (а_пз, a_обс, а_отд) назначаются (в зависимости от особенностей операции, тяжести и условий труда) в процентах от оперативного (а_i):

Например, для слесаря-ремонтника по отношению к оперативному времени доля других элементов нормы (а_i) составляет

— подготовительно-заключительное а_пз=3,5 %;

— обслуживание рабочего места a_обс=2,5 %;

— перерыв на отдых и естественные нужды а_отд=6 %.

Итого 12 %.

Таким образом, в данном случае t_н=Kt_oп·1,12.

При хронометражных наблюдениях за фактической продолжительностью выполнения операции рекомендуется следующая последовательность.

1 Выбор объекта наблюдения (рабочее место, оборудование, технология). При этом рабочее место должно быть аттестовано, а наблюдения целесообразно провести:

— для средних условий данного предприятия → среднестатистическая норма;

— для прогрессивных методов и технологий → прогрессивная норма.

2 Определение объема наблюдений для получения среднего значения времени выполнения работ . Учитывая, что время является случайной величиной и ее распределение подчиняется определенному закону f(t), среднее значение случайной величины рассчитывается с определенной абсолютной точностью Δ=Δ₁ Δ₂, представляющей собой доверительный интервал, внутри которого с заданным уровнем вероятности β должно находиться среднее фактическое значение , полученное по результатам наблюдений (рисунок 4.12), P{t₁≤ ≤t₂}=β.

Для известного закона распределения, например нормального (Δ₁=Δ₂), объем наблюдений

где t_β=(t₁-t)/σ — нормированное отклонение (табулировано);

σ — среднеквадратическое отклонение;

υ—коэффициент вариации;

ε=Δ₁/t —относительная точность наблюдений.

Рисунок 4.13 – Определение прогрессивной нормы

Пример. υ=0,25; β=0,95 (t_β=1,96); ε=7 % (0,07).

Объем необходимых наблюдений: n_н=(1,96²∙0,25²)/0,07²=49 наблюдений. Если при таком объеме наблюдений t=100 чел.-мин, то абсолютная точность Δ=ε =2 0,07 100=14 чел.-мин, т.е. можно утверждать, что фактическая средняя трудоемкость находится в интервале от t₁=93 до t₂=107 чел.-мин.

Если для той же операции проведено только n_н=5 наблюдений, то из формулы (4.13) имеем

т.е. с вероятностью β=0,95 можно утверждать, что находится в интервале Δ=44 чел.-мин, от t₁=78 до t₂=122 чел.-мин.

Для неизвестного закона распределения (но известной вариации υ) объем наблюдений определяется по формуле Чебышева:

или

Для неизвестного закона распределения и при отсутствии данных по вариации можно принять υ=1, тогда

Таким образом, в зависимости от полноты информации о законе распределения трудоемкости объемы наблюдений и, соответственно, их стоимость могут меняться на несколько порядков: в примере от 50 до 4078.

Это еще раз подчеркивает важность для ИТС получения достоверной информации.

3 Проведение наблюдений за фактической продолжительностью выполнения операции t_i и определение по формуле среднего значения трудоемкости

Среднестатистическая норма t_н=, а прогрессивная может приниматься равной t^п_н=–σ(рисунок 4.13).

При использовании для нормирования трудоемкости метода микроэлементных нормативов (МЭН):

— операции ТО или ремонта раскладывают на простейшие движения и действия (элементы) оператора типа: взять предмет, находящийся на расстоянии 1 м, массой 5 кг, и перенести его на расстояние 3 м и т.д.;

— эти простейшие движения (их 100—150) нормируют в относительных или абсолютных единицах – микроэлементных нормативах, содержащихся в справочниках (t_i^МЭ);

— все микроэлементные нормативы, составляющие данную операцию, суммируются, и определяется микроэлементная норма операции

где t_i^MЭ — относительная норма трудоемкости операции, выражающаяся в микроэлементных нормативах;

i — число элементов в операции (переходов);

— определяют фактическую норму времени, чел.-ч (чел.-мин);

где k_п— коэффициент перехода от микроэлементной нормы к натуральной.

Преимущества метода МЭН — возможность нормирования без проведения объемных и дорогостоящих хронометражных наблюдений и компьютеризация процесса нормирования. Основная сложность — необходимость определения коэффициента перехода k_п(формула (4.16)), который существенно зависит от вида и условий выполнения работ.

Метод МЭН позволяет также сравнивать по сумме микроэлементных нормативов различные варианты организации и технологии выполнения сложных работ (последовательность, участие нескольких исполнителей, применяемое оборудование) без проведения непосредственных наблюдений и реализации самих вариантов.

4.4.1 Назначение и виды норм

Потребность в запасных частях для ТО и ремонта проявляется в процессе эксплуатации и определяется

— надежностью изделия;

— уровнем технической эксплуатации;

— условиями эксплуатации. Потребность в запасных частях

— диктует спрос на них;

— определяет размер запасов на предприятиях, объем и периодичность заказов;

— определяет финансовые затраты на приобретение и содержание запасных частей, которые, например, при ТР достигают 40 %.

Потребность в запасных частях оформляется в виде норм расхода. Виды норм:

— финансовые —средние удельные затраты на запасные части, расходуемые на эксплуатацию, в том числе по видам ТО и ремонта (ТО-1, ТО-2, ТР), руб./1000 км; применяются для парка автомобилей при планировании расходов; определяются обобщением опыта, данными по фактическим расходам, аналитическими расчетами;

— номенклатурные (H) – устанавливают средний расход конкретной детали в штуках на п автомобилей в год (в России п=100), содержатся в каталогах заводов-производителей, номенклатурных тетрадях, у дистрибьюторов; включают от 400 до 800 наименований деталей;

— индивидуальные – разрабатываются для конкретного АТП, фирмы, маршрута; учитывают специфику эксплуатации.

4.4.2 Методы определения норм

В основе расчета всех норм – данные по надежности и условиям эксплуатации автомобилей.

Аналитический (точный) — использование данных по ведущей функции потока отказов или замен Ω(t).

Из рисунка 4.14 следует, что за t

за Δt=t₂-t₁

Пример. Ω(t=10)=15 деталей: t=10 лет, H_I=(15 100)/10=150, т.е. 150 деталей на 100 автомобилей в год.

Приближенная оценка по ресурсу до 1-й замены детали:

где L_г— средний годовой пробег автомобиля;

L₁— ресурс до 1-й замены детали;

η — коэффициент восстановления ресурса.

Метод применим, если ηL₁<L_г.

Рисунок 4.14 – Определение нормы по Ω(t)

Пример.

L_г=40 тыс. км; L₁=50 тыс. км; η=0,6.

ηL₁=0,6 50=30 тыс. км. 30<L_г=40 тыс. км

H_II=40/(0,6 50)100=133 детали на 100 автомобилей в год.

Если данные по качеству восстановления отсутствуют (η=1), то H_II=40/(50)100=80 деталей, т.е. нормы будут занижены на (133-80)/133∙100=66 %.

Определение по среднему числу замен деталей за срок службы автомобиля (агрегата) или другую назначенную наработку (рисунок 4.15).

Среднее число замен данной детали за срок службы одного автомобиля

где L_a=L_гt_a;

L_г— средний годовой пробег автомобиля,

Тогда

L_a — ресурс, t_a — срок службы автомобиля

Рисунок 4.15 – Схема замены деталей

При исходных данных предыдущего примера и t_a=10 лет имеем Н_III=100/0,6(40/50-1/10)=117 деталей.

Таким образом, учет фактических данных по надежности и динамике замен позволяет в примере сократить норму на 14 % (Н_II=133 детали).

Метод дополнительного учета вариации ресурса деталей. Для деталей с ресурсом, сопоставимым со среднегодовым пробегом автомобиля L_г, среднюю норму расхода целесообразно определять за полный срок службы, с учетом вариации ресурса детали по формуле

Пример: дополнительные данные υ=0,2.

=122 детали (вместо Н_III=117).

Если υ=0,8, то Н_IV=126 деталей, т.е. нормы расхода увеличиваются на 8 % (по сравнению с Н_III=117).

4.4.3 Факторы увеличения расхода запасных частей

На расход запасных частей оказывают влияние следующие основные факторы:

— сокращение надежности (ресурса) до первой и последующих замен (качество изготовления, ТО и ремонта);

— ухудшение качества восстановления (сокращение η);

— увеличение вариации ресурса детали (υ, σ);

— увеличение интенсивности эксплуатации (суточного и годового пробега);

— увеличение общего срока службы автомобиля t_а (старение, сокращение η).

4.4.4 Оценка и сравнение методов определения норм

Наиболее точную оценку дает первый метод – по Ω(x):

— при малых ресурсах деталей (L₁<<L_γ)расхождение между методами незначительно;

— при оценке расхода только по ресурсу до первой замены погрешность наибольшая;

— учет вариации ресурса детали дает значительное уточнение норм при больших вариациях (υ>0,3—0,4) и значительных ресурсах деталей ηL₁>L_γ.

Таким образом, наличие объективной информации по надежности (Ω, L₁, η) и условиям эксплуатации автомобилей (L_г, L_a) позволяет повысить точность определения норм, обеспечить надежную работу автомобилей, сократить затраты на запасные части.

Так как автомобиль и большинство агрегатов являются изделиями, которые могут подвергаться восстановлению многократно, а само восстановление производится по потребности, то нормирование ресурсов является достаточно условным и носящим технико-экономический и расчетный характер. В практике работы автотранспортных предприятий, заводов–производителей и планирующих органов применяются следующие нормы:

— плановый или фактический ресурс до первого и последующих капитальных ремонтов автомобиля (L_k^a) и агрегата (L_k^aг);

— ресурс до списания (амортизационный ресурс) автомобиля и некоторых так называемых номерных (кузов, двигатель) агрегатов, который измеряется в километрах пробега (L_a) или годах (t_а).

Нормативы или фактические значения ресурсов используются для решения следующих задач:

— определение потребности парков в пополнении для компенсации выбытия списанных автомобилей и агрегатов или запланированного роста размера парка и средств для его обновления;

— оценка уровня работоспособности автомобилей и парка и их производительности с учетом выбытия автомобилей на капитальный ремонт;

— определение и планирование средств, необходимых для капитального ремонта автомобилей и агрегатов;

— определение запаса агрегатов, расхода запасных частей и затрат на создание и поддержание этих запасов;

— назначение заводами гарантийных ресурсов для новых и капитально отремонтированных изделий и др.

Следует рассматривать физический и технико-экономический ресурсы.

Физический ресурс агрегата – это достижение им предельного состояния, вызванного отказами базовых и основных деталей.

При этом в качестве норматива используется средняя наработка xи гамма-процентный ресурс x_γ.

При наличии на уровне предприятия достоверных данных по надежности и затратам на обслуживание и ремонт с использованием экономико-вероятностного и технико-экономического методов (см. раздел 4.2) может быть определена рациональная периодичность предупредительной замены (или ремонта) агрегата, механизма, системы и назначен внутрихозяйственный норматив технико-экономического ресурса.

Предупредительные замены ряда деталей и сборочных единиц рекомендуются в инструкциях по эксплуатации заводов-производителей автомобилей.

Ресурсы автомобилей до списания (капитального ремонта) оцениваются и нормируются на макро- и микроэкономическом уровне.

Таблица 4.5 – Оценка влияния срока службы грузовых автомобилей большой грузоподъемности на необходимый размер парка и его ресурсное обеспечение, %, при работе в городских условиях

На макроэкономическом уровне такие расчеты и нормативы необходимы при составлении межотраслевого и внутриотраслевого балансов, определении норм амортизационных отчислений, размеров капиталовложений в производство и эксплуатацию автомобилей, оценке масштабов производств и цены нового автомобиля и др.

При этом рассматриваются все необходимые затраты и определяется их минимум, соответствующий оптимальному сроку службы данной модели автомобилей при выполнении заданного объема транспортной работы (таблица 4.4).

Из приведенных данных следует, что сокращение сроков службы грузовых автомобилей с 10—12 до 5—7 лет позволяет при том же объеме выполненной транспортной работы:

— на 20—25 % сократить инвентарный размер парка;

— на 8—15 % уменьшить потребность в капитальном ремонте основных агрегатов;

— на 25—30 % сократить потребность в рабочей силе на ТО и ТР автомобилей в эксплуатации;

— на 23—40 % уменьшить расход запасных частей;

— на 14—20 % уменьшить приведенные затраты.

Оптимальный срок службы автомобилей и сами затраты существенно зависят от условий эксплуатации (рисунок 4.16).

На микроэкономическом уровне (конкретное предприятие, группа предприятий) владелец изделия после t лет его эксплуатации должен сравнить несколько вариантов дальнейшего поведения.

1 — междугородные перевозки, асфальтово-бетонное покрытие;

2 — городские перевозки, асфальт; 3 — грунтовые дороги

Рисунок 4.16 – Изменение приведенных затрат на грузовые перевозки

1 Продолжать эксплуатировать изделие, при этом нести дополнительные и увеличивающиеся издержки на обеспечение работоспособности, но экономить на затратах, связанных с приобретением нового изделия (таблица 4.4).

2 Продать изделие по текущей рыночной цене Ц₁, и приобрести аналогичное новое (или изделие, имеющее меньшую наработку с начала эксплуатации) по цене Ц. При этом владелец экономит на эксплуатационных издержках старого изделия, но должен изыскать инвестиции для приобретения нового изделия.

3 В момент t заменить исходное изделие на более совершенное, но имеющее цену Ц₁>Ц.

В рыночных условиях при определении момента замены оборудования применяется ряд методов.

Метод сравнения годовых затрат (годовой экономии) основан на сопоставлении издержек при существующем и предполагаемом к замене оборудовании. При этом годовые затраты складываются из возмещения начальных капиталовложений, возмещения определенного процента на вложенный капитал и текущих эксплуатационных расходов. Если замена связана с продажей старого автомобиля, то процент, который мог бы быть получен с суммы, вырученной при продаже, если бы она была использована по иному назначению, также включается в сумму годовых затрат.

Ежегодные затраты по возмещению капиталовложений исчисляются по следующей формуле:

где t — срок службы изделия в годах;

i — годовая процентная ставка на капитал.

Минимальное значение соответствует рациональному сроку службы изделия t₀ или рациональному варианту поведения владельца.

Метод исходной суммы капиталовложений состоит в приведении поступлений и затрат при каждом варианте замены оборудования к исходной сумме капиталовложений, определенной в настоящий момент. Лучшим считается вариант с наиболее низкой приведенной исходной суммой капиталовложений.

