Имитационная модель исследования и оптимизации параметров сопротивления машин старению

фективности снижения производства новых машин и антропогенной нагрузки на окружающую среду за счет развитой системы сопротивления старению машин.

Решение задач, обозначенных в двух вышеназванных комплексах, будет являться предметом дальнейших исследований.

Литература

1. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. - М.: Машиностроение, 1971. - 408 с.

2. Система технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственных машин по результатам диагностирования. - М.: ГОСНИТИ, Информагротех, 1995. - 64 с.

3. Ушанов В.А. Проблемы и результаты поиска новых нормативов системы ТОР машин и их использование на рынке технических услуг в АПК / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2005. - 267 с.

4. Михлин В.М. Управление надежностью сельскохозяйственной техники. - М.: Колос, 1984. - 335 с.

5. Черепанов С.С. Инженерное обеспечение современного сельскохозяйственного производства // Механизация и электрификация с.х. - 1994. - №1. - С.4-7.

УДК 40.72 В.А. Ушанов, А.В. Линд

ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАШИН СТАРЕНИЮ

Обоснован метод исследования процесса старения машин как сложных вероятностных систем, техническое состояние которых интерпретируется композицией законов распределения. Разработанная имитационная модель реализует возможность оптимизации сложных по содержанию нормативов, которые используются при управлении моментом назначения и составом РОР, по результатам количественного анализа технического состояния машины. Имитационная модель позволяет осуществлять прогноз в различных производственных условиях потребности в любых ремонтных операциях, необходимых для эффективной реализации системы ТОР, как действенного средства противостояния машин старению.

Ключевые слова: параметр, ремонт, оптимизация, формализация, эффективность, восстановление, функция, алгоритм, изношенность, отказ.

V.A. Ushanov, A.V. Lind IMITATING MODEL OF RESEARCH AND OPTIMIZATION OF THE PARAMETERS OF MACHINE RESISTANCE TO AGEING

The technique for machine aging process research as the difficult likelihood systems which mechanical condition is interpreted by the distribution law composition is proved. The developed imitating model realizes possibility for optimization of the difficult specifications that are used in the process of the appointment moment management and ROR structure, on the basis of the quantitative analysis results of machine mechanical condition. The imitating model allows to forecast in various working conditions the requirements for any repair operations necessary for effective realization of the TORAHS system as effective means for machine resistance to aging.

Key words: parameter, repair, optimization, formalization, efficiency, restoration, function, algorithm, deterioration, break-down.

Введение

Оптимизация параметров комплексного содержания, предназначенных для управления техническим состоянием машин-систем, является весьма сложной проблемой. Аналитическое решение задач является наиболее предпочтительным, поскольку оно позволяет получать функциональные зависимости изучаемых параметров. Однако для сложных процессов такое решение часто оказывается затруднительным. Например, для рассматриваемого здесь случая, когда техническое состояние машины оценивается как состояние вероятностной системы, описываемой композицией законов распределения показателей надежности составляющих ее узлов и агрегатов, задача сводится к неразрешимым аналитически многомерным интегралам

[1,2]. Кроме этого, изучаемая здесь система имеет специфические особенности, которые усугубляют сложность исследований. А именно, машина представляет собой систему стареющих элементов. Она является источником случайных по времени индикации и содержанию требований на обслуживание, с одной стороны. С другой - система ТОР, предназначенная оказывать сопротивление старению путем проведения соответствующего фактическому техническому состоянию машины комплекса ремонтно-обслуживающих работ (ремонт или замена только отказавшего элемента, попутная замена нескольких элементов на новые или капитально отремонтированные, полнокомплектный ремонт).

Опыт законченных исследований у нас и за рубежом [3,4] показывает, что в подобных условиях достоверных результатов можно достигнуть с помощью метода статистических испытаний (метод Монте-Карло). Этот метод предусматривает разработку и использование имитационных моделей. В нашем случае такие модели должны самовоспроизводить все элементы процесса технической эксплуатации машин с обеспечением возможности исследования параметров системы ТОР, используемых в процессе принятия решений о моменте назначения и содержании ремонтно-обслуживающих работ [5]. Именно возможность автоматизированного самовоспроизводства исследуемого процесса и «самонакопление» статистического материала, принципиально отличает имитационные модели от других.

