Управление системой планово-предупредительного ремонта металлорежущих станков по критерию эксплуатационной технологичности

УДК 658.53

УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО РЕМОНТА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ ПО КРИТЕРИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ

Н. В. Анцева, А. Н. Иноземцев

Представлен подход к управлению системой планово-предупредительного ремонта металлообрабатывающего оборудования промышленных предприятий на основе изменения периода профилактического обслуживания по критерию эксплуатационной технологичности.

Ключевые слова: экспуатационная технологичность, оптимизация, металлорежущие станки, профилактическое обслуживание.

Основная задача повышения качества эксплуатации металлообрабатывающего оборудования состоит в обеспечении длительной и безотказной обработки на нем деталей с заданными производительностью, точностью и чистотой обработки при минимальных затратах на техническое обслуживание и ремонт (ТОиР), являющихся средством восстановления технических качеств машины, утраченных в процессе эксплуатации. При этом длительное сохранение точности и безотказная работа технологического оборудования возможны лишь при соблюдении правил, предусматривающих защиту от вредных воздействий, как естественно возникающих в процессе его работы, так и зависящих от работы окружающего оборудования и действий обслуживающего персонала [6, 7].

Существуют две стратегии выполнения ремонтных работ - по потребности, когда оборудование вышло из строя в результате предельного износа, и по плану, не дожидаясь выхода оборудования из строя, тогда, когда износ деталей еще не достиг предельной величины, при которой оно уже не может выполнять свои функции или дальнейшая его эксплуатация является опасной или нерентабельной. Ремонт машин по плану называют планово-предупредительным [8]. Его целью является не восстановление работоспособности вышедшего из строя оборудования, как это имеет место при ремонте по потребности, а предупреждение неожиданного для производства выхода его из строя.

Основная цель планово-предупредительного ремонта (ППР) может быть достигнута с наилучшими экономическими результатами лишь тогда, когда применяемая система ППР обеспечивает достаточно близкое соответствие планируемых сроков выполнения ремонтных работ и времени возникновения действительной необходимости в них, а также плановых объемов ремонтов фактически требующимся. В противном случае неизбежны значительные потери в производстве, вызванные неплановыми ремонтными работами и большими, чем запланированные, фактическими

21

простоями оборудования в плановых ремонтах или большими расходами на ППР и простоями из-за чрезмерно частого выполнения таких ремонтов [6].

Поэтому система ППР не может строиться и изменяться произвольно. Чтобы обеспечить высокую эффективность от ее применения, система должна базироваться на соответствующих закономерностях, определяющих величину потребности оборудования в ремонте, объемы плановых ремонтов, их характер, и на вытекающей из этих закономерностей теории ППР [7].

В настоящее время на промышленных предприятиях применяются нормативы межремонтных периодов для разных видов оборудования, рекомендуемые в [8]. Однако эти нормативы являются усредненными и, поэтому, в зависимости от условий эксплуатации оборудования на конкретном предприятии, применяемых методов и условий ремонта, а также достигнутого уровня качества плановых ремонтов, от них необходимо делать отступления в ту или другую сторону. Это обусловливает, с одной стороны, необходимость совершенствования методики оптимизации межремонтных периодов обслуживания оборудования на основе прогрессивных многопараметрических моделей износа его узлов, а, с другой стороны, разработки критерия нормальности объема ремонтных работ, с помощью которого можно судить о достаточности выполняющихся объемов ППР для поддержания оборудования. В качестве такого критерия целесообразно использовать технологичность эксплуатационного периода жизненного цикла оборудования, т.е. эксплуатационную технологичность [10].

В соответствии с ГОСТ 14.205-83 технологичность рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимизации затрат труда, материальных и финансовых средств, времени и других ресурсов при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте. С целью снижения трудоемкости изделия, обеспечения удобства его ремонта в процессе эксплуатации осуществляется отработка технологичности конструкции. Состав работ по обеспечению технологичности конструкции изделия на всех стадиях жизненного цикла устанавливается Единой системой технологической подготовки производства [1]. В ЕСТПП технологичность рассматривается как совокупность свойств конструкции, характеризующих один из показателей качества изделий. При отработке на технологичность конструкции изделия, являющегося объектом производства, необходимо анализировать виды и сортамент применяемых материалов; виды и методы получения заготовок; технологические методы и виды обработки, сборки, монтажа вне предприятия, контроля и испытаний; возможность использования прогрессивных технологических процессов; возможность механизации и автоматизации процессов; возможность применения унифицированных и освоенных производством сборочных единиц и деталей. При отработке на технологич-

ность конструкции изделия, являющегося объектом эксплуатации, учитывают удобство, трудоемкость, повышение ресурса изделия в работе [4].