Метод индекса доходности (дисконта затрат) основывается на определении процентной ставки, по которой должен быть инвестирован капитал, необходимый для закупки нового автомобиля, чтобы обеспечить эффективность, равную доходу от приобретенного оборудования. Например, индекс доходности, равный 12 %, при сроке службы оборудования в 7 лет и первоначальной стоимости Ц означает, что замена автомобиля может принести владельцу столько же чистого дохода, сколько принесет капитал, равный Ц, отданный в рост на 7 лет из расчета 12 % сложных. Если владелец не может инвестировать капитал на таких условиях, то замена автомобиля целесообразна.

При наличии помашинного учета в зависимости от его глубины и содержания возможно уточнение расчетного срока службы конкретного автомобиля на основе

— сопоставления накопленных с начала эксплуатации расходов на восстановление работоспособности с ценой нового автомобиля;

— фиксации момента резкого роста статей себестоимости перевозки конкретного автомобиля, по сравнению с нормативным уровнем или средним значением для группы аналогичных автомобилей;

— определения момента обнуления прибыли от транспортной работы конкретного автомобиля в сопоставимых условиях эксплуатации.

Сложные производственные ситуации, особенно для больших систем, как правило, трудно описать аналитически. Поэтому и последствия принимаемых решений остаются труднопредсказуемыми. Проведение натурных экспериментов требует больших затрат времени, материальных средств, небезопасно для самого изделия и тем более действующего производства, которое в рыночных условиях взаимодействует с клиентурой – потребителями продукции или услуг. Кроме того, для реального производства трудно обеспечить сопоставимость при проведении натурного эксперимента, так как абсолютно сопоставимые аналоги (другие АТП, СТО и т.д.) отсутствуют. Последовательное сравнение нескольких решений на одном производстве также затруднено из-за неминуемого изменения во времени других факторов, влияющих на показатели эффективности, например спрос на услуги, цены, условия эксплуатации.

В этих условиях при принятии решений можно применять методы исследования и оценки систем на моделях.

Модель – это упрощенная форма представления реальных процессов и взаимосвязей в системе, позволяющая изучить, оценить и прогнозировать влияние составляющих элементов (факторов, подсистем) на поведение системы в целом, т.е. на изменение целевых показателей. Модели могут быть физическими, математическими, логическими, имитационными и др.

При решении технических, технологических и организационных задач, когда действует много факторов, в том числе и случайных, а информация неполная, получил распространение метод имитационного моделирования.

Имитационное моделирование – это процесс конструирования модели реальной системы и постановка экспериментов на этой модели с целью выяснения поведения системы, а также оценки различных стратегий, обеспечивающих ее функционирование без физических экспериментов на реальном объекте.

Процесс имитационного моделирования включает следующие основные этапы.

1 Описание системы, т.е. установление внутренних взаимосвязей, границ, ограничений и показателей эффективности системы, подлежащей изучению.

Рисунок 4.17 – Схема процесса имитационного моделирования

2 Конструирование модели — переход от реальной системы к определенной логической схеме, отображающей процессы, происходящие в системе.

3 Подготовка и отбор данных, необходимых для построения модели.

4 Трансляция модели, включающая описание модели на языке ЭВМ.

5 Оценка адекватности, позволяющая судить о корректности выводов, полученных на модели, для реальной системы.

6 Планирование экспериментов: объемов, последовательности.

7 Экспериментирование, заключающееся в имитации процессов реальной системы на модели и получении необходимых данных.

8 Интерпретация — получение выводов по результатам моделирования.

9 Реализация — практическое использование модели и результатов моделирования при принятии решения для реальной системы.

Рассмотрим процесс имитационного моделирования (рисунок 4.17) при определении периодичности ТО по безотказности (см. § 4.2) при условии, что случайной является не только наработка на отказ х_i но и фактическая периодичность ТО l_j которая также имеет некоторую вариацию относительно плановой.

В данном случае моделируется процесс предупреждения отказа элемента автомобиля при условии, что он подвергается профилактическим воздействиям с нормативной периодичностью ₁ которая фактически имеет некоторую вариацию, характеризуемую законом распределения f(l), l, σ₁.

Модель процесса в данном примере – это формула риска, т.е. вероятность, что в условиях вариации наработки на отказ х_iи фактической периодичности ТО l_jриск отказа будет не больше допустимого (заданного): P(x_i<l_j)≤F_д.

Конструирование модели в примере – это создание двух массивов исходных данных [x] и [l]. Массивы данных могут формироваться на основе информации по соответствующим законам распределения случайных величин или включать фактические данные наблюдений, т.е. наборы х₁,х₂,…, х_i, и l₁, l₂,…,l_j.

Реализация – это извлечение из массивов данных в случайном порядке и сравнение двух случайных величин: х_i, и l_j.

Идентификация события происходит при каждой реализации и сравнении пары случайных величин: при х_i<l_jфиксируется отказ, а при х_i≥l_j—предупреждение отказа путем выполнения профилактической операции.

При многократном повторении определяется число отказов п₀и профилактики п_п, и оцениваются с определенной точностью вероятности соответствующих событий: отказа (риска) F=п₀/(п₀ п_п) и безотказной работы при выбранной периодичности l₁R=п_п/(п₀ п_п).

Если фактический риск F_ф оказался больше допустимого F_д, то необходимо выбрать новую периодичность l₂<l₁ и повторить процесс имитационного моделирования до выполнения условий F_ф≤F_д.

На рисунке 4.18 приведена последовательность определения периодичности ТО по безотказности l^б и экономико-вероятностным методом l^э, при котором дополнительно учитываются еще две случайные величины — разовые затраты на выполнение ТО d_mи ремонт с_к (см. формулу (4.7) и рисунок 4.8). При моделировании представляется возможным оценить также предлагаемую наработку на отказ х_т, который может возникнуть с вероятностью F=1-R_Д равной произведению числа реализаций и принятой периодичности ТО l^б_о или l^э_о, деленному на зафиксированное число отказов п_о.

По безотказности: 1, 3, 4, 7, 8, 12, 11, 13, 15, 16, 19, 21, 20;

экономико-вероятностным методом: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 11, 13, 15, 16, 19, 10, 14, 17, 18, 25, 24, 23

Рисунок 4.18 – Последовательность определения периодичности ТО методом имитационного моделирования

Моделирование влияния периодичности ТО на состояние тормозной системы автобуса большого класса может проводиться вручную или с использованием ПЭВМ.

На рисунке 4.19 показаны результаты имитационного моделирования, оценивающие влияние периодичности ТО на надежность тормозной системы городского автобуса. С увеличением периодичности ТО сокращается вероятность К выполнения контрольно-диагностической части операции (1), а вероятность отказа в межконтрольные периоды возрастает (4). Вероятность выполнения исполнительской части операции (5) сначала растет с увеличением периодичности ТО до оптимального значения в рассматриваемых условиях (3,5—4 тыс. км), а затем начинает сокращаться. Аналогичным образом изменяется и коэффициент повторяемости исполнительской части операции (2). Таким образом, при оптимальной периодичности ТО соотношение между контрольной и исполнительской частями операции будет также оптимальным.

Рисунок 4.19 – Влияние периодичности ТО на состояние тормозной системы автобуса большого класса

По аналогичной схеме могут изучаться и оцениваться организационно-технологические ситуации, например работа системы массового обслуживания. В простейшем случае сравниваются интервалы и моменты поступления требований и продолжительность их выполнения. При усложнении модели может рассматриваться целесообразность реализации определенной дисциплины очереди: пропускать в первую очередь требования на ремонт автомобилей, дающих наибольший доход, или требования с малой продолжительностью обслуживания. В многоканальных системах возможно перераспределение требований или исполнителей по постам, оказание взаимопомощи и т.д. С помощью комбинации ряда подобных моделей конструируют имитационные модели зоны, участка, цеха и предприятия.

Имитационные модели используются при проведении деловых игр. Деловые (хозяйственные) игры – это метод имитации принятия управленческих решений в различных производственных ситуациях. При этом создается та или иная управленческая или производственная ситуация, для которой необходимо найти рациональный выход, т.е. принять решение. Критерием является степень приближения решения к оптимальному (которое известно организаторам деловых игр) и время, затраченное на принятие решения. Деловые игры проводятся по определенным правилам, регламентирующим поведение участников, их взаимодействие, критерии эффективности. Деловые игры используются при обучении и оценке персонала и исследовании сложных производственных систем.

При обучении персонала они используются для иллюстрации, разъяснения определенных закономерностей и понятий и закрепления знаний; для программного и целевого обучения определенных специалистов, например диагноста, оператора ЦУГТ и др.; для тренировки специалистов непосредственно на производстве. При обучении персонала деловые игры, как правило, разворачиваются в реальном масштабе времени. При исследовании производственных ситуаций применяется сжатый масштаб времени.

Деловые игры позволяют осуществлять предварительный отбор кадров, так как при этом можно оценить способности, профессиональные навыки и знания кандидатов на определенные рабочие места и должности специалистов, управленцев и операторов.

Рассматривая закономерности потоков восстановления, мы предполагали, что поддержание и восстановление работоспособности происходит мгновенно, без задержки и ожидания, т.е. потребность в ТО, устранение возникших отказов и неисправностей было эквивалентно выполнению соответствующих требований.

Требования — зафиксированный комплекс воздействий, которые необходимо выполнить для поддержания (ТО) или восстановления (ремонт) работоспособности, а также подготовки автомобиля к работе. На автомобильном транспорте существуют требования:

— связанные с техническим состоянием (ТО, ремонт); в реальных условиях требование может включать комбинацию нескольких отказов или неисправностей;

— не связанные с техническим состоянием (заправка топливом, мойка, уборка, парковка и др.)

Средства обслуживания – технические сооружения, устройства, оборудование, образующие систему обслуживания и предназначенные для выполнения требований:

— цехи и участки предприятия;

— посты ТО и ремонта;

— посты заправки (АЗС) и мойки;

— технологическое оборудование;

— зоны стоянки, паркинги, мотели и др.

Поток требований – совокупность требований, поступающих в систему обслуживания за определенное время: год, месяц, неделю, смену, час, минуту.

Параметр потока требований — число требований в единицу времени: требований/ч (мин).

Поток требований служит основой для планирования производственной программы предприятия (цеха, участка, поста) и определяется:

— расчетно-аналитическим методом (см. гл. 3) с использованием нормативов ТО и ремонта, данных по надежности;

— на основании анализа фактических данных по потокам требований;

— методом моделирования.

Особенности потока требований:

— неравномерность поступления во времени;

— неравномерность (случайность) продолжительности (трудоемкости) выполнения.

Системы, в которых случайными являются моменты поступления требований на обслуживание и продолжительность самих обслуживаний, называются системами массового обслуживания (СМО).

Примерами СМО в области технической эксплуатации автомобильного транспорта являются: посты, линии ТО, участки ремонтных мастерских и предприятий автомобильного транспорта, склады запасных частей, стоянки, АЗС и др. Очевидно, для качественного и своевременного выполнения требований необходимы:

— персонал ИТС, включающий ремонтных и вспомогательных рабочих, техников, служащих и инженеров;

— средства труда, которые, вовлекаясь в производственный процесс, превращаются в основные производственные фонды, имеющие активную и пассивную части (применительно к ТЭА пассивная часть основных фондов – это здания, сооружения, коммуникации, создающие необходимые условия для выполнения ТО, ремонта и других воздействий, а активная – средства механизации и автоматизации (роботизации));

— материалы, запасные части и энергия, необходимые для выполнения требований.

Имеющиеся помещения, оборудование, персонал, материалы и запасные части могут количественно и качественно соответствовать или не соответствовать потоку требований на поддержание и восстановление работоспособности автомобилей и подготовку их к работе. В последнем случае пропускная способность средств обслуживания оказывается недостаточной, образуются очереди в ожидании выполнения требований и производительность самих автомобилей из-за потерь рабочего времени снижается. Для рациональной организации производства необходимо согласование работы персонала, средств обслуживания и потоков требований на обслуживание, основанное на понимании процессов в СМО и умении управлять ими, опираясь на закономерности ТЭА седьмого вида.

Для описания сложных технических систем, в частности СМО, наиболее распространенным является аппарат марковских случайных процессов (названный в честь знаменитого русского математика А.А. Маркова). Их особенность заключается в том, что вероятность любого состояния системы (например, автомобиля, группы автомобилей) в будущем зависит только от ее состояния в настоящее время и не зависит от того, когда и какими путями система пришла в это состояние. Действительно, работоспособность автомобиля в будущем зависит только от его фактического технического состояния, к которому автомобиль может прийти по-разному.

Марковские процессы с дискретным состоянием и непрерывным временем (непрерывные цепи Маркова) характеризуют функционирование систем, у которых переход из одного состояния в другое происходит в случайные моменты времени, а сами состояния дискретны, например изделие работоспособно или отказало.

Если возможные состояния системы S₁, S₂,…,S_nопределены, то это марковский случайный процесс с дискретным состоянием, который выражается в том, что система скачком переходит из одного состояния в другое. S_k→S_{k 1}. Если переходы осуществляются в заранее зафиксированные моменты времени (например, при ТО) t₁, t₂,…,t_k, то это марковский случайный процесс с дискретным временем, а последовательность случайных переходов называется марковской цепью. Марковские процессы хорошо иллюстрируются графом состояния системы, на котором прямоугольниками отмечены сами состояния, а стрелками – направления переходов. Если на графе у стрелок указаны вероятности или плотности вероятности перехода, то он называется размеченным графом состояний (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 – Размеченный граф состояний для марковского процесса

с непрерывным временем

Для марковского процесса с дискретным состоянием и непрерывным временем рассматриваются плотности вероятностей λ переходов системы за время Δt; из состояния S_i, в состояние S_j:

где Р_ij – вероятность того, что за Δt истема перейдет из состояния S_i, в состояние S_j.

При малом Δt Р_ij(Δt)=λ_ijΔt. Если все λ_ijне зависят от t, то процесс называется однородным, а в противоположном случае – неоднородным.

Имея данные по плотностям вероятностей переходов λ_ijможно рассчитать вероятности всех состояний системы в разные моменты времени, т.е. определить вероятность первого состояния Р₁(і), второго Р₂(і), и т.д.

Эти вероятности определяются из системы дифференциальных уравнений А.Н. Колмогорова, составляемых по следующим правилам:

1) в левой части уравнения помещается производная вероятности соответствующего состояния, например dP₁/dt;

2) правая часть содержит столько членов, сколько переходов (стрелок в размеченном графе) связано с данным состоянием;

3) каждый член правой части уравнения равен произведению плотности вероятности перехода на вероятность того состояния, из которого переход осуществляется;

4) знак « » ставится перед членами правой части уравнения при переходе в данное состояние, а знак «-» – при выходе из данного состояния.

Например, для размеченного графа состояний, изображенного на рисунок 5.1, записывается система уравнений:

В уравнении для краткости опущены индексы t, т.е. вместо Р(t)записано Р и т.д.