Объект и методы исследования

Разработка имитационной модели сводится к следующим общим этапам:

1. Формализация исследуемого процесса.

2. Формирование критерия эффективности.

3. Разработка алгоритма для компьютерного моделирования.

Формализация исследуемого процесса. На этом этапе производится содержательное описание сущности взаимодействия работающей в рядовых условиях машины и системы ТОР с максимальным приближением к математическим и технико-экономическим терминам. Формализованная схема путем вовлечения в процесс исследования переменных должна обеспечивать дополнительные возможности в исследовании конкурирующих вариантов возобновления работоспособности машин, предусмотренных системой ТОР. При этом в процессе принятия решений о моменте проведения и содержании ремонтно-обслуживающих работ используются новые по содержанию нормативы, способные более эффективно использовать систему ТОР в ее противостоянии старению машин. Для реализации ситуационного подхода при оптимизации управляющих параметров системы ТОР особое внимание должно быть уделено возможности использования техникоэкономических противоречий, которые возникают в процессе принятия решений при ремонтном сопровождении машины. При этом экономико-математическое описание сущности технических процессов должно способствовать направленному поиску оптимальных решений, а современные вычислительные средства -обеспечивать автоматизированную процедуру поиска таких решений.

Разработка алгоритмов для компьютерного моделирования. Описание имитационной модели изложено с разделением на отдельные этапы (в действительности модель представляет собой не простую сумму этих этапов, а неразрывную логическую запись взаимосвязанного процесса). Разделение объясняется стремлением показать, как путем введения различных управляющих параметров (потенциальных нормативов) на каждом последующем этапе наиболее полно реализуются возможности системы ТОР по оказанию сопротивления машин старению и повышается эффективность комплексного анализа техникоэкономических последствий принимаемых решений.

В начальной схеме, иллюстрирующей принцип оптимизации нормативов системы ТОР, реализуется следующая стратегия: либо полнокомплектный ремонт, либо ремонт отказавшего элемента. Суть этой стратегии ремонтного обслуживания заключается в следующем. При каждом ресурсном отказе какого-либо агрегата машины производится оценка ее текущего технического состояния ) и, в зависимости от

его количественного значения, назначается либо полнокомплектный ремонт пм, либо замена отказавшего элемента на капитально отремонтированный п^ Р. В общих чертах эта схема представлена на рисунке 1.

Блок 1. Формирование исходной информации по каждому из предварительно выделенных элементов машины, ввод ее в оперативное запоминающее устройство вычислительной машины.

Блок 2. С использованием генератора случайных чисел формируются ресурсные отказы элементов

машины Т1,Т2,...,Т1,...,Тп в соответствии с их индивидуальными законами распределения.

Блок 3. Определение (фиксация) первоначально наступившего отказа Тк= ттнп .

Блок 4. В момент ресурсного отказа какого-либо элемента производится исследование технического состояния машины с помощью вводимого здесь нормативного показателя степени допустимой изношенности машины Я™.

Физический смысл и способ измерения и ^я одинаков (см. начало статьи). Только -показатель, с помощью которого количественно оценивается текущее значение фактического технического состояния машины в целом, т. е. степень ее изношенности, а Я - допустимая мера изношенности, с которой можно сравнивать его текущее значение.

Исходная инф ормация 1

т., т2? н 2

шш ТЧ 3

Текущий ремонт машин путем замены отказавшего агрегата на капитально отремонтированный

По лнокомп лектный

ремонт машин 6

п..

Рис. 1. Укрупненная блок-схема для исследования варианта системы ТОР «либо полнокомплектный ремонт машины, либо ремонт только отказавшего элемента»

Блок 4. Производится исследование <7^? Если окажется, что техническое состояние машины 5]Я > