Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

изменение во времени средних приведенных удельных затрат Сну (кривая 1) и приведенных удельных затрат по рассматри­ ваемой машине (кривая 2). Если предположить, что через неко­ торое время (1—2 года) после выпуска данной модели машины была выпущена новая более совершенная модель машины того же назначения, обеспечивающая меньший размер приведенных удельных затрат (кривая 3), то это не значит, что рассматривае­ мая машина в момент выпуска новой морально устарела. Это объясняется тем, что машина (кривая 2), будучи менее эффек-

Рис. 19. Характер изменения при­ веденных удельных затрат в зави­ симости от срока службы строи­ тельных машин с учетом их мо­ рального износа

тивной по сравнению с новой машиной, в то же время является прогрессивной по отношению к существующему парку машин аналогичного назначения, так как она еще в течение ряда лет обеспечивает меньший размер приведенных удельных затрат.

Для установления срока службы, при котором суммарные капитальные вложения на организацию производства машин и организацию их капитального ремонта будут минимальны, необ­ ходимо в соответствии с наличным парком машин данного типа и темпами прироста объемов работ, выполняемых этими маши­ нами, определить на перспективный период (10—20 лет) по го­ дам потребность в новых машинах для выполнения запроектиро­ ванных дополнительных объемов работ. Исходя из распределе­ ния наличного парка машин по сроку службы определяют по годам потребность в новых машинах на покрытие подлежащих списанию. Расчет производят при различных сроках службы, кратных продолжительности ремонтного цикла (например, при ремонтном цикле, равном 3 года, принимают сроки службы 3 года, 6 лет, 12 лет и т. д.). Определяют капитальные вложения в машиностроение на организацию производства необходимого количества дополнительных новых машин с силовым оборудова­

продолжительностью ремонтного цикла определяют количество машин, которые должны пройти капитальный ремонт в течение года, затраты на капитальный ремонт и размер капитальных вложений на организацию ремонтных предприятий и цехов.

Учитывая объем ремонтных работ по годам, определяют потреб­ ность в запасных частях и размер капитальных вложений, необ­ ходимых для создания предприятий по их производству.

После этого суммируют капитальные вложения на организа­ цию производства машин и организацию их капитальных ремон­ тов при различных сроках службы и выявляют, при каком сроке службы, кратном продолжительности ремонтного цикла, эти сум­ марные капитальные вложения будут иметь минимальный раз­ мер.

Определение оптимального срока службы на основе сопостав­ ления полученных путем экономических расчетов сроков служ­ бы по физическому и моральному износам и исходя из мини­ мальных капитальных вложений производят следующим обра­ зом. Если срок службы по моральному износу меньше срока службы по физическому износу, необходимо в соответствии с конструктивной схемой машины и существующими тенденция­ ми конструирования машин данного класса выявить техническую возможность и экономическую целесообразность проведения мо­ дернизации машины одновременно с капитальным ремонтом. В результате модернизации приведенные удельные затраты по данной машине снижаются и срок службы ее с учетом морально­ го износа соответственно удлиняется.

Если в результате сопоставления выявится, что оптимальный срок службы машины по физическому износу меньше срока службы по моральному износу, то необходимо одновременно прш нимать меры как для увеличения оптимального срока службы по физическому износу, так и для уменьшения срока службы по моральному износу. Для этого в первую очередь требуется при изготовлении машин рассматриваемого типа использовать высо­ кокачественные стали и другие износостойкие материалы, а так­ же обеспечить одинаковую прочность деталей (в одной сборочной единице машины), подвергающихся наиболее частым поломкам, и, кроме того, увеличить надежность наиболее ответственных и часто ремонтируемых составных частей машины. Одновременно должны быть намечены пути для улучшения условий эксплуата­ ции машин рассматриваемого типа, совершенствования техноло­ гии и организации ремонта машин. В результате этого снизятся годовые затраты на техническое обслуживание и ремонты машин Р\, увеличится годовая выработка машины. Одновременно будет обеспечено некоторое снижение значений коэффициентов а и у, a возможно, и ß.

Таким образом, оптимальный срок службы машины с учетом физического износа возрастает.

В качестве примера ниже приводится оценка долговечности сельскохозяйственных машин.