Так называемые предельные состояния (при t→∞), когда Р_i=соnst, определяются из приведенной системы уравнений, у которых левые части приравниваются нулю, и условия, что Р₁ Р₂ Р₃ Р₄=1. Эти финальные вероятности характеризуют среднее время пребывания системы в соответствующих состояниях S₁, S₂, S₃и S₄, а в общем виде: S₁, S₂,…,S_n.

Одним из распространенных случаев марковского процесса с дискретным состоянием и непрерывным временем являются простейшие процессы, или потоки, обладающие свойствами стационарности, ординарности и отсутствия последствия.

Стационарным является поток, при котором вероятность возникновения событий (например, отказов) в течение определенного промежутка времени (или пробега) зависит только от длины этого промежутка и не зависит от начала отсчета времени. Для стационарного потока за наработку X количество событий (отказов, требований)

Ординарность означает, что вероятность возникновения на элементарном отрезке времени двух или более событий пренебрежима по сравнению с длиной самого участка. Применительно к описанию надежности ординарность означает, что одновременное возникновение двух разных отказов у автомобиля практически мало вероятно.

Отсутствие последствия – это независимость характера потока от числа ранее поступивших отказов и моментов их возникновения. На практике суммирование не менее шести—восьми элементарных потоков приводит к образованию простейшего или близкого к нему потока.

Для простейшего потока отказов вероятность возникновения определенного числа отказов в течение времени определяется законом Пуассона:

где k=0, 1, 2… отказов число отказов, возникающих за время t;

ω — параметр потока

В реальных условиях производства значение t обычно принимают равным 1, например 1 ч, 1 смена, 1 неделя, т.е. t=1, а ω t=Ω₀=а —среднее число отказов, возникающих за время t. В этом случае

Используя последнюю формулу, можно установить вероятность появления определенного числа требований Р_kпри известном значении а.

Рисунок 5.2 – Вероятность возникновения требований по закону Пуассона

в зависимости от их среднего числа а

Например, при а=3 вероятность отсутствия требований

=0,05, или 5 %;

вероятность появления одного требования – 0,15; двух – 0,22; трех – тоже 0,22; четырех – 0,16 и т.д. (рисунок 5.2). Таким образом, загрузка постов и оборудования носит вероятностный характер: в примере у 22 % всех смен будет фактическое число требований, совпадающее со средним, у 42 % (5 15 22) загрузка будет меньше, а в 36 % (100-22-42) случаев – больше средней.

Следовательно, расчет производственных помещений, оборудования, штата рабочих, т.е. пропускной способности предприятия (участка, поста), исходя из средней потребности может привести или к неполной загрузке зон и участков, или к необходимости ожидания момента обслуживания, т.е. к образованию очереди требований. Иными словами, необходима оптимизация систем обслуживания, под которой понимается соответствие функционирования этих систем определенным критериям эффективности. При этом возможны два подхода, которые условно можно назвать внутренними (для предприятия) и внешними (для клиентуры).

При первом подходе, свойственном функционированию ИТС в рамках системы более высокого уровня (например, комплексное АТП), сопоставляются за определенный промежуток времени затраты, связанные с простоем автомобиля в ожидании ремонта или обслуживания С_а и простоем оборудования и ремонтного персонала в ожидании автомобилей С_ор.

По мере роста показателей, влияющих на пропускную способность средств обслуживания Z (число постов, исполнителей, оснащение технологическим оборудованием и инструментом), затраты, связанные с простоем автомобилей в ожидании обслуживания, сокращаются (кривая 1 на рисунке 5.3), а затраты, вызванные простоем средств обслуживания и персонала в ожидании загрузки, возрастают (кривая 2 на рисунке 5.3).

Минимальное значение суммы этих затрат (кривая 3 на рисунке 5.3), являющейся целевой функцией, и будет соответствовать оптимальной структуре обслуживания (например, число постов, исполнителей), при которой минимизируются потери предприятия, связанные с простоем средств обслуживания, ожиданием объектов обслуживания.

При втором подходе, характерном для обслуживания внешней по отношению к предприятию клиентуры, целевая функция направлена на максимизацию прибыли П_Z, получаемой от функционирования системы обслуживания, при разных показателях Z. В этом случае наблюдается несколько зон функционирования системы обслуживания (рисунок 5.4).

Характерным признаком рассматриваемого закона Пуассона является равенство дисперсии среднему значению, поэтому коэффициент вариации потока требований υ=а^-0,5. Это означает, что с увеличением программы вариация ее фактического значения сокращается. Например, при средней программе а=1; υ=1; а=3; υ=0,58; а=5, υ=0,45; а=25, υ=0,2, т.е. распределение становится более симметричным с увеличением программы (см. рисунок 5.2 при а=6), что благоприятно сказывается на организации технологического процесса ТО и ремонта.

Поэтому укрупнение предприятий, централизация и кооперирование ТО и ремонта, приводящие к увеличению программы работы, – это направления совершенствования технической эксплуатации автомобилей.

Еще одним важным свойством простейшего потока является то, что изменение промежутка времени между двумя соседними событиями (требованиями) подчиняется экспоненциальному закону распределения.

Затраты: 1 — от простоев автомобилей; 2 —системы обслуживания в ожидании требований на обслуживание; 3 — суммарные

Рисунок 5.3 – Определение показателей пропускной способности систем обслуживания технико-экономическим методом

А, Е —зоны убытков предприятии: А —в результатс недостаточной пропускной способности средств обслуживания (очередь, потеря клиентуры); Е — в результате недогрузки и простоев средств обслуживания; В, D — зоны устойчивой, но разной, С — максимальной при оптимальных показатслях прибыли

Рисунок 5.4 – Зависимость прибыли от показателей Z системы обслуживания предприятия

Если поток обладает только двумя свойствами (ординарностью и отсутствием последствия), то он называется нестационарным пуассоновским, и тогда в течение смены число событий за интервал (t,t τ) определяется следующим образом:

Стабилизация параметра потока отказов или ее приведение на отдельных участках к стабильному значению (см. рисунок 5.6) позволяет рассматривать потоки как простейшие, или пуассоновские, и применять для характеристики потока уравнение Пуассона.

Если в марковских процессах с непрерывным временем все дискретные состояния располагаются в последовательную цепь с переходами, показанными на рисунок 5.5, то это так называемый процесс гибели и размножения. Очевидно, для первого состояния имеется равновесие λ₁₂P₁=λ₂₁P₂, для второго состояния λ₂₃P₂ λ₂₁P₂=λ₁₂P₁ λ₃₂P₃, но, учитывая равенство для первого состояния, имеем λ₂₃P₂=λ₃₂P₃, т.е. для данного процесса имеет место соотношение λ_k-1,kP_k-1=λ_k,k-1P_k, где k принимает значение от 2 до п.

а – «гибели и размножения»; б – циклического

Рисунок5.5 – Схемы марковских процессов

Используя это соотношение, а также условие Р₁ Р₂ … Р_п=1, определяем предельные вероятности

Например, на крупном АТП имеется компрессорная станция, состоящая из трех одинаковых компрессоров, средняя наработка на отказ каждого из которых составляет . Поток отказов простейший. Среднее время ремонта равно _р. Определить среднюю производительность станции при условии, что производительность трех компрессоров W₁=100 %: двух – W₂=70 % и одного – W₃=35 %.

Поток отказов одного компрессора по условию является простейшим с экспоненциальным распределением наработки между отказами и параметром λ=1/ .

Если работают все три компрессора (состояние S₁), то потоки отказов суммируются и возрастают в три раза, т.е. λ₁₂=3/ (см. рисунок 5.5, а). При работе двух компрессоров (состояние S₂) λ₂₃=2/, одного (состояние S₃) – λ₃₄=1/ . При состоянии S₄ все три компрессора ремонтируются.

В рассматриваемой модели необходимо учитывать не только интенсивность отказов, но и интенсивность восстановления μ, которая при экспоненциальном законе распределения продолжительности восстановления равна величине, обратной средней продолжительности ремонта 1/ _р, т.е. при работе одного компрессора μ₁=λ₁₂=1/ _р, двух – μ₂=λ₃₂=2/ _р, трех – μ₃=λ₄₃=3/ _р. С учетом (5.7) и для =50 ч и _р=4 ч имеем

Средняя производительность компрессорной станции в установившемся режиме Если средняя наработка на отказ будет ниже, например 32 ч, то вероятности соответственно составят: Р₁=0,702; Р₂=0,265; Р₃=0,032; Р₄=0,001, а средняя производительность компрессорной станции сократится до 0,89W₁, или на 4,5 %.

=P₁W₁ P₂W₂ P₃W₃ P₄W₄=0,79W₁ 0,19W₁ 0,015 0,35W₁=0,93W₁.

Если в марковском процессе с непрерывным временем дискретные состояния связаны между собой в одно кольцо и имеют односторонние переходы, то такой процесс называется циклическим. Например, автомобиль последовательно (рисунок 5.5, б) может быть исправным и работать (S₁), ожидать ремонта (S₂), ремонтироваться (S₃), ожидать работы после ремонта (S₄) и снова работать (S₁). Плотность вероятности переходов будет соответственно λ₁₂, λ₂₃, λ₃₄, λ₄₁. Для предельных вероятностей, т.е. dP/dt=0, и при переходе из первого во второе состояние имеем λ₁₂ P₁=λ₂₃ P₂, далее λ₂₃ P₂=λ₃₄ P₃ …×
×λ_k-1,k P_k-1=λ_k,k-1 P_k. При переходе в последнее состояние λ_n-1,n P_n-1=λ_n,n-1 P_n, при переходе из последнего в первое λ_n,1 P_n=λ_1,2 P₁. Решая эту систему уравнений, получим

Т.к. рассматриваемый процесс – пуассоновский, среднее время пребывания системы в состоянии S_i: _i=1/λ_{i,i 1}, откуда

С учетом (5.8) и (5.9)

или в общем виде

Определим предельные вероятности для случая, рассмотренного на рисунке 5.5, б, при условии, что

₁=T_н; ₂=0,3T_н; ₃=0,19T_н; ₄=0,8T_н,

где T_н — среднее время нахождения автомобиля в наряде.

Р₁=1/2,29=0,44; Р₂=0,13; Р₃=0,08; Р₄=0,35. Сумма Р равна единице.

Преимуществом теоретических моделей (типа (5.3)—(5.10) и др.) в отличие от экспериментального подхода, который фиксирует простейшие события и показатели, соответствующие определенному моменту времени и состоянию системы, является возможность предвидеть поведение и состояние системы при изменении действующих на нее факторов.

Система массового обслуживания состоит из следующих элементов (рисунок 5.6).

1 — входящий поток требований ω(t) – совокупность требований к СМО на проведение определенных работ (заправка, мойка, ТО и др.) или оказание услуг (покупка изделий, деталей, материалов и др.). Входящий поток требований может быть постоянным и переменным.

Требования бывают однородные (одинаковые виды работ или услуг) и неоднородные (разные виды работ или услуг).

2 — очередь – требования, ожидающие обслуживания. Очередь оценивается средней длиной r – числом объектов или клиентов, ожидающих обслуживания.

Рисунок 5.6 – Общая схема системы массового обслуживания

3 — обслуживающие аппараты (каналы обслуживания) – совокупность рабочих мест, исполнителей, оборудования, осуществляющих обслуживание требований по определенной технологии.

4 — выходящий поток требований ω’(t) – поток требований, прошедших СМО. В общем случае выходящий поток может состоять из требований обслуженных и необслуженных. Пример необслуженных требований: отсутствие нужной детали для автомобиля, находящегося в ремонте.

5— замыкание (возможное) СМО – состояние системы, при котором входящий поток требований зависит от выходящего.

На автомобильном транспорте после обслуживания требований (ТО, ремонт) автомобиль должен быть технически исправным.

Системы массового обслуживания классифицируются следующим образом.

1 По ограничениям на длину очереди:

— СМО с потерями – требование покидает СМО необслуженным, если в момент его поступления все каналы заняты;

— СМО без потерь – требование занимает очередь, даже если все каналы
заняты;

— СМО с ограничениями по длине очереди m или времени ожидания: если существует ограничение на очередь, то вновь поступившее (m 1)-е требование выбывает из системы необслуженным (например, ограниченная емкость накопительной площадки перед АЗС).

2 По количеству каналов обслуживания п:

— одноканальные: n=1;

— многоканальные n≥2.

3 По типу обслуживающих каналов:

— однотипные (универсальные);

— разнотипные (специализированные).

4 По порядку обслуживания:

— однофазовые – обслуживание производится на одном аппарате (посту);

— многофазовые – требования последовательно проходит несколько аппаратов обслуживания (например, поточные линии ТО; конвейерная сборка автомобиля; линия внешнего ухода: уборка → мойка → обсушка → полировка).

5 По приоритетности обслуживания:

— без приоритета – требования обслуживаются в порядке их поступления на СМО;

— с приоритетом – требования обслуживаются в зависимости от присвоенного им при поступлении ранга приоритетности (например, заправка автомобилей скорой помощи на АЗС; первоочередной ремонт на АТП автомобилей, приносящих наибольшую прибыль на перевозках).

6 По величине входящего потока требований:

— с неограниченным входящим потоком;

— с ограниченным входящим потоком (например, в случае предварительной записи на определенные виды работ и услуг).

7 По структуре СМО:

— замкнутые – входящий поток требований при прочих равных условиях зависит от числа ранее обслуженных требований (комплексное АТП, обслуживающее только свои автомобили (5 на рисунке 5.6));

— открытые – входящий поток требований не зависит от числа ранее обслуженных: АЗС общего пользования, магазин по продаже запасных частей.

8 По взаимосвязи обслуживающих аппаратов:

— с взаимопомощью – пропускная способность аппаратов непостоянна и зависит от занятости других аппаратов: бригадное обслуживание нескольких постов СТО; использование «скользящих» рабочих;

— без взаимопомощи – пропускная способность аппарата не зависит от работы других аппаратов СМО.

Применительно к технической эксплуатации автомобилей находят распространение замкнутые и открытые, одно- и многоканальные СМО, с однотипными или специализированными обслуживающими аппаратами, с одно- или многофазовым обслуживанием, без потерь или с ограничением на длину очереди или на время нахождения в ней.

В качестве показателей эффективности работы СМО используют приведенные ниже параметры.

Интенссивность обслуживания

где t_д — продолжительность (длительность) обслуживания одного требования.

Приведенная плотность потока требований

где ω — параметр потока требований.

Абсолютная пропускная способность показывает количество требований, поступающих в единицу времени, т.е.

где g— относительная пропускная способность.

Относителъная пропускная способность определяет долю обслуженных требований от общего их количества.

Вероятность того, что все посты свободны Р₀, характеризует такое состояние системы, при котором все объекты исправны и не требуют проведения технических воздействий, т.е. требования отсутствуют.