Эксплуатационная технологичность конструкции изделия проявляется в сокращении затрат труда и средств на выполнение работ при использовании изделия по его функциональному назначению, а также на его техническое обслуживание и ремонт [10]. Эксплуатационная технологичность, иначе говоря, технологичность выполнения работ с помощью оцениваемого оборудования и технологичность его технического обслуживания и ремонтов, а также легкость и малые ресурсные затраты на демонтаж (разборку) и утилизацию, непосредственно характеризует качество металлообрабатывающего оборудования, обуславливающее (по определению) его способность удовлетворять наши потребности в соответствии со своим функциональным назначением.

В качестве важнейших абсолютных и относительных единичных показателей эксплуатационной технологичности Р) используются следующие [10]:

¡уд об = ¡об/В - удельная трудоемкость профилактического обслуживания технологического оборудования, где ¡об - трудоемкость профилактического обслуживания, В - показатель определяющего (главного) параметра, в качестве которого для металлообрабатывающего оборудования можно использовать, например: максимальные размеры обрабатываемых деталей; наработку за соответствующий период или до отказа, которая может измеряться в различных единицах: в единицах времени резания, числом обработанных деталей, числом отработанных циклов, количеством стружки и т.д. [2]; суммарную установленную мощность электродвигателей, и т.п. (Р[);

¡уд р = ¡р /В - удельная трудоемкость ремонтов, где ¡р - трудоемкость эксплуатационных ремонтов (Р2);

¡уде = ¡э/В - удельная суммарная трудоемкость эксплуатации оборудования, где ¡э - суммарные трудозатраты за весь период эксплуатации

(Рз);

Зуд об = Зоб/В - удельные затраты на эксплуатационное обслуживание, где Зоб - суммарные затраты на профилактическое обслуживание оборудования (Р4);

Зуд р = Зр/В - удельные затраты на эксплуатационные ремонты, где Зр - суммарные затраты на эксплуатационные ремонты (Р5);

¡с - сравнительная трудоемкость работ, выполняемых на технологическом оборудовании (Р6);

Муд = М/В - удельная материалоемкость (кг на единицу главного

(определяющего) параметра качества), где М - чистая масса оборудования (Р7);

Суд = С В - удельная себестоимость оборудования (руб./ед. гл. параметра), где С - суммарная себестоимость оборудования (Р8).

В настоящее время вопросы оценки технологичности создания технических изделий (техники) наиболее подробно разработаны применительно к изделиям машиностроения и приборостроения. Методы оценки и обеспечения технологичности конструкций регламентируются стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), Единой системой подготовки производства (ЕСПП), ГОСТ 14.201-73 «Общие правила отработки конструкций изделия на технологичность», ГОСТ 14.202-73 -ГОСТ 14.204-73 «Правила обеспечения технологичности конструкции», ГОСТ 18831-73 «Технологичность конструкций. Термины и определения» и другой нормативно-технической документацией. Методы оценки эксплуатационной технологичности промышленных изделий развиты еще недостаточно для адекватного определения численных значений этого свойства [10]. Так как основную массу показателей эксплуатационной технологичности составляют показатели трудоемкости различных видов работ, выполняемых при эксплуатации технологического оборудования, то методы оценки эксплуатационной технологичности металлообрабатывающих станков целесообразно совершенствовать на основе адаптивной методики нормирования работ по ремонту и техническому обслуживанию технологического оборудования [5]. Это позволит применить для управления системой ППР основного технологического оборудования машиностроительных предприятий по критерию эксплуатационной технологичности принципов и методов общей теории управления.

Любой процесс управления включает следующие функции [3]: получение информации о состоянии объекта путем измерения выходной переменной и определение (задание) требований, предъявляемых к ее значению; обработка информации о состоянии выходной переменной и сравнение полученного результата с заданными; принятие решений об изменении состояния объекта и выработка закона управления.

На рис. 1 показано информационное взаимодействие структурных блоков компьютеризированной системы управления системой ППР по критерию эксплуатационной технологичности.

Информационные потоки представлены в виде соответствующих векторов, в общем случае зависящих от времени:

х(?), у(?) - соответственно действительный и регистрируемый векторы состояния управляемой системы;

V (?), й(?) - вектор управляющих команд и вектор управляющих

воздействий;

е (/) - вектор возмущающих воздействий;

Ф - критерий управления, формализующий цель управления.