Долговечность сельскохозяйственных машин рассматривается как комплексное понятие, характеризующее срок их службы до списания и потребность в запасных частях для поддержания

машин в работоспособном состоянии за все время использова­ ния. Для оценки долговечности сельскохозяйственных машин применяют два основных показателя: нормативный срок службы до списания 7% и индекс равностойкостн Иѵ, определяемый по формуле

где См — цена машины;

\

1 ) — затраты, представляющие сум-

марную стоимость запасных частей, требующихся для нормальной эксплуатации машины в пределах норма­ тивного срока службы до списания (Сд — цена детали, г — количество одноименных деталей в машине; z0— общее число деталей машин, входящих в номенклатуру запасных частей; Тд — средний срок службы детали).

Оба показателя долговечности сельскохозяйственных машин связаны со сроками службы: первый из них — для машины в це­ лом, а второй — для отдельных деталей.

Расчеты показывают, что нормативный срок службы боль­ шинства (95%) машин из числа рассмотренных находится в пре­ делах 6—8 лет, а стоимость запасных частей Dp колеблется в очень широких пределах — от 5 до 2053 руб., а индекс равностойкости Ир — от 0,31 до 0,97.

Анализ передового опыта, по данным из отечественных и за­ рубежных источников, позволяет считать равностойкость сель­ скохозяйственных машин удовлетворительной при значении индекса равностойкостн 0,7—0,8. Это означает, что суммарные затраты на запасные части не должны превышать 25—40% по­ купной стоимости машины.

Задача повышения долговечности сельскохозяйственных ма­ шин сводится к увеличению их равностойкостн и срока службы до списания.

Определение оптимального количества ремонтов при оценке долговечности машин

Существуют изделия с назначенным ресурсом, после выработ­ ки которого изделие обязательно снимается с эксплуатации и подлежит восстановлению или списывается. Для таких изделий можно подсчитать оптимальное количество ремонтов, т. е. опти­ мальную долговечность, так как полный ресурс изделий можно рассчитать по формуле

Аіол ?р.н(п “H1)>

где /р.н — назначенный ресурс изделия до капитального ремонта; п — количество ремонтов.

Определить оптимальную долговечность изделий можно ис­ ходя из минимальных удельных суммарных затрат С, которые можно найти по формуле [64]

При расчетах капитальных затрат под Скап можно понимать отпускную цену изделия и затраты на транспортировку и уста­ новку.

Затраты на периодическое техническое обслуживание изде­

После выхода изделия из строя в результате отказа его сни­ мают с эксплуатации и направляют в ремонт.

В общем случае затраты на снятие и установку изделия выше, чем при плановом техническом обслуживании, так как в этом случае приходится выполнять дополнительные разборочно-сбо- рочные работы. При плановом техническом обслуживании раз- борочно-сборочные работы, как правило, выполняются 1 раз, обеспечивая доступ сразу к нескольким изделиям. Кроме того, необходимо учитывать и время поиска отказа. Таким образом, затраты на ликвидацию последствий отказов можно выразить формулой

^от —^и(фн) (дрем от + 2303ß),

где Лі(ір.н)— вероятность отказа нового изделия за время вы­ работки назначенного ресурса;

Срем.от — средняя стоимость ликвидации отказа;

z3— трудоемкость замены отказавшего изделия ис­ правным в нормо-часах;

6з — разрядный коэффициент.

Затраты на час эксплуатации нового изделия в течение одно­ го межремонтного ресурса выражаются следующим образом:

где Сц.и — отпускная цена нового изделия.

После отработки изделием межремонтного ресурса оно ре­ монтируется и вновь поступает в эксплуатацию. Во время нара­ ботки второго межремонтного ресурса весь комплекс техничес­ ких обслуживаний изделия будет выполнен вновь. Вероятность отказа изделия после первого ремонта в общем случае будет от­ личаться от вероятности отказа нового изделия. Таким образом, затраты на 1 ч работы при эксплуатации изделия после первого ремонта до второго выразятся следующим образом:

Затраты на 1 ч работы при эксплуатации изделия «-го ремон­

В — стоимость реализованных отходов описанного из­ делия.

Когда затраты на 1 ч работы при эксплуатации изделия пос­ ле я-го ремонта превысят затраты на 1 ч работы при эксплуата­ ции нового изделия, тогда этому изделию целесообразно назна­ чить (« — 1) ремонтов и после отработки «/р.н ч снять с эксплуа­ тации, так как дальнейшая его работа выходит за пределы оптимальной долговечности.

Определение оптимального уровня надежности

Повышение надежности может быть достигнуто в результате разработки более совершенных конструкций и технологических процессов, использования более прочных материалов, резерви­ рования, квалифицированного и планомерного обслуживания

и т. п. Однако все эти мероприятия требуют экономических за­ трат.

Зависимость затрат на разработку, изготовление и эксплуата­ цию изделий от надежности показана на рис. 20.

Полная стоимость разработки, производства и эксплуатации изделия определится из выражения

£ = Ср + Сп+ ^Э>

где Ср — затраты на разработку; Сп — затраты на производство;

Сэ — затраты, связанные с эксплуатацией.

Рис. 20. Зависимость стоимости затрат на разработку, изготовле­ ние и эксплуатацию изделия от на­ дежности

Определять оптимальный уровень надежности целесообразно на базе разработанных моделей, которые использовались для вы­ бора показателей надежности.

Применяя формулу зависимости функции дохода от показа­ теля надежности, можно определить такой уровень надежности, который обеспечивал бы максимум функции дохода. Однако для решения задачи в этом случае необходимо иметь возможность подсчета затрат, обусловленных отказами. Кроме того, должна быть известна зависимость показателя надежности от стоимо­ сти изделия. Тогда эффект от эксплуатации изделия будет выра­ жаться следующим образом [65]:

О Д = - Р ( /? ) + ф(Я),

где ß(/?) — стоимость изделия как функция надежности; ф(й?) — составляющая общего эффекта изделия, обусловлен­

ная его эксплуатацией, как функция надежности; R — показатель надежности.

Значение R, обеспечивающее максимум C(R), является опти­ мальным уровнем надежности.

Однако практически определить экстремум целевой функии C(R) аналитическими методами не представляется возможным вследствие отсутствия непрерывной зависимости $(R). Повысить надежность можно с помощью конкретных мероприятий. Эти ме­ роприятия могут повышать надежность на одинаковую величину

при различных затратах или на различную величину при одина­ ковых затратах.

Поэтому для практической реализации необходимо изменить метод, с помощью которого можно определить конструктивный путь решения задачи. При повышении надежности на величину AR необходимо оценить величину AC(R). Если это приращение положительно, то максимального значения функция C(R) не до­ стигнет. Следовательно, для получения оптимального уровня на­ дежности необходимо использовать новые пути ее повышения. Если имеется несколько вариантов для повышения надежности, то в первую очередь необходимо использовать тот, при котором приращение AC(R) будет максимальным. Если при увеличении надежности значение AC(R) будет отрицательным, то это зна­ чит, что оптимальный уровень надежности уже достигнут и дальнейшее повышение надежности неэффективно.

Таким образом, определение оптимального уровня надежно­ сти можно осуществить с помощью многоступенчатого процесса, на каждой ступени которого проверяется экономическая эффек­ тивность конкретного мероприятия по повышению надежности.

Затраты на достижение оптимального уровня надежности изделия производятся в период изготовления изделия, а затра­ ты, обусловленные отказами, осуществляются значительно поз­ же. В период эксплуатации для оценки экономической эффектив­ ности мероприятий по повышению надежности необходимо сравнивать приведенные к конкретному моменту времени затра­ ты на изделие в первоначальном и конечном вариантах с повы­ шенной надежностью. Этот факт приводит к необходимости из­ менения оценки эффективности очередного мероприятия по по­ вышению надежности с помощью коэффициента, учитывающего то, что затраты были произведены в разное время.

Приведем пример оценки эффективности повышения надеж­ ности технического устройства, классификационный шифр кото­ рого 2111 (см. табл. 4), т. е. изделие ремонтируемое, эксплуати­ рующееся до предельного состояния в непрерывном режиме [65].

В случае, когда доминирующим фактором при оценке надеж­ ности является отказ, общая оценка функционирования такого изделия определяется по формуле

с = _ Рі_ СіѴ+ тг р,

у — доход от эксплуатации изделия в единицу времени; Гр — длительность эксплуатации.

Так как величина уТр постоянна для заданного периода экс­ плуатации, то максимальное значение С будет соответствовать минимальному значению— (ßi + cN).