Вероятность отказа в обслуживании Р_отк имеет смысл для СМО с потерями и с ограничением по длине очереди или времени нахождения в ней. Она показывает долю «потерянных» для системы требований.

Вероятность образования очереди Р_очопределяет такое состояние системы, при котором все обслуживающие аппараты заняты, и следующее требование «встает» в очередь с числом ожидающих требований r.

Зависимости для определения названных параметров функционирования СМО определяются ее структурой.

Количество требований, связанных с системой,

где n_зан — среднее количество занятых постов.

Время связи требования с системой:

— СМО с потерями

— СМО без потерь

Издержки от функционирования системы

где С₁ — стоимость простоя автомобиля в очереди;

r — средняя длина очереди;

С₂ —стоимость простоя обслуживающего канала;

n_сн — количество простаивающих (свободных) каналов;

t_ож — среднее время нахождения в очереди.

Из-за случайности входящего потока требований и продолжительности их выполнения всегда имеется какое-то среднее число простаивающих автомобилей. Поэтому требуется так распределить число обслуживающих аппаратов (постов, рабочих мест, исполнителей) по различным подсистемам, чтобы И=min. Этот класс задач имеет дело с дискретным изменением параметров, так как число аппаратов может изменяться только дискретным образом. Поэтому при анализе системы обеспечения работоспособности автомобилей используются методы исследования операций, теории массового обслуживания, линейного, нелинейного и динамического программирования и имитационного моделирования.

Пример. Станция технического обслуживания имеет один пост диагностирования (п=1). Длина очереди ограничена двумя автомобилями (т=2). Определить параметры эффективности работы диагностического поста, если интенсивность потока требований на диагностирование в среднем А=2 треб./ч, продолжительность диагностирования t_д=0,4 ч.

Интенсивность диагностирования μ=1/0,4=2,5.

Приведенная плотность потока ρ=2/2,5=0,8.

Вероятность того, что пост свободен,

P₀=(1-ρ)/(1-ρ^{m 2})=(1-0,8)/(1-0,8⁴)=0,339.

Вероятность образования очереди

P_оч=ρ²Р₀=0,8² 0,339=0,217.

Вероятность отказа в обслуживании

P_отк=ρ^{m 1}(1-ρ)/(1-ρ^{m 2})=0,8³(1-0,8)/(1-0,84)=0,173.

Относительная пропускная способность

g=1-P_отк=1-0,173=0,827.

Абсолютная пропускная способность

А=2 0,827=1,654 треб./ч.

Среднее количество занятых постов или вероятность загрузки поста

n_зан=(ρ-ρ^{m 2})/(1-ρ^{m 2})=(0,8-0,8⁴)/(1-0,8⁴)=0,661=1-P₀.

Среднее количество требовниий, находящихся вочереди,

Среднее время нахождения требования в очереди

t_ож=r/ω=0,564/2=0,282 ч.

Пример. На автотранспортном предприятии имеется один пост диагностирования (п=1). В данном случае длина очереди практически неограниченна. Определить параметры эффективности работы диагностического поста, если стоимость простоя автомобилей в очереди составляет С₁=20 ре (расчетных единиц) в смену, а стоимость простоя постов С₂=15 ре Остальные исходные данные те же, что и для предыдущего примера.

Интенсивность диагностирования и приведенная плотность потока остаются теми же: μ=2,5, ρ=0,8.

Вероятность того, что пост свободен

P₀=1-ρ=1-0,8=0,2.

Вероятность образования очереди

P_оч=ρ²Р₀=0,8² 0,2=0,128.

Относительная пропускная способность g=1, так как все намеченные автомобили пройдут через диагностический пост.

Абсолютная пропускная способность А=ω=2 треб./ч.

Среднее количество занятых постов n_зан=ρ=0,8.

Среднее количество требований, находящихся в очереди,

r=ρ²/(1-ρ)=0,8²/(1-0,8)=3,2.

Среднее время ожидания в очереди

t_ож=ρ²/(1-ρ)/μ=0,8²/(1-0,8)/2,5=1,6.

Издержки от функционирования системы

И=С₁r С₂n_сн (С₁ C₂)ρ=20 3,2 15 0,2 (20 15) 0,8=95,0 ре/смену.

Пример. На том же автотранспортном предприятии число постов диагностирования увеличено до двух (n=2), т.е. создана многоканальная система. Так как для создания второго поста необходимы капиталовложения (площади, оборудование и т.д.), то цена простоя средств обслуживания увеличивается до С’₁=22 ре. Определить параметры эффективности работы системы диагностирования. Остальные исходные данные те же, что для предыдущего примера.

Интенсивность диагностирования и приведенная плотность потока остаются теми же: μ=2,5, ρ=0,8.

Вероятность того, что оба поста свободны,

Р₀=1: =0,294.

Вероятность образования очереди

P_оч=ρⁿР₀ /n!=0,8² 0,294/2=0,094,

т.е. на 37 % ниже, чем в предыдущем примере.

Относительная пропускная способность g=1, так как все автомобили пройдут через диагностические посты.

Абсолютная пропускная способность А=2 треб./ч.

Среднее количество занятых постов n_зан=ρ=0,8.

Среднее количество требований, находящихся в очереди,

r=ρP_оч/(n-ρ)=0,8² 0,094/(2-0,8)=0,063.

Среднее время нахождения в очереди

t_ож=P_оч/(n-ρ)/μ=0,094/(2-0,8)/2,5=0,031.

Издержки от функционирования системы

И=С₁r С₂n_сн (С₁ C₂)ρ=20 0,063 22 1,2 (20 22) 0,8=61,26 ре/смену,

т.е. в 1,55 раза ниже, чем при тех же условиях для одного диагностического поста, главным образом за счет сокращения очереди автомобилей на диагностику и времени ожидания автомобилей более чем в 50 раз. Следовательно, строительство второго диагностического поста в рассматриваемых условиях целесообразно. Используя формулу (5.18) из условия И₁=И₂, можно оценить предельные значения цены простоя средств обслуживания при строительстве и оснащении второго диагностического поста, которая в рассмотренном примере составляет C₂^пр=39 ре.

Показатели эффективности средств обслуживания, с одной стороны, будут зависеть от величины входящего потока требований и его вариации, а с другой – от пропускной способности и производительности средств обслуживания.

На величину входящего потока требований оказывают влияние следующие факторы: принятые методы обеспечения работоспособности автомобиля; характеристики надежности подвижного состава; распределение работ между отдельными предприятиями в условиях специализации, централизации и кооперации; качество капитально отремонтированных автомобилей и запасных частей; возрастная структура и разномарочность парка; условия эксплуатации, время года и др.

В зависимости от принятой системы ТО и ремонта, а также от организационной структуры ИТС и кооперации с другими предприятиями входящий поток требований может рассматриваться как общий или состоящий из отдельных потоков на специализированные производства (цехи, участки, предприятия). При дроблении потока величина отдельных его частей будет уменьшаться. Это приводит к большему отклонению фактических значений от средней величины (см. рисунок 5.2).

Продолжительность технического воздействия для конкретного требования является случайной величиной, так как она зависит от большого числа факторов. Ее расчетное значение может быть определено из выражения

где t — трудоемкость технического воздействия, чел.-ч;

К_м — коэффициент, учитывающий изменение трудоемкости в зависимости от уровня механизации работ;

К_д — коэффициент, учитывающий изменение трудоемкости при использовании диагностирования, зависит от уровня внедрения в технологический процесс ТО и ремонта диагностики и достоверности информации о техническом состоянии автомобили;

К_пр — коэффициент, учитывающий потери рабочего времени по организационным причинам, зависит от организации и управления производством работ по ТО и ремонту, обеспеченности объектами труда, запасными частями, оборудованием, персоналом, а также принятой формы хозяйственной деятельности, системы заработной платы и материального стимулирования;

Т_см — продолжительность смены, ч;

С — число смен;

Р_п — среднее число одновременно работающих на посту, чел.;

К_кв — коэффициент, учитывающий влияние на производительность труда ремонтных рабочих их квалификации (разряда) и степени сложности выполняемых работ.

Трудоемкость технических воздействий I зависит от типа, марки, модификации подвижного состава, пробега с начала эксплуатации, квалификации водителей, условий эксплуатации, принятой системы ТО и ремонта, организации и управления инженерно-технической службой предприятий, состояния производственно-технической базы, технологии выполнения и механизации работ.

Факторы, влияющие на пропускную способность средств обслуживания, можно разделить на экстенсивные и интенсивные. К экстенсивным факторам можно отнести: состояние и развитие ПТБ, повышение фондовооруженности при неизменных технических, технологических и организационных решениях; рост численности работающих без изменения их квалификации и качественного состава; обеспеченность запасными частями, материалами и др.

К интенсивным факторам относятся: укрупнение программы, оперативное управление системой обслуживания; применение новых информационных технологий; использование рациональных технологий технических воздействий; изменение структуры предприятий с учетом специализации, кооперации и концентрации производства; сокращение потерь рабочего времени за счет совершенствования управления; повышение квалификации исполнителей; механизация процессов ТО и ТР, резервирование производственных мощностей; использование хозяйственных отношений между службами эксплуатации и инженерно-технической, новых систем оплаты труда и материального стимулирования.

При внедрении коллективных форм труда отдельные рабочие заинтересованы в результатах труда бригады в целом. При этом широко используется взаимопомощь между различными каналами обслуживания.

Под механизацией понимают частичную или полную замену мускульного труда человека машинным с сохранением непосредственного участия исполнителя в управлении процессом и контроле над его выполнением.

Под автоматизацией понимают частичное или полное освобождение человека не только от ручного труда, но и от участия в оперативном управлении технологическим процессом, которое в этом случае осуществляется по специально разработанной программе. В обязанности персонала входит настройка оборудования, включая контроль.

Таблица 5.1 – Влияние уровня механизации на показатели эффективности ТО и ТР в грузовых ДТП, %

Механизация и автоматизация являются важнейшими направлениями научно-технического прогресса при ТЭА, влияют на продолжительность выполнения операций ТО или ремонта (см. формулу (5.19)), т.е. на производительность персонала и средств обслуживания, качество самого обслуживания и ремонта, расход материалов и запасных частей (таблица 5.1) и другие показатели эффективности ТЭА.

Таблица 5.2 – Оценка механизации производственных процессов обеспечения работоспособности автомобилей в грузовом АТП

Уровень механизации У_м, %, производственных процессов определяет долю механизированного труда в общих трудозатратах и рассчитывается по формуле

где t_m — трудоемкость механизированных операций процесса из применяемой технологической документации, чел.-мин;

t₀— общая трудоемкость всех операций процесса из применяемой технологической документации, чел.-мин.

Базой для определения этого показателя является совместный анализ операций и оборудования, применяемого при выполнении этих операций.

В таблице 5.2 приведены данные оценки показателей механизации удовлетворительно оснащенного комплексного грузового АТП на 200—250 грузовых автомобилей большой грузоподъемности, которые свидетельствуют о значительных резервах повышения уровня механизации, реальные значения которого составляют 22 % (ТР)—35 % (ТО), а оптимальные – 40—45 %.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА АВТОМОБИЛЕЙ

Из-за недостаточной надежности автомобилей различного типа, конструкции и наработки с начала эксплуатации за срок службы может возникнуть поток отказов и неисправностей из 500—700 наименований. Для поддержания высокого уровня работоспособности, дорожной и экологической безопасности необходимо, чтобы большая часть отказов и неисправностей была предупреждена, т.е. работоспособность изделия была восстановлена до наступления неисправности или отказа.

Поэтому поток отказов и неисправностей делится на две группы по применяемым стратегиям обеспечения работоспособности элементов конструкции. I стратегия – поддержание работоспособности – ТО: k=200—300 объектов; II стратегия – восстановление работоспособности – ремонт: k=300—400 объектов.

Используя рассмотренные методы (см. гл. 4), определяют оптимальные периодичности профилактических операций l_0s. При этом практически каждая операция имеет свою, отличающуюся от других, оптимальную периодичность: l₀₁≠l₀₂≠l₀₃≠…≠l_0s.

Выполнение набора профилактических операций обеспечивается соответствующей организацией работ:

— планирование направления автомобиля на ТО;

— своевременное выделение постов, оборудования и персонала;

— подготовка необходимых материалов и запасных частей;

— рациональное использование водителей во время ТО или ремонта и др.

Если автомобиль направлять на ТО строго в соответствии с оптимальной периодичностью каждой операции ТО(l_0s), то резко возрастет число обслуживаний автомобиля.

В течение года число обслуживаний

где L_г — годовой пробег автомобиля;

L_оs— оптимальная периодичность ТО.

Например, при s=100 операций, изменении l_0s отдельных операций от 2 до 40 тыс. км и годовом пробеге автомобиля L_г=50 тыс. км число обслуживаний одного автомобиля за год =298. В результате время работы автомобиля на линии сокращается, и существенно возрастают организационные затраты по планированию ТО.

Таким образом, при пооперационном выполнении ТО обеспечивается высокая эксплуатационная надежность автомобилей, но их производительность сокращается, а затраты на организацию ТО растут. Для устранения недостатков пооперационного проведения ТО поток требований на ТО упорядочивается системой ТО и ремонта.

Система ТО и Р регулируется комплексом взаимосвязанных положений и норм, определяющих порядок, организацию, содержание и нормативы проведения работ по обеспечению работоспособности парка автомобилей.

К системе ТО и ремонта автомобилей предъявляются следующие основные требования:

1) обеспечение заданных уровней эксплуатационной надежности автомобильного парка при рациональных материальных и трудовых затратах;

2) ресурсосберегающая и природоохранная направленность, обеспечение дорожной безопасности;

3) плановонормативный характер, позволяющий:

— определять и рассчитывать программу работы и ресурсы, необходимые для обеспечения работоспособности автомобилей;

— планировать и организовывать ТО и ремонт на всех уровнях ИТС;

— нормативно обеспечивать хозяйственные отношения внутри предприятий и между ними;

4) конкретность, доступность и пригодность для руководства и принятия решений всеми звеньями ИТС автомобильного транспорта;

5) стабильность основных принципов и гибкость конкретных нормативов, учитывающие изменение условий эксплуатации, конструкции и надежности автомобилей, а также хозяйственного механизма;

6) учет разнообразия условий эксплуатации автомобилей;

7) объективная оценка и фиксация с помощью нормативов уровней эксплуатационной надежности и реализуемых показателей качества автомобилей, позволяющие сравнивать изделия, предъявлять требования к изготовителям и определять основные направления совершенствования ТЭА и конструкции автомобилей.

Вклад системы ТО и ремонта в эффективность технической эксплуатации автомобилей составляет 25 %. К главным факторам самой системы ТО и ремонта (100 %) относятся:

— степень выполнения рекомендаций и нормативов – 29 %;

— обоснованность нормативов – 26 %;

— технология и организация ТО и ремонта – 17 %;

— обеспечение рабочих мест и исполнителей рациональной нормативно-технологической документацией – 11 %;

— адаптация ИТС к изменению конструкции автомобилей, условиям эксплуатации – 9 %;

— прочие – 8 %.

Рисунок 6.1 – Принципиальная схема разработки и совершенствования системы ТО и ремонта автомобилей

Разработка системы ТО и ремонта автомобилей является сложной и трудоемкой научно-практической задачей, для решения которой используются закономерности ТЭА восьмого вида. Эта работа включает ряд этапов и является результатом теоретических и экспериментальных исследований, критического обобщения уже имеющегося отечественного и зарубежного опыта, учета традиций, прогноза развития конструкции и надежности автомобилей в сочетании с решениями эвристического характера.

На основе анализа конструктивных особенностей и условий работы автомобилей (рисунок 6.1, блок 1) и совокупности возникающих отказов и неисправностей (блок 2) разрабатываются классификации, соответственно, объектов воздействия (блок 1.1) и видов воздействия (блок 1.2).

Основная цель этих этапов состоит в том, чтобы, во-первых, определить особенности конструкции автомобилей новых моделей, их отличие от предшественников, которые могут оказать принципиальное влияние на систему, организацию и нормативы ТО и ремонта; во-вторых, дать классификацию отказов и неисправностей, сравнить их характер с имеющимися данными (фоном) для ранее изученных автомобилей (именно поэтому важно иметь соответствующий банк данных по надежности); в-третьих, выбрать типичные объекты и виды воздействий, которые могут внести существенные изменения в систему или ее нормативы.

Затем (блок 3)проводится анализ и при необходимости корректирование целей системы ТО и Р, которые диктуются в соответствии с программно-целевым методом системами более высокого уровня (ТЭА, автомобильный транспорт, социально-экономическая система). Например, необходимость акцентирования внимания на дорожной или экологической безопасности, ресурсосбережение и применение альтернативных видов топлива и энергии, надежность транспортного процесса и т.д.

В зависимости от изменения конструкции автомобилей, условий эксплуатации, характера и потока отказов и неисправностей, а также целей системы и имеющихся ограничений принимается решение (блок 4)об уровне разработки или корректирования системы ТО и Р. При отсутствии таких изменений структура и нормативы системы сохраняются (блок 6). Если эти изменения существенны, но непринципиальны, принимается решение о сохранении структуры системы ТО и Р и изменении ее нормативов (блок 5). Необходимость в изменении нормативов обычно возникает при текущей модернизации автомобилей, повышении их эксплуатационной надежности, использовании новых конструктивных решений, а также при совершенствовании самой ТЭА или изменении условий эксплуатации. Наконец, в случае существенного изменения конструкции, условий эксплуатации, целевых установок системы, внешних ограничений, а также выявления в результате проведения НИР в области надежности и ТЭА принципиально новых решений по обеспечению работоспособности возможно изменение не только нормативов, но и структуры системы ТО и Р автомобилей (блок 7). После выбора типичных объектов и видов воздействий (блок 7.2) и определения целей и показателей эффективности системы (блок 7.1) с использованием рассмотренных в гл. 4 методов проводится разделение всей совокупности отказов и неисправностей на профилактируемые (ТО) – стратегия I – и непрофилактируемые (Р) – стратегия II. Затем по каждой профилактируемой операции (или по группе) определяют тактики выполнения ТО (по наработке I-1 или по состоянию I-2), а также оптимальные периодичности (блок 7.4). Далее определяются структура системы, виды ТО и ремонта, соответствующие нормативы для них (блоки 7.5, 7.6)и формируется система ТО и ремонта в целом (блок 8).

Полномасштабная разработка системы ТО и ремонта непосильна отдельным, даже крупным, автотранспортным предприятиям и компаниям. Поэтому на практике используется следующая схема.

1 Принципиальные основы системы, техническая политика, структура системы и базовые нормативы централизованно разрабатываются на том или ином уровне, например на государственном или отраслевом уровне (в России), на уровне крупных транспортных объединений и компаний (СІІІА, Германия и др.), на уровне производителей (фирменные системы).

2 Эти рекомендации являются весьма авторитетными и, как правило, в основном выполняются в соответствии с законодательством или добровольно большинством автотранспортных предприятий и фирм.

3 В зависимости от условий эксплуатации, уровня организации (методы управления, квалификация персонала, учет) предприятия вносят в нормативы системы коррективы и уточнения.

В России имеется богатый опыт и традиции разработки и применения системы ТО и ремонта автомобилей. Принципиальные основы системы и организации ТО и ремонта и ряд необходимых для этого нормативов более 60 лет регламентировались в нашей стране государственными документами.

Основой системы являются ее структура и нормативы. Структура системы определяется видами (ступенями) соответствующих воздействий и их числом. Нормативы включают конкретные значения периодичности воздействий, трудоемкости, перечни операций и др.

Перечень выполняемых операций, их периодичность и трудоемкость составляют режимы технического обслуживания.

На структуру системы ТО и ремонта влияют уровни надежности и качества автомобилей; цели, которые поставлены перед автомобильным транспортом и ТЭА; условия эксплуатации; имеющиеся ресурсы; организационно-технические ограничения. Укрупненная блок-схема формирования структуры системы ТО и ремонта приведена на рисунке 6.2.

Отдельные элементы структуры системы ТО и ремонта эксплуатируемого в настоящее время автомобильного транспорта влияют на затраты по обеспечению работоспособности (без организационно-планировочных затрат) следующим образом: обоснованность перечня профилактических операций и их периодичностей – 80—87 %; число ступеней (видов) ТО и кратность их периодичностей – 13—20 %. Таким образом, главными факторами, определяющими эффективность системы ТО и ремонта, являются правильно определенные перечни (что делать) и периодичность (когда делать) профилактических операций, затем количество видов ТО и их кратность (как организовать выполнение совокупности профилактических операций).

Сложность при определении структуры системы ТО состоит в том, что ТО включает в себя 8—10 видов работ (смазочные, крепежные, регулировочные, диагностические и др.) и более 200—300 конкретных объектов обслуживания, т.е. агрегатов, механизмов, соединений, деталей, требующих предупредительных воздействий. Каждый узел, механизм, соединение, как отмечалось ранее, может иметь свою оптимальную периодичность ТО. Если следовать этим периодичностям, то автомобиль в целом практически ежедневно необходимо направлять на техническое обслуживание различных соединений, механизмов, агрегатов, что вызовет большие сложности с организацией работ и значительные потери рабочего времени, особенно на подготовительно-заключительных операциях. При этом объектом воздействий будет не автомобиль как транспортное средство, а его составные элементы.

1 — работающий парк автомобилей; 2 — поток отказов, образующихся при работе автомобилей (500—700 наименований); 3 — разделение потока по видам стратегий обеспечения работоспособности; 4 — стратегия II – восстановление работоспособности – ремонт (k=300—400); 5 — I – поддержание работоспособности – техническое обслуживание ; 6 — разделение ТО по тактике поддержания работоспособности; 7 — тактика I-1 – профилактика по наработке, 8 — I-2 – по техническому состоянию; 9 — поток профилактических операций со своими оптимальными периодичностими l_s; 10 — группировка операций ТО (виды обслуживания); 11 — группровка операций по видам ремонта; 12 — система ТО и Р: виды ТО и Р (текущий и капитальный ремонт агрегатов и автомобилей), нормативы, организация и технология

Рисунок 6.2 – Схема формирования структуры системы ТО и ремонта автомобилей

Поэтому после выделения из всей совокупности воздействий тех, которые должны выполняться при ТО, и определения оптимальной периодичности каждой операции (см. раздел 4) производят группировку операций по видам ТО. Это дает возможность уменьшить число заездов автомобиля на ТО и время простоев на ТО и в ремонте. Однако надо иметь в виду, что группировка операций неизбежно связана с отклонением периодичности ТО данного вида от оптимальных периодичностей ТО отдельных операций.

При определении периодичности ТО группы операций («групповой периодичности») применяют следующие методы.

l — периодичность; стрелками показано совмещение выполнения соответствующей операции со стержневой

Рисунок 6.3 – Группировка по стержневым операциям

Метод группировки по стержневым операциям ТО основан на том, что выполнение операций ТО приурочивается к оптимальной периодичности l_ст так называемых стержневых операций, которые обладают следующими признаками:

а) влияют на экологическую и дорожную безопасность автомобиля;

б) влияют на работоспособность, безотказность, экономичность автомобиля;

в) характеризуются большой трудоемкостью, требуют специальных оборудования и конструкции постов;

г) регулярно повторяются.

Примерами подобных стержневых операций или групп операций являются: проверка и регулирование тормозной системы (все признаки); проверка токсичности отработавших газов и соответствующая регулировка систем двигателя (все признаки); смена масла в картере двигателя (признаки в, г). Таким образом, по этому методу периодичность ТО стержневой операции l_ст принимается за периодичность вида ТО или группы операций, например (l_то)₁=l_ст (рисунок 6.3).

Из рисунка 6.3 следует, что анализируемые по данному методу профилактические операции могут быть сведены в три группы:

I: l_0i<(l_ст-1) выполняются ежедневно (ЕО) или по потребности (при ТР), т.е. исключаются из состава профилактических.

II: (l_ст-1)≤l_0i<(l_ст-2) операции 3, 4, 5 выполняются одновременно с первой стержневой с периодичностью операции l_ст-1.

III: l_0i≥(l_ст-2) выполняются одновременно со второй стержневой операцией или выводятся из состава профилактических (переводятся в текущий или предупредительный ремонт).

Операции, оптимальная периодичность которых l_0i больше периодичности стержневой операции, выполняются с коэффициентом повторяемости

Такие операции, как отмечалось, состоят из двух частей – контрольной (диагностической) и исполнительской. Причем контрольная часть производится каждый раз при направлении автомобиля на данный вид обслуживания, а исполнительская – по потребности в зависимости от его фактического технического состояния. В действующей системе ТО более 65—70 % всех операций выполняются с коэффициентом повторяемости, зависящим от результатов контроля в пределах установленной периодичности.

При технико-экономическом методе определяют такую групповую периодичность l_0r, которая соответствует минимальным суммарным затратам С_ΣΣ на ТО и ремонт автомобиля по всем рассматриваемым объектам (рисунок 6.4):

т.е. оптимальная периодичность l=l_0r при С_ΣΣ=С_min, где С_Is, С_IIs — удельные затраты на ТО и ремонт i-го объекта; s —число операций в группе (виде ТО). На рисунке 6.4 Δ_s – это увеличение удельных затрат s-операции при ее выполнении в результате группировки, с групповой l_0r, а не со свойственной ей оптимальной периодичностью l_0s.

Если в группу входит операция, периодичность которой ограничена в рассматриваемых пределах условиями безопасности, экологии или техническими критериями, то выбранная групповая периодичность должна удовлетворять требованиям l_0г≤l_0i, где i — номер операции с периодичностью, ограниченной требованиями безопасности движения или другими техническими критериями (например, прекращение функционирования механизма при l_0г>l_0i).

Используя экономико-вероятностный метод, можно определить целесообразность выполнения данной операции не с оптимальной для нее, а с заданной периодичностью стержневой операции. Воспользовавшись картой профилактической операции (рисунок 6.9), определяют зону наработок, в которой удельные затраты при предупредительной стратегии остаются ниже, чем при устранении возникшего отказа. Если в этой зоне находится периодичность стержневой операции, то изменение периодичности для данной операции допустимо.

На рисунке 6.5 приведены графики, позволяющие определить предельно допустимое значение коэффициента относительных затрат на ТО и ремонт k_пд, превышение которого при изменении периодичности нецелесообразно по экономическому критерию.

Рисунок 6.5 – Оценка рациональности профилактических воздействий при заданной периодичности

Например, объект имеет показатели: k_п=d/с=0,4, =15,5 тыс. км, υ_х – 0,4 и оптимальную периодичность l_о=12 тыс. км. Определим целесообразность выполнения этой операции не с оптимальной для нее периодичностью l_о=12 тыс. км, а с периодичностью l_то=5,5 тыс. км. При выполнении операции с заданной периодичностью коэффициент периодичности β=l_то/ =5,5/15,5=0,31. Для этого значения β и коэффициента вариации υ_х=0,4 предельное значение коэффициента k_пд=0,27 при фактическом значении k_п=0,4. Так как k_п>k_пд, то по экономическому критерию проведение данной операции по профилактической стратегии с периодичностью 5,5 тыс. км нерационально. Нижняя граница периодичности ТО, при которой данную операцию еще целесообразно проводить профилактически, составляет l_то=β =0,5·15,5=7,8 тыс. км. Таким образом определяется интервал периодичностей, внутри которого выполнение конкретной операции с групповой периодичностью по предупредительной стратегии целесообразно. Для рассматриваемого примера этот интервал составляет 7,8—12 тыс. км.

Если ряд объектов обслуживания имеет весьма близкие рациональные периодичности, то используется метод естественной группировки. Например, при обслуживании несамоконтрящихся крепежных соединений современных грузовых автомобилей обнаруживаются два пика необходимости возобновления их затяжки в интервалах 4—7 и 15—20 тыс. км. Достаточно близкую периодичность регулирования имеют тормозные и клапанные механизмы, углы установки колес. Возможны и другие методы группировки, например использование линейного программирования, статистических испытаний.

Таким образом, применяя соответствующие методы ТО, производят группировку операций по видам ТО. Ранее отмечалось, что увеличение числа ступеней (видов ТО) теоретически благоприятно сказывается на надежности и суммарных затратах на обеспечение работоспособности отдельных объектов, но одновременно увеличиваются затраты, связанные с организацией производственного процесса (подготовительно-заключительное время, планирование постановки на ТО и др.) ТО и ремонта автомобиля.

Таблица 6.1 – Удельные затраты при различных стратегиях обеспечения работоспособности автомобилей

В таблице 6.1 приведены данные по изменению суммарных удельных затрат на ТО и ремонт группы операций в системах с различным числом видов ТО и организационными затратами. При учете организационных затрат (планирование, организация производства и др.) существует минимум суммарных затрат, соответствующий (без ежедневного обслуживания) двум—трем видам ТО. Характерно, что рост организационных затрат не только увеличивает общие затраты, но сдвигает, как и следовало ожидать, оптимум в область более простых структур системы ТО и ремонта.

Эти данные позволяют сделать следующие практические выводы.

1 Предупреждение отказов (профилактическая стратегия I), как правило, более выгодно, чем ожидание отказа и последующий ремонт (стратегия II).

2 Для современного автомобиля наиболее целесообразна система с двумя—тремя видами ТО, так как при такой структуре системы удельные затраты на ТО и ремонт с учетом организационных минимальны.