озмущающие

воздействия

м(0

8(0

* Система ППР

х(0

Выработка управляющих воздействий У(0 Оценка эксплуатационной технологичности , т Сбор данных А ллртлсгитш

и іиііилпИИ системы ППР

Ф

Целевое значение эксплуатационной технологичности

Управляющая

система

Рис. 1. Структурная схема компьютеризированной системы управления системой ППР по критерию эксплуатационной

технологи чности

х (/), у (/), V (/) и и (/) являются действительными векторами большой размерности, которые принадлежат действительным пространствам Я:

х(¡) е Яп; у(/) е Я1; V(¡) е Як; и ^) е Ят,

где п, 1, к, т - размерности соответствующих пространств, которые определяются характеристиками рассматриваемого промышленного предприятия, такими, как номенклатура и число единиц основного технологического оборудования, численность и специализации рабочих-наладчиков и пр. _

Компонентами вектора состояния х (/) системы ППР могут являться, например, зависимости (как функции времени) интенсивности потока заявок, распределения длительности обслуживания, вариации длительности обслуживания, длины очереди заявок, коэффициента занятости ремонтников (отношения времени занятости ремонтников к фонду рабочего времени), нагрузки системы ППР (отношения интенсивности потока заявок к интенсивности обслуживания), коэффициента ожидания обслуживания (отношения среднего времени ожидания заявки с момента поступления до момента начала обслуживания к среднему времени обслуживания).

В качестве компонентов вектора возмущающих воздействий е(/) здесь могут выступать отказы оборудования, величина технологического брака, сбои технологических операций и т.п.

Компонентами искомого вектора управляющих воздействий и (/) являются производственные задания ремонтным бригадам и отдельным

ремонтникам, а также нормативы межремонтных периодов для разных видов оборудования. Для того чтобы искомые компоненты вектора й (?) были реальны с точки зрения производственных условий данного предприятия, при их определении необходимо учитывать соответствующие ограничения, которые могут быть сведены в следующие четыре группы.

Первая группа включает в себя все ограничения, которые могут быть характеризованы общим названием условия работы оборудования, к ним относятся применяющиеся при работе станков режимы, размеры, материал и конфигурация обрабатываемых деталей, квалификация станочников, качество ухода за оборудованием, его содержание, смазка и т.п.

Вторая группа объединяет ограничения, которые условно можно назвать ремонтные особенности оборудования, к ним относятся конструктивная сложность оборудования, особенности его разборки и сборки, габариты и вес деталей, снимаемых и устанавливаемых при ремонте, общая площадь поверхностей, подвергающихся шабровке при ремонтах, и т.п.

Третья группа включает ограничения, определяющие качество ремонтов и межремонтного обслуживания. Это - точность изготовления деталей, заменяемых при ремонтах, применение при их изготовлении упрочняющей технологии, качество выполнения слесарно-пригоночных работ, зависящее от совершенства применяющихся технологических процессов ремонта, оснащенности технологическими и контрольно-поверочными приспособлениями и т.д., своевременность устранения возникающих при эксплуатации дефектов, зависящая от организации межремонтного обслуживания и применения стимулирующих форм оплаты труда ремонтных слесарей и др.

Четвертая группа включает в себя такие ограничения, как сменность работы оборудования и коэффициент его загрузки, обобщающим показателем которых является число отработанных оборудованием часов.

В качестве критерия эффективности управления Ф используется эксплуатационная технологичность. Тогда периодическое выполнение плановых ремонтов через определенное, правильно установленное число отработанных часов, будет способствовать снижению объема работ по ремонту оборудования до некоторого минимума, представляющего нормальный объем ремонтных работ, требующийся для поддержания технического состояния оборудования на нормальном уровне. При этом объем ремонтных работ для любой группы оборудования в каждый данный момент определяется: условиями его работы; его ремонтными особенностями; качеством выполняющихся ремонтов и межремонтного обслуживания; числом часов, проработанных каждой единицей оборудования без ремонта. Нормальный объем ремонтных работ в этом случае определяется по методике, основанной на оценке ремонтных особенностей оборудования путем отнесения его к определенным группам ремонтосложности (категориям сложности ремонта) [7].

В общем случае, как это видно из рис. 1, векторы x (t) и y (t); v (t) и U (t) не совпадают. Такое несовпадение вызвано тем, что на практике удается фиксировать лишь ограниченный объем параметров текущего состояния системы ППР на предприятии. Несовпадение возникает также в результате корректировки управляющих воздействий в процессе их передачи и исполнения. Кроме того, необходимо учесть, что при приеме и передаче информации возникают ошибки, помехи и сбои.

С точки зрения системного проектирования выбор критериев управления является наиболее ответственным этапом, поскольку тем самым определяется структура управляющей системы в целом. В общем случае показатели цели управления системой ППР могут быть представлены как зависимости вида

Ф = ф(Х(t), U(t), e(t)}.

Следовательно, проблема разработки компьютеризированной системы управления системой ППР состоит в том, чтобы построить и реализовать на ЭВМ алгоритмы и программы, вырабатывающие такие управляющие воздействия U (t), которые оптимизируют выбранный показатель цели управления:

Ф = ф{Х(t), U(t), e(t)}  opt,

где x(t) e Rn; U(t) e Rm; t e [t0, T].

При этом необходимо соблюдать ряд ограничений, накладываемых системой ППР. Решение всех этих проблем оказывается возможным при условии, когда задана зависимость, позволяющая установить состояние системы ППР в определенные последующие моменты времени, если известны векторы состояния управляющих и возмущающих воздействий в предыдущие моменты времени. Другими словами, необходимо знать зависимость

x(t0 = F{x(t'), U(t'), e(t')},

где t0 < t' < t" < T.

Выражение представляет собой модель системы ППР, описывающей ее поведение при возможных внешних воздействиях. Отсюда следует, что построение и реализация алгоритмов и программ выработки оптимальных управляющих воздействий возможны только при условии, когда известны необходимые параметры и взаимосвязи между ними для заданного объекта управления, что в общем виде и определяется соотношениями последней зависимости.

Использование в качестве критерия управления Ф эксплуатационной технологичности, характеризуемой множеством единичных показателей Pi, обусловливает необходимость использования комплексного показателя совокупности свойств эксплуатационной технологичности K, который зависит от «взвешенных» параметров учитываемых свойств kf т.е. от

показателей отдельных свойств с учетом их весомости, значимости для К. Т е. [9],

К = / (к,),

где к, - величина, характеризующая размер і-го свойства с учетом его значимости; і = 1,2,... п; п - общее число учитываемых свойств.

К комплексному показателю качества предъявляются такие требования, как [10] репрезентативность, монотонность изменения комплексного показателя качества изделия при изменении любого из единичных показателей качества при фиксированных значениях остальных показателей, критичность (чувствительность) к варьируемым параметрам, нормирован-ность, сравниваемость (сопоставимость) результатов комплексной оценки качества.

Перевод натуральных размерностей в безразмерные (приведенные) единицы измерения осуществляется путем соответствующего преобразования, например, с использованием линейной зависимости вида:

q = wP,

где q - значение показателя в безразмерных числах, в баллах или частях; Р - значение показателя в натуральных единицах; w - коэффициент преобразования.

Использование линейной зависимости упрощает преобразование единичного показателя, выраженного в натуральных единицах измерения, в безразмерный показатель.

Комплексный показатель совокупности свойств эксплуатационной технологичности К должен учесть значимость (весомость) каждого из них, т.е. учесть степень влияния величин отдельных свойств на итоговый показатель (уровень) эксплуатационной технологичности. Количественная характеристика значимости данного показателя среди других показателей является коэффициентом весомости. При нахождении значения комплексного показателя совокупности характеристик свойств эксплуатационной технологичности необходимо величину параметра каждого из множества свойств «взвесить», т.е. умножить на соответствующий коэффициент весомости. В предположении пропорциональности влияния единичных свойств эксплуатационной технологичности на ее итоговую количественную оценку значение К можно найти как средневзвешенное арифметическое по формуле [10]:

11

К =

п п

X кг X аг4г = а№ + а2 42 + ••• + ап4п

г=1 г=1

где аг - коэффициент высоты г-го свойства эксплуатационной технологичности; ц - безразмерная величина г-го свойства; п - количество учитываемых свойств.

В данной зависимости сумма «взвешенных» параметров учитываемых свойств к находится в знаменателе ввиду того, что единичные показатели р являются негативными, так как увеличение их значений соответствует ухудшению эксплуатационной технологичности.

Конкретные значения эксплуатационной технологичности, как и любой показатель любого процесса, колеблются относительно установленного целевого значения. Если ненормальные условия отклоняются от нормы, появляются необычные отклонения этого значения. Для устранения причин подобных аномальных условий и поддержания заданного уровня эксплуатационной технологичности необходимо применять ее контроль, а для перевода эксплуатационной технологичности на новый, более высокий уровень - совершенствование (рис. 2). При этом практическая реализация совершенствования предполагает использование такого методологического подхода, как цикл Деминга (рис. 3) [11].

Как показано на рис. 3, этот цикл никогда не заканчивается. Другими словами он фокусируется на постоянном, никогда не заканчивающимся совершенствовании, то есть задаваемые все более высокие стандарты становятся своего рода пружиной, способствующей последующим улучшениям.

Рис. 2. Контроль и совершенствование эксплуатационной

технологичности

Изучи

Рис. 3. Цикл Деминга

29

Практическое применение на промышленных предприятиях представленного подхода к управлению системой ППР основного технологического оборудования позволит обеспечить достижение высоких техникоэкономических показателей ремонтной службы предприятия и минимизировать затраты трудовых и материальных ресурсов на выполнение ремонтных работ, а также потери основного производства, связанные с ремонтом и неисправностью оборудования.

Список литературы

1. Балабанов А.Н. Контроль технической документации / А.Н. Балабанов. 2-е изд. М.: Изд-во стандартов, 1988. 352 с.

2. Иноземцев А.Н. Надежность станков и станочных систем: учеб. пособие / А.Н. Иноземцев, Н.И. Пасько. Тула, Тул. гос. ун-т, 2002. 181 с.

3. Никифоров А. Д. Процессы управления объектами машиностроения: учеб. пособ. / А.Д. Никифоров, А.Н. Ковшов, Ю.Ф. Назаров. М.: Высшая школа, 2001. 455 с.

4. Никифоров А.Д. Управление качеством: учеб. пособ. / А.Д. Никифоров. М.: Дрофа, 2004. 720 с.

5. Пасько Н.И. Адаптивная методика нормирования работ по ремонту и техническому обслуживанию технологического оборудования / Н.И. Пасько, Н.В. Анцева. // Известия Тульского государственного университета. Серия Технологическая системотехника. Вып. 7. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 84 - 91.

6. Пасько Н.И., Оптимизация режима технического обслуживания и ремонта металлообрабатывающего оборудования / Н.И. Пасько, Н.В. Ан-цева // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С. 80 - 86.

7.Справочник механика машиностроительного завода. Т. 1. Организация и конструкторская подготовка ремонтных работ / Р.А. Носкин [и др.]. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1970. 263 с.

8. Типовая схема технического обслуживания и ремонта металло- и деревообрабатывающего оборудования / Минстанкопром СССР, ЭНИМС. М.: Машиностроение, 1988. 672 с.

9. Федюкин В .К. Методы оценки и управления качеством промышленной продукции: Учебник для вузов / В .К. Федюкин, В. Д. Дурнев, В .Г. Лебедев. 2-е изд. М.: Филинъ:Рилант, 2001. 328 с.

10. Федюкин В.К. Основы квалиметрии. Управление качеством продукции. Учебное пособие / В.К. Федюкин М.: Информационноиздательский дом «Филинъ», 2004. 296 с.

11. Эванс Джеймс Р. Управление качеством: учебное пособие / Джеймс Р. Эванс. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007. 671 с.

Иноземцев Александр Николаевич, д-р техн. наук, заведующий кафедрой, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Анцева Наталья Витальевна, канд. техн. наук, доц., anzeva@ramblrer.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

MANAGEMENT OF SYSTEM OF MACHINE TOOL'S PREVENTIVE MAINTENANCE BY

MAINTENANCE WORKABILITY CRITERIA

A.N. Inozemtsev, N. V. Antseva

The approach to management of system of machine tool's preventive maintenance on industrial enterprises based on optimization of preventive maintenance period by maintenance workability criteria is represented.

Key words: maintenance workability, optimization, machine tool, preventive maintenance.

Inozemtsev Aleksandr Nikolaevich, doctor of technical science, professor, chief of department, Russia, Tula, Tula State University,

Antseva Natalia Vitalyevna, candidate of technical science, docent, anzeva@ramblrer.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.873

НАДЕЖНОСТЬ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМИ СТАНКАМИ

А. Н. Иноземцев, П. В. Губарев

Рассмотрены вопросы повышения надежности программного обеспечения промышленных микропроцессорных систем управления с целью обеспечения необходимого качества функционирования технологического оборудования.

Ключевые слова: надежность управления, программное обеспечение, микропроцессорные системы управления.

Применение в производстве современного технологического оборудования с микропроцессорными системами управления (МСУ) связано с риском недостижения необходимого качества технологического процесса в результате полного или частичного отказа программного обеспечения. Программное обеспечение (ПО) - это интеллектуальный продукт, состоящий из программ, процедур, правил и любой другой связанной с ними документации, относящихся к функционированию системы обработки

31