Это подтверждается многолетним опытом автомобильного транспорта России и других стран. В России наиболее распространенной в настоящее время является трехступенчатая система ТО: ЕО, ТО-1 и ТО-2 (с которым может совмещаться СО — сезонное обслуживание). В США, по данным обследования лучших по организации инженерно-технической службы предприятий, трехступенчатую систему (А, В, С) применяли 60 % грузовых и 50 % автобусных предприятий, двухступенчатую – 20 и 23 %, четырехступенчатую – 15 и 18 %, многоступенчатую – 5 и 9 % АТП.

3 Для предприятий с недостаточно организованным ТО (невыполнение перечня, несоблюдение периодичностей) в качестве первого этапа исправления ситуации может быть рекомендована одноступенчатая система ТО (единое ТО) с последующим переходом к двум и трем ступеням.

4 Сокращение организационно-управленческих затрат на реализацию системы (применение ПЭВМ при учете и планировании, подготовке производства и др.) позволяет по экономическим критериям увеличить число видов ТО автомобиля, т.е. приблизиться к оптимальным периодичностям ТО отдельных операций.

5 В перспективе сначала для грузовых автомобилей большой грузоподъемности и автобусов большой вместимости, а затем и для большинства коммерческих автомобилей возможна реализация индивидуальной системы и нормативов ТО и ремонта для конкретных автомобилей или их групп, работающих в сходных условиях эксплуатации.

Основой такого индивидуального варианта системы будет служить:

— повышение надежности автомобилей и соответствующее увеличение периодичностей ТО;

— контроль над возрастной структурой парка;

— совершенствование системы помашинного учета и анализа надежности, затрат, доходов и расходов;

— бортовая система учета работы и диагностики технического состояния автомобиля.

Содержание и уровни регламентации системы ТО и ремонта

Техническая документация, излагающая принципы функционирования системы ТО и ремонта, обычно содержит в той или иной комбинации следующие материалы и рекомендации:

— принимаемые принципы (стратегия, тактика) обеспечение работоспособности технического состояния;

— основные понятия и определения;

— виды и назначение ТО и ремонта;

— нормативы периодичности трудоемкости, ресурсов автомобилей и агрегатов, простоев на ТО и в ТР;

— типовые обобщенные перечни операций ТО, которые затем привязываются к конкретным моделям автомобилей и их модификациям;

— методы учета условий эксплуатации и корректирования нормативов,

— основные положения по организации ТО и ремонта автомобилей.

Задачей ежедневного обслуживания является: общий контроль, направленный на обеспечение безопасности движения; поддержание надлежащего внешнего вида автомобиля; заправка его топливом, маслом и охлаждающей жидкостью, а для некоторых видов подвижного состава – санитарная обработка кузова. ЕО выполняется после работы подвижного состава и перед выездом на линию.

Задачей ТО-1 и ТО-2 является снижение интенсивности изменения параметров технического состояния механизмов и агрегатов автомобиля, выявление и предупреждение неисправностей и отказов, обеспечение экономичности работы, безопасности движения, защиты окружающей среды путем своевременного выполнения контрольных, смазочных, крепежных, регулировочных и других работ. Диагностические работы (процесс диагностирования) являются технологическим элементом ТО и ремонта автомобиля (контрольных операций) и дают информацию о его техническом состоянии при выполнении соответствующих работ. В зависимости от назначения, периодичности, перечня и места выполнения диагностические работы подразделяются на два вида: общее (Д-1) и поэлементное углубленное (Д-2) диагностирование.

ТО должно обеспечивать безотказную работу агрегатов, узлов и систем автомобиля в пределах установленных периодичностей по тем воздействиям, которые включены в перечень операций.

Задачей сезонного обслуживания, проводимого два раза в год, является подготовка подвижного состава к эксплуатации при изменении сезона (времени года). В качестве отдельно планируемого вида технического обслуживания СО проводится для подвижного состава, эксплуатируемого в очень холодном, холодном, жарком и сухом и очень жарком сухом климатических районах.

Нормативы трудоемкости СО составляют от трудоемкости ТО-2: 50 % для очень холодного и очень жаркого и сухого климатических районов; 30 % для холодного и жаркого сухого районов; 20 % для прочих районов. В остальных условиях СО совмещается с очередными ТО-2 с увеличением трудоемкости на 20 %.

Таблица 6.2 – Рекомендуемые периодичности технического обслуживания, тыс. км

В действующей системе ТО и ремонта для технического обслуживания рекомендуется устанавливать расчетные периодичность (таблица 6.2), трудоемкость и простои (таблица 6.3).

Техническое обслуживание выполняется на самих автотранспортных предприятиях (комплексное АТП) или на специализированных автосервисных и ремонтных предприятиях: станциях технического обслуживания, ремонтных мастерских, базах централизованного технического обслуживания.

Ремонт в соответствии с характером и назначением работ подразделяется на капитальный и текущий.

Капитальный ремонт предназначен для регламентированного восстановления потерявших работоспособность автомобилей и агрегатов, обеспечения их ресурса до следующего капитального ремонта или списания не менее 80 % от норм для новых автомобилей и агрегатов.

Капитальный ремонт агрегата предусматривает его полную разборку, дефектацию, восстановление или замену деталей с последующей сборкой, регулировкой и испытанием. Агрегат направляется в капитальный ремонт в случаях, когда базовая и основные детали нуждаются в ремонте, требующем полной разборки агрегата, а также когда работоспособность агрегата не может быть восстановлена путем проведения текущего ремонта.

Основные детали обеспечивают выполнение функциональных свойств агрегатов и определяют их эксплуатационную надежность. Поэтому восстановление основных деталей при капитальном ремонте должно обеспечивать уровень качества, близкий или равный качеству новых изделий.

К базовым или корпусным деталям относятся детали, составляющие основу агрегата и обеспечивающие правильное размещение, взаимное расположение и функционирование всех остальных деталей и агрегата в целом. Работоспособность и ремонтопригодность базовых деталей, как правило, определяют полный срок службы агрегата и условия его списания.

При капитальном ремонте должно обеспечиваться также восстановление до уровня новых изделий или близкого к нему: зазоров и натягов, взаимного расположения деталей (осей, плоскостей и т.п.), микро- и макрогеометрии рабочих поверхностей, структуры и твердости металла, форм и внешнего вида составных частей изделия. Капитальный ремонт производится преимущественно на специализированных авторемонтных предприятиях, обслуживающих АТП и других владельцев автотранспортных средств. Направление подвижного состава и агрегатов на капитальный ремонт производится на основании результатов анализа их технического состояния с применением средств диагностики и учетом пробега, а также затрат на ТО и ремонт.

Для капитального ремонта регламентируются ресурс агрегата и автомобиля до первого и последующих капитальных ремонтов и продолжительность ремонта (в днях).

Текущий ремонт предназначен для устранения возникших отказов и неисправностей, а также для обеспечения нормативов ресурсов автомобилей и агрегатов до капитального ремонта. Характерными работами ТР являются: разборочные, сборочные, слесарные, сварочные, дефектовочные, окрасочные, замена деталей и агрегатов. При ТР агрегата допускается замена деталей, достигших предельного состояния, кроме базовых. У автомобиля при ТР могут заменяться отдельные детали, механизмы, агрегаты, требующие текущего или капитального ремонта.

Таблица 6.3 – Примерные трудоемкости технического обслуживания и текущего ремонта*

ТР должен обеспечить безотказную работу отремонтированных агрегатов и узлов на пробеге не меньшем, чем до очередного ТО-2. Для ТР могут регламентироваться удельная трудоемкость, т.е. трудоемкость, отнесенная к пробегу автомобиля (чел.-ч/1000 км), а также суммарные удельные простои в ТР и на ТО (смен/1000 км). Кроме того, специальными нормативами на хозяйственном уровне могут регламентироваться затраты на ТО (на вид или удельные, руб./1000 км) с поэлементной разбивкой, например на оплату труда рабочих, на запасные части и материалы.

Текущий ремонт может выполняться на АТП и специализированных сервисных и ремонтных предприятиях.

Из документов, регламентирующих систему и нормативы ТО и ремонта, наиболее известны для автомобильного транспорта Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта, утвержденное на отраслевом уровне (Министерство автомобильного транспорта РСФСР), отраслевые нормативы технологического проектирования автотранспортных предприятий, заводские инструкции по эксплуатации и сервисные книжки для индивидуальных автомобилей.

Аналогичная документация применяется и на других видах транспорта. Например, на воздушном транспорте действует система регламентов технического обслуживания и ремонта воздушных судов, утверждаемая производителями и эксплуатационниками. Подробные правила технической эксплуатации, регламентирующие систему и нормативы технической эксплуатации, действуют на водном, морском и железнодорожном транспорте.

Большинство из 370 тыс. субъектов, осуществляющих коммерческую деятельность на автомобильном транспорте (60 % – предприятия, 40 % – физические лица), являются негосударственными собственниками и малыми предприятиями, которые владеют 77 % автомобильного парка России, в том числе 73 % грузового, 98 % легкового и 55 % автобусного.

Поэтому автомобильный транспорт, особенно вновь организованные, как правило, малые автотранспортные предприятия разных форм собственности, оказались в сложных условиях.

Владельцы всех транспортных средств обязаны обеспечить техническое состояние автомобилей в соответствии с государственными требованиями безопасности движения и экологической безопасности (Закон о безопасности дорожного движения, Устав автомобильного транспорта, Положение о лицензировании перевозочной, транспортноэкспедиционной и другой деятельности, связанной с осуществлением транспортного процесса, ремонтом и техническим обслуживанием транспортных средств на автомобильном транспорте в Российской Федерации). Однако этому препятствуют следующие обстоятельства.

Во-первых, автомобильный транспорт как отрасль во многом утратил механизмы влияния на качество и номенклатуру производимых автомобилей и материалов.

Во-вторых, большинство малых предприятий негосударственной собственности не имеет условий (базы оборудования, персонала) для поддержания работоспособности и требуемого технического состояния автомобилей.

В-третьих, эти предприятия как самостоятельные хозяйственные субъекты не имеют четко узаконенных обязательств применять на своем (или другом) предприятии систему ТО и ремонта, выполнять такой минимальный объем ТО и ремонта, который может обеспечить необходимую работоспособность, экологическую и дорожную безопасность. Неконтролируемые условия и требования проведения ТО и ремонта фактически закреплены в Положении о лицензировании, в которых для получения лицензии «С» на проведение ТО и ремонта, наряду с другими данными (заявление, копия государственной регистрации и т.д.), требуются:

— данные о количестве постов для технического обслуживания и ремонта;

— данные о других основных фондах, обеспечивающих выполнение указанной в заявлении деятельности;

— копия документа, подтверждающего профессиональную пригодность руководителя предприятия, организации, учреждения, предпринимателя или лиц, уполномоченных ими для руководства лицензируемой деятельностью (диплома об окончании специального учебного заведения или документа, подтверждающего стаж работы по специальности не менее 5 лет).

Очевидно, этих данных, не связанных с программой работ, недостаточно, чтобы судить о возможности заявителя качественно выполнить определенный объем работ по ТО или ТР.

Создавшийся правовой, организационный и технологический вакуум привел к нерегулируемой и неконтролируемой эксплуатации автомобилей большинством малых предприятий и владельцев автомобилей. В результате в конце 90-х годов произошло существенное ухудшение технического состояния автомобильного парка, увеличилось число ДТП, вызванных неисправностью автомобилей, загрязнение окружающей среды. По данным НИИАТ, в ходе проведения в ряде регионов инструментальной проверки было выявлено, чтосвыше 30 % автомобилей из более 105 тыс. проверенных имели неисправности и отказы, при которых их эксплуатация запрещена. Основные отказы и неисправности (всего 100 %): тормозная система – 29 %; рулевое управление – 20 %; система освещения и сигнализации – 19 %. Выявление причин ДТП на месте происшествия технически и методически подготовленными специалистами показало, что около 15 % из них связано с неудовлетворительным техническим состоянием автомобилей (официальная статистика– 1,5—3 %).

Проверка технического состояния автомобилей в Москве показала, что не соответствует экологическим требованиям 15—17 % автомобилей больших и средних и более 40 % малых автотранспортных предприятий.

Для улучшения создавшегося положения в течение переходного периода необходимо:

— восстановление роли автомобильного транспорта в качестве отрасли при оценке действительных показателей качества и надежности автомобилей и допуске их к эксплуатации; до появления на внутреннем автомобильном рынке конкурентной среды эта роль может быть делегирована Министерству транспорта РФ;

— добровольная регламентация системы технического обслуживания и ремонта, основные положения и нормативы которой рекомендуется зафиксировать и применять, как минимум, на хозяйственном уровне (приказ, распоряжение и т.д.). Так как большинство предприятий, особенно малых, не имеет возможности провести наблюдения и исследования, необходимые для разработки «своей» системы и соответствующих нормативов (см. рисунки 6.1, 6.2), в качестве исходной базы могут быть рекомендованы и использованы с минимальной корректировкой, учитывающей изменение конструкции и специфику условий эксплуатации;

— рекомендации заводов-изготовителей;

— основные принципы, нормативы, структура системы и методы корректирования Положения о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта.

В зависимости от традиций, хозяйственного уклада, состояния народного хозяйства и автомобильного транспорта в отечественной и зарубежной практике, смежных отраслях отмечаются следующие уровни регламентации системы ТО и ремонта автомобилей.

Федеральный, межотраслевой и отраслевой уровни; нормативы и требования системы являются обязательными для всех (или оговоренного большинства) организаций, независимо от ведомственного подчинения или вида собственности.

Таблица 6.4 – Периодичность l и трудоемкость t ТО и ТР автобусов (I категория условий эксплуатации)

Внутриотраслевой уровень, при котором объединения, холдинги, акционерные общества, крупные транспортные компании на основании имеющегося опыта и специфики эксплуатации применяют «свои режимы» ТО и ремонта при сохранении общих принципов планово-предупредительной системы и использовании базовых нормативов (см. таблицы 6.2, 6.3). При этом для группы предприятий, входящих в данное объединение, рекомендации системы являются обязательными. Примерами являются крупные муниципальные или унитарные транспортные компании, имеющие в своем составе научно-исследовательские институты или группы специалистов: Государственная компания Мосгортранс (таблица 6.4), Мосавтотранс (Москва, Россия), автотранспортная компания почтовой службы США, крупные лизинговые компании и др.

Профессионально-общественный уровень, при котором разработку системы ТО и ремонта берет на себя общественная организация, ассоциация или объединение, а принципы и нормативы системы являются рекомендательными для транспортных предприятий и организаций. Характерный пример – разработка комитетом по техническому обслуживанию инженерного общества SАЕ США планово-предупредительной системы технического обслуживания (Рrеѵеntіѵе Маіntеnаnсе аnd Іnsресіtоп Рrосеdurеs – РМ), которая была рекомендована для армии и гражданских автотранспортных предприятий США. Затем подобная работа проводилась другими транспортными ассоциациями (АТА, США). При этом сочетаются методы научных исследований и наблюдений с масштабным обобщением опыта передовых (Маіntеnаnсе Еffiсіеnсу Аward – МЕ) транспортных предприятий. Рекомендации, разработанные подобными методами, являются весьма авторитетными и используются (полностью или с корректированием) большинством автотранспортных предприятий, которые не имеют возможности провести широкомасштабные и дорогостоящие наблюдения и систематизацию необходимых для разработки или корректирования системы данных. В России эту работу могут проводить созданный в 1999 г. Российский автотранспортный союз (РАС), Российская ассоциация автомобильных дилеров при участии учебных и научно-исследовательских институтов, предприятий автомобильного транспорта и производителей транспортной техники.

Эти системы разрабатываются производителями автомобилей, ориентированы главным образом на владельцев индивидуальных (некоммерческих) автомобилей, фирменные сервисные предприятия (дилеров) и стимулируют проведение ТО и ремонта на этих предприятиях.

Фирменные системы ТО и ремонта основаны на планово-предупредительной стратегии (см. раздел 1) и информационно поддерживаются рядом документов.

1 В руководствах по эксплуатации, которыми располагают владельцы автомобилей, приводится минимум сведений:

— рекомендации проводить ТО на предприятиях технического обслуживания завода-изготовителя в соответствии с рекомендациями сервисных книжек;

— указания по выполнению минимального перечня операций между очередными обслуживаниями, которые включают проверку уровня масла и жидкостей, уход за шинами, замену ламп и плавких предохранителей, косметический уход за кузовом;

— перечень рекомендуемых топливно-смазочных материалов, эксплуатационных жидкостей и автопрепаратов;

— список ламп, применяемых на автомобилях.

Учитывая, что значительная часть владельцев автомобилей, даже в странах, имеющих традиционно развитую и доступную сервисную систему, обслуживают автомобили вне заводских сервисных предприятий, этих сведений явно недостаточно.

2 Структура системы ТО фиксируется в сервисных книгах, в которых указывается последовательность (план-график, цепочка) проведения ТО с определенной, как правило постоянной, периодичностью. Например, для семейства автомобилей ВАЗ-2110, -2111, -2112, «Вольво-400, -700, -900», «Мазда-626» такой периодичностью является 15 тыс. км, что соразмерно со среднегодовым пробегом индивидуальных легковых автомобилей в развитых странах. Такой план-график проведения ТО на автомобилях семейства «Вольво» «расписан» на 180 тыс. км, «Мазда» – на 180 тыс. км, ВАЗ – на 105 тыс. км.

Каждый очередной вид ТО (после 15, 30, 45 тыс. км пробега автомобиля и т.д.) имеет свой перечень операций, который на 47—76 % совпадает с предыдущим (таблица 6.5).

Таблица 6.5 – Характеристики ступеней ТО автомобилей семейства ВАЗ-2110

В перечнях содержатся традиционные для ТО виды работ: контрольно-диагностические, смазочные, крепежные, регулировочные и другие. В среднем около 60 % операций практически одинаковы для всех ступеней ТО, до 30 % – чередуются, как правило, через одно ТО (15, 45, 75 тыс. км и т.д.); остальные или являются специфическими только для данной ступени, или содержат рекомендации по принудительной замене ряда деталей и систем (свечи, кислородный датчик и др.) или их вскрытию и частичной разборке (генератор, стартер и др.).

Для автомобилей семейства «Мазда», предназначенных для эксплуатации в тяжелых условиях, периодичность ТО сокращается в 1,5 раза (10 тыс. км) и рекомендуется двухступенчатая система ТО (типа ТО-1, ТО-2) с кратностью 2 (10 и 20 тыс. км) и практически постоянным по этим видам ТО перечнем операций.

Для иностранных легковых автомобилей, собираемых в России, рекомендуется периодичность ТО 6 тыс. км.

3 Ряд заводов-изготовителей для сервисных предприятий издает рекомендации по трудоемкости ТО и ремонта: трудоемкость работ (услуг) по техническому обслуживанию и ремонту ВАЗ-2110, -2111, -2112; справочник по нормативам стандартного времени для ТО и ремонта автомобилей «Вольво-300, -400, -700, -800, -900» (Ѵоlѵо Standard Тіmеs Guіdе) и др.

Эти справочники и рекомендации в различных пропорциях и детализации содержат пооперационные нормативные трудоемкости следующих основных работ (на примере ВАЗ):

— смазочные, заправочные, моечно-уборочные и работы по обслуживанию (коды 01—09);

— контрольно-диагностические (коды 10—18);

— снятие и установка деталей (коды 20—28);

— устранение перекоса кузова (коды 30—35);

— разборочно-сборочные и механические (коды 40—49);

— изготовление деталей (коды 50—54);

— рихтовка и сварка кузова (коды 60—69);

— антикоррозионная и противошумовая защита (коды 70—75);

— окраска (коды 80—93).

Эти материалы являются основанием (и оправданием) при нормировании стоимости выполнения услуг на сервисных предприятиях на ступени ТО (по сервисной книжке) и конкретной ремонтной операции. Оценок (или норм) суммарных затрат на текущий ремонт (на 1000 км, год, за срок службы) заводские рекомендации, как правило, не содержат, что затрудняет общую оценку надежности автомобиля и технологические расчеты ремонтных постов и участков сервисных предприятий.

Некоторые зарубежные фирмы в последние годы в технической документации и в рекламе приводят предельную годовую трудоемкость текущего ремонта своих автомобилей, связанную с определенным годовым пробегом.

Ряд производителей в своей рекламе и документации предусматривают корректирование трудоемкости ремонтных работ по мере увеличения наработки автомобиля с начала эксплуатации. Например, у ВАЗ увеличение трудоемкости ремонта при наработке 5—8 лет – до 10 %, свыше 8 лет – до 20 %.

Для организации учета и упрощения технологического проектирования операции шифруются, что является несомненным преимуществом заводской документации. Шифр включает номер детали или агрегата по каталогу и код работы. Например, операция «перестановка колес автомобиля по схеме» обозначается 3101011.08, где цифры до точки — номер детали (колесо в сборе), после точки – код работы (ТО).

Для последующего анализа надежности автомобилей ряд заводов-изготовителей применяет цифровое кодирование причин и признаков отказов («Вольво»), которое используется в сервисных предприятиях.

Преимуществами заводских рекомендаций являются их «привязка» к конкретным моделям автомобилей и их конструкции, наличие пооперационных нормативов трудоемкости, система информации и кодирования деталей и работ, оформление рекомендаций по ТО для владельцев автомобилей в виде сервисной книжки, содержащей полный перечень операций ТО, технологическое и информационное обеспечение фирменных предприятий.

К недостаткам относятся: некомплектность технической документации или ее недоступность для владельцев транспортных средств; отсутствие и слабый учет условий эксплуатации; как правило, завышенная трудоемкость, увеличивающая стоимость обслуживания и ремонта; отсутствие общих нормативов на текущий ремонт; сложность структуры системы, особенно для индивидуальных владельцев автомобилей. Поэтому, как правило, эти рекомендации используются сервисными предприятиями, прежде всего фирменными, и дилерами.

Что касается владельцев транспортных средств, то заводскими рекомендациями по ТО даже в странах с развитой сервисной системой они пользуются, главным образом, во время гарантийного пробега и в первые годы эксплуатации нового автомобиля.

4 Учитывая международный обмен автомобильной техникой (экспорт, импорт, лизинг, международные перевозки, туризм), большое значение и распространение приобретают обобщающие нормативные и технологические материалы, которые при их составлении автотранспортными и информационными компаниями приобретают функции рекомендуемых нормативов ТЭА.

Практическое применение нормативов при планировании и организации ТО и ремонта

Нормативы, свойственные системам технического обслуживания и ремонта, необходимы для решения следующих задач ТЭА.

1 Расчет производственной программы(суточной, месячной, годовой и т.п.) работ ТО и ТР. Под производственной программой понимаются количество и трудоемкость воздействий по видам ТО (ЕО, ТО-1, ТО-2, СО), ТР, КР автомобилей и агрегатов, исчисляемых за год, месяц, смену. Производственная программа может определяться в целом по автотранспортному предприятию или группам автомобилей (по типам, моделям), а также зонам, участкам.

В основу расчета производственной программы положены нормативы трудоемкости, периодичности, ресурса автомобилей и агрегатов до капитального ремонта, простоя автомобилей в ТО и ремонте. Нормативы корректируются с учетом условий эксплуатации (см. гл. 7). После установления нормативных значений периодичности ТО-1 (l₁), ТО-2 (l₂), ресурса автомобиля до капитального ремонта (L_к) и за цикл до списания (L_ц) определяют число КР и ТО на один автомобиль за цикл (N_ц) по формулам

N_пк=L_ц/L_к;

N_ц2=L_ц/l₂-N_пк;

N_ц1=L_ц/l₁-N_пк.

Далее рассчитывают число ТО и КР на один автомобиль N_г за год по формуле

где η_г=L_г/L_к— коэффициент перехода от циклового L_ц к среднегодовому L_гпробегу.

Затем число ТО и КР рассчитывают на парк в целом.

При определении годового пробега используют данные по коэффициенту выпуска α_в и технической готовности α_г, а также среднесуточному пробегу l_сс;

Годовая программа по видам воздействий на парк определяется произведением годовой программы на один автомобиль N_ги инвентарного размера парка автомобилей данной марки А_и:

Программа работ, выражаемая трудоемкостью t^Σ, определяется

— для ТО произведением скорректированной разовой трудоемкости видов обслуживания t_ТО(t_ЕО, t₁, t₂) и годовой программы числа воздействий N^Σ_г, т.е.

— для ТР – произведением скорректированного норматива удельной трудоемкости ТО (t_ТР) и годового пробега парка автомобилей

— для ТО и ремонта по видам работ t_i^Σ, по цехам, производственным зонам t_j^Σ — произведением годовой трудоемкости соответствующих работ ТО или ТР t^Σна коэффициент удельного веса вида работ k_pi, или цеха, участка k_цj:

а) по виду работ (моечных, контрольных, регулировочных, разборочно-сборочных, сварочных и др.)

б) по цехам и участкам

Значения k_pi и k_цj приведены в нормативно-технологических документах, Положении о ТО и Р, а также в нормах технологического проектирования автотранспортных предприятий.

2 Планирование постановки автомобилей на обслуживание.При календарном планировании делением периодичности ТО на среднесуточный пробег l_сс рассчитывается календарный день проведения очередного ТО автомобиля:

Д^к_ТО=l_ТО/l_сс 1=n_сс 1.

1, 2 — коэффициент вариации сменного пробега υ_с=0,30; 3 — 0,15;

1, 3 — с учетом, 2 — без учета целодневных простоев

Рисунок 6.6 – Распределение фактической периодичности ТО при календарном способе планирования

При планировании по пробегу суммируются фактические суточные пробеги автомобиля с момента проведения предыдущего ТО. При приближении суммы к периодичности ТО принимается решение о конкретной дате постановки автомобиля на обслуживание.

Календарный метод прост и применяется при достаточно стабильном режиме работы автомобилей на линии. Однако при большой неравномерности использования автомобилей или незапланированных случайных простоях между ТО с потерей рабочего времени (так называемые целодневные простои) он дает значительные отклонения нормативной и фактической периодичности ТО (рисунок 6.6). Другой метод («по пробегу»), особенно при использовании компьютерной техники, АСУ, позволяет более точно следовать нормативной периодичности ТО и оперативно корректировать загрузку зоны ТО.

3 Определение потребности в рабочей силеи ее распределении по цехам, участкам, постам в соответствии с программой и трудоемкостью работ. Знание трудоемкости работ позволяет определить технологически необходимую Р_ти штатную Р_шчисленность производственных рабочих.

Технологически необходимая численность производственных рабочих определяется по годовой трудоемкости работ в зоне ТО или ТР и нормированному фонду рабочего времени рабочего данной профессии (Ф): Р_т=t_j /Ф.

Штатная численность производственных рабочих, учитывающая с помощью коэффициента штатности η_ш отпуска, болезни и другие уважительные причины невыхода рабочих, определяется так: Р_ш=Р_т/η_ш.

Число универсальных постов (рабочих мест) для выполнения ТО и ТР П_уопределяется соотношением годовой трудоемкости работ, выполняемых на данном посту (участке) t_j^Σ, и годовым фондом рабочего времени поста (участка) Ф_п:

где Д_рг — число рабочих дней в году поста, участка;

Т_см—продолжительность смены;

с – число смен;

Р_п – число рабочих на посту;

φ — коэффициент, учитывающий неравномерность поступления автомобилей φ=(1—1,4);

η_п — коэффициент использования рабочего времени поста, характеризующий уровень технологии и организации работ, η_п=0,85—0,95.

Площади зон ТО и ТР определяются числом постов, коэффициентом плотности расстановки оборудования, учитывающим проезды и проходы, и площадью, занимаемой обслуживаемым автомобилем.

5 Расчет затрат на ТО и ремонтпо предприятию, цехам, участкам, видам ТО и ремонта, агрегатам и системам автомобиля. Соответствующие затраты определяются произведением сметной стоимости работы (операции, вида ТО, ТР) и расчетной программы.

6 Разработка технологической документации(технологические, постовые, пооперационные карты и др.), основой которой являются перечни операций по группам или видам ТО и их трудоемкостей.

7 Оценка расчетных уровней работоспособности паркови влияния на них деятельности конкретных цехов и участков. Эта задача решается определением коэффициента технической готовности и затрат на ТО и ремонт.

8 Сравнение автомобилейразличных производителей путем сопоставления показателей пп. 3, 5, 7.

9 Управление качеством ТО и ремонта.Выполняется с использованием показателей пп. 1, 3, 5, 6, 7.

10 Контроль регулярности, полноты и качества проведения ТО и ремонта,в том числе и при их выполнении по контракту на других предприятиях. Регулярность проведения ТО определяется сопоставлением фактических и плановых (нормативных) периодичностей. Полнота выполнения рекомендуемых перечней операции оценивается:

— наличием (или отсутствием) соответствующих операций, заявленных в рамках ТР;

— непосредственным пробным контролем фактического выполнения рекомендуемых при ТО операций (наблюдения, пробный осмотр);

— изменением уровня работоспособности автомобиля (п. 7).

11 Получение сертификата на право проведения ТО и ремонтана основе имеющейся документации на ТО и ремонт.

Подведем некоторые итоги изучения материалов по системам технического обслуживания и ремонта автомобилей.

Независимо от форм собственности владельцам автотранспортных средств, специалистам ИТС необходимо знать, что обеспечить постоянную работоспособность, дорожную и экологическую безопасность, а также экономичность использования автомобилей можно при условии регулярного и качественного выполнения планово-предупредительной системы технического обслуживания.

Фирменные рекомендации по ТО и ремонту основаны на планово-предупредительных принципах. Структура ТО эквивалентна или двух—трехступенчатой системе, или системе с так называемым единым обслуживанием, но переменным по наработке перечнем операций, имеющим постоянное для всех ступеней ядро (до 60 % объемов).

Одной из важных задач технической эксплуатации автомобилей как науки и области практической деятельности является восстановление и развитие надежно действующего механизма регулирования и управления работоспособностью растущего автомобильного парка на основе четко сформулированных и реализуемых принципов и гибких объективных нормативов планово-предупредительной системы.

Свидетельствами применения системы ТО и Р являются:

для автотранспортных предприятий всех форм собственности:

— наличие утвержденных, как минимум, на хозяйственном уровне структуры и нормативов ТО и ремонта, применяемых на данном предприятии;

— отчетная документация, свидетельствующая о фактическом выполнении нормативов и рекомендаций системы;

для индивидуальных владельцев:

— сервисная книжка с отметкой о выполнении ТО на фирменных предприятиях и у дилеров;

— прочая отчетная документация о проведении ТО и ремонта на сервисных предприятиях;

— договор об абонементном обслуживании автомобилей на сервисном предприятии;

— тетрадь о выполнении работ владельцем своими силами. Государственный технический осмотр, проводимый в основном один раз в год, способствует обеспечению технического состояния, экологической и дорожной безопасности парка и конкретных автомобилей, но не может заменить планово-предупредительной системы ТО и ремонта, качественное выполнение которой является важнейшей задачей и обязанностью владельцев автотранспортных средств.

Условия эксплуатации влияют на режим работы агрегатов и деталей, ускоряя или замедляя изменение параметров их технического состояния. Это происходит по схеме: режимы работы автомобиля и его элементов – интенсивность изменения параметров технического состояния – реализуемые показатели надежности и работоспособности – ресурсы деталей, агрегатов, автомобилей – периодичность и перечень операций ТО, трудоемкость ТО и ремонта, расход запасных частей и материалов и т.д. В различных условиях эксплуатации реализуемые показатели надежности автомобилей за одинаковую наработку будут различаться, что скажется и на показателях эффективности технической эксплуатации. Учет условий эксплуатации необходим при определении нормативов ТЭА, потребности в ресурсах (персонал, производственно-техническая база, запасные части и материалы). Необходимо различать две группы условий (рисунок 7.1).

Объективные и четко фиксируемые условия,которые однозначно действуют на надежность всех автомобилей и, следовательно, на нормативы технической эксплуатации. Они подразделяются на внешние и внутренние.

Внешние условия (см. рисунок 7.1), например тип дороги (таблица 7.1), условия движения (рисунок 7.2), климатические (рисунок 7.3) и сезонные условия (таблица 7.2) и др.

Так, режимы работы грузового автомобиля при интенсивном городском движении изменяются по сравнению с движением по загородной дороге с одинаковым типом покрытия следующим образом:

— скорость движения сокращается на 50—52 %;

— среднее число оборотов коленчатого вала на 1 км увеличивается до 130—136 %;

— число переключений передач возрастает в 3—3,5 раза;

— удельная работа трения тормозных механизмов возрастает в 8—8,5 раза;

— пробег при криволинейной траектории движения (при поворотах, перестроениях и т.д.) увеличивается в 3—3,6 раза.

Из рисунка 7.2 следует, что стоимость цикла движения автопоезда в зависимости от колебания его скорости изменяется в несколько раз. Не случайно за рубежом контролю скорости движения автомобилей уделяется большое внимание.

Внутренние условия, например возраст, типы, марки, модели автомобилей, концентрация автомобилей на предприятии и др.

Местные, или субъективные, условия(рисунок 7.1) по отношению к конкретному автомобилю или группе автомобилей на каждом предприятии. Например, квалификация персонала (таблица 7.3), расстояние перевозок и др.

Рисунок 7.1 – Схема влияния условий эксплуатации на нормативы ТЭА

1 — остановка; 2 — промежуточная скорость V_п=8; 3 — 16; 4 — 24; 5 — 32;

6 — 40 км/ч. Цикл V_н–V_п–V_н

Рисунок 7.2 – Изменение относительной стоимости цикла движения автопоезда грузоподъемностью 16 т на дороге с усовершенствованным покрытием

По данным МАДИ на затраты по ТО и ремонту маршрутных автобусов, работающих в условиях большого города, основное влияние оказывают средняя длина перегона (вес фактора 67—69 %), использование пассажиро-вместимости (24—28 %) и плотность транспортного потока (4—6 %). Диапазон вариации этих факторов даже в рамках одной транспортной системы составляет по разным маршрутам соответственно 4,6; 3,4; 6,6 раза.

Таблица 7.1 – Влияние типа покрытия дороги на режим работы агрегатов автомобиля большой грузоподъемности

Данные таблицы 7.4 подчеркивают важность объективной оценки влияния условий эксплуатации на надежность и техническое состояние автомобилей. Более интенсивное использование автомобилей неминуемо увеличивает затраты ИТС на обеспечение их работоспособности, что должно быть учтено в расчетах с клиентурой и компенсировано ИТС подсистемой перевозок предприятия.

Источником такой компенсации является дополнительный доход, получаемый подсистемой перевозок. Таким образом, речь идет о взаимоотношениях двух подсистем автомобильного транспорта – коммерческой и технической эксплуатации, а в общем случае – о взаимоотношениях подсистемы ТЭА с клиентурой.

Таблица 7.2 – Средние значения показателей надежности городских автобусов большого класса по сезонам в умеренном климатическом районе, %

Таблица 7.3 – Влияние квалификации водителя на режим работы и надежность автобуса среднего класса

Рисунок 7.3 – Влияние температуры окружающего воздуха на параметр потока отказов автомобилей

Таблица 7.4 – Влияние транспортных условий на надежность и производительность автомобилей, %

Прогнозирование по показателям надежности (надежностное прогнозирование) используется, в основном, на первом этапе решения задач технической эксплуатации машин, т.е. тогда, когда не требуется высокая точность прогнозирования.

Исходными величинами при надежностном прогнозировании являются показатели надежности исследуемых величин, такие как: закон распределения отказов, вероятность отказов, плотность распределения вероятности отказа, ресурс, срок службы и другие. На практике надежностное прогнозирование наиболее часто используется при решении вопросов, связанных с общей оценкой технического состояния машины в данный момент и на перспективу с определением, в первом приближении, её остаточного ресурса.

1 — плотность распределения случайных отказов;

2 — плотность распределения постепенных отказов

Рисунок 8.1 – Схема определения остаточного ресурса

В общем виде методику прогнозирования остаточного ресурса по показателям надежности можно представить на конкретном примере. Предположим, что в прошлом, в результате наблюдения за партией машин, была собрана и обработана информация об отказах машин. Предположим, что информация об отказах машины имеет вид, представленный на рисунке 8.1.

Из рисунка видно, что общая картина плотности распределения наработки на отказ складывается из двух плотностей: 1 — плотность распределения случайных отказов; 2 — плотность распределения постепенных отказов.

При прогнозировании величины остаточного ресурса по показателям надежности делается два предположения:

— плотность распределения наработки на отказ рассматриваемой машины аналогична плотности распределения совокупности одноименных машин, исследованных в прошлом;

— величина ресурса машины равна средней величине ресурса однотипных машин, исследованных в прошлом.

На основании этих двух предположений можно спрогнозировать остаточный ресурс исследуемой машины, который будет равен разности между величиной ресурса L_р исследованных в прошлом машин и величиной текущей наработки рассматриваемой машины L_i.

В этом случае оптимальный остаточный ресурс будет равен

L_{ост. опт.}=L_опт–L_i;

средний остаточный ресурс будет равен

L_{ост. ср.}=L_ср–L_i.

Прогнозирование по диагностическим параметрам — это наиболее прогрессивный вид прогнозирования, дающий более высокую точность прогноза.

Методической основой прогнозирования по диагностическим параметрам является:

— знание процессов изменения технического состояния машины (априорная информация);

— знание технического состояния машины в данный момент (диагностическая информация);

— умение эксплуатации этих процессов в будущем.

Экстраполяция — это статистический прием, посредством которого на основании определенного числа членов статистического ряда делается попытка продлить ряд за пределы данных нам известных значений ряда.

Одно из основных положений теории прогнозирования заключается в том, что вывод об изменении параметра, в частности об изменении диагностического параметра элемента машины в будущем, делается на основании изучения этого параметра в прошлом. Чем больше имеется данных об изменении параметра в прошлом, тем точнее будет осуществлен прогноз на будущее.

Может быть, два вида информации об изменении параметра:

а) для совокупности одноименных элементов;

б) для конкретного элемента.

В первом случае используется метод прогнозирования по среднему статистическому изменению параметра и среднеквадратическому отклонению этого изменения.

При наличии двух видов информации представляется возможным применить метод прогнозирования по реализации. Этот метод заключается в предсказании изменения параметра конкретного элемента с учетом его индивидуального изменения в прошлом, а также характера изменения, установленного путем анализа динамики параметра совокупности одноименных элементов.

Таким образом, при прогнозировании технического состояния машин по диагностическим параметрам используются в основном два вида прогнозирования:

— прогнозирование по среднестатистическому изменению параметра;

— прогнозирование по реализации.

8.3.1 Прогнозирование по среднестатистическому изменению параметра

Суть этого вида прогнозирования состоит в том, чтоделается предположение, что прогнозируемый параметр, характеризующий техническое состояние элемента машины (узла, агрегата, машины в целом), будет изменяться аналогично параметрам одноименных элементов из опытной партии, наблюдение за которой дали имеющуюся информацию.

Таким образом, для прогнозирования по среднестатистическому изменению параметра необходима следующая информация:

— априорная информация о среднестатистическом изменении параметра машины, в зависимости от наработки;

— текущая информация о значении прогнозируемого параметра, характеризующего техническое состояние элемента в данный момент.

Априорная информация о среднестатистическом изменении параметра может быть представлена в виде веерных кривых (см. рисунок 8.2) описываемых степенной функцией вида

S=S_H V_c·L^α,

у которых коэффициент a постоянен для всей совокупности одноименных элементов, а коэффициент V_с, характеризующий скорость изменения параметра, различен.

На рисунке 8.2 коэффициент V¹_c характеризует тяжелые условия эксплуатации, а V⁴_c — самые легкие.

Графически, прогнозирование по среднестатистическому изменению параметра, сводится к следующему:

1) при диагностировании машины, определяется значение диагностического параметра – S_i, при наработке L_i (точка А с координатами S_i и L_i);

2) делается два допущения:

— допускается, что прогнозируемый параметр до текущего момента (до наработки L_i) имел характер изменения аналогично кривой, на которой лежит точка А;

— допускается, что и в дальнейшем этот параметр будет иметь характер изменения аналогичный кривой с точкой А;

3) с учетом этих допущений делается предположение, что параметр элемента будет изменяться после наработки L_i, по кривой на которой лежит точка А;

4) зная, по априорной информации, характер изменения кривой (зная значения коэффициентов V_с и a) определяется характер изменения параметра конкретного элемента в будущем (кривая АВ);

5) прогнозируется момент наступления отказа элемента исходя из того, что прогнозируемый параметр достигнет предельно-допустимого значения (S_пд) в точке В.

Следовательно, отказ элемента должен произойти при наработке L_отк., а остаточный ресурс при этом определится по формуле:

L_ост=L_отк.–L_i,

где L_ост — остаточный ресурс.

Рисунок 8.2 — Схема прогнозирования по среднестатистическому

изменению параметра

8.3.2 Прогнозирование по реализации

Это более точный вид прогнозирования, по сравнению с прогнозированием по среднестатистическому изменению параметра, но более дорогостоящий, т.к. требует большего объема информации.

Суть метода состоит в том, что прогнозирование делается на основе данных об изменении параметра конкретного элемента от его начала эксплуатации до текущего момента, а корректировка прогноза ведется с учетом информации о характере изменения параметра одноименных элементов, полученной в предыдущих исследованиях.

Таким образом, для прогнозирования по реализации необходимо систематически, через определенный интервал, проводить диагностику машины, чтобы получить данные о реальном изменении параметра элемента от начала эксплуатации до текущего момента.

8.3.3 Пример прогнозирования

Предположим, что в момент наработки L₁, L₂ …L_i были получены значения диагностического параметра S₁, S₂ …S_i (рисунок 8.3). На основе этих данных определяется конкретный вид аппроксимирующей функции. Если в качестве аппроксимирующей функции берется степенная функция вида S=S_H V_c·L^α ,то определение конкретного вида функции сводится к расчету значений коэффициентов a и V_с.

После определения функции, отображающей реальную картину изменения параметра конкретного элемента, делается предположение, что и в будущем, т.е. после наработки L_i диагностический параметр S будет изменяться согласно характеру изменения данной функции (на рисунке пунктирная кривая АВ). В точке В значения данной функции достигнет предельно-допустимой величины S_пд, а, следовательно, можно предположить, что в этой точке произойдет отказ элемента.

Рисунок 8.3 – Прогнозирование по реализации

Корректировка прогноза делается с целью повышения точности прогнозирования. Она осуществляется как на основе информации полученной об изменении во времени параметра конкретного элемента, так и на основе априорной информации об изменении параметра одноименных элементов.

Из приведенного примера (рисунок 8.3) видно, что реальные значения параметра S отличаются от значений теоретической кривой на величину Z. Следовательно, в данном случае общий вид аппроксимирующей функции будет:

S=S_H V_c·L^α±Z,

где Z — отклонение величины S от теоретического значения под воздействием внешних эксплуатационных факторов.

Следовательно, при прогнозировании необходимо делать допущение, что и в будущем под воздействием внешних эксплуатационных факторов параметр S может отклоняться на величину ±Z. Учет величины Z, при прогнозировании и является корректировкой прогноза.

В приведенном примере (рисунок 8.3), можно предположить, что отказ элемента произойдет в интервале наработки от L_ост^min до L_ост^max. Это уже прогноз, скорректированный с учетом величины Z.

Дальнейшее уточнение прогноза может вестись с учетом дополнительной информации, такой как:

— априорной информации об изменении параметра одноименных элементов после наработки L_i;

— априорной информации о величине Z после наработки L_i;

— информации о характере воздействия внешних эксплуатационных факторов на изменения параметра элемента после наработки L_i (например: в каких природно-климатических условиях предполагается эксплуатировать машину после наработки L_i) и т.д.

Из изложенного выше можно сделать вывод, что для повышения точности прогноза, необходимо увеличение объема информации, на основе которой делается прогноз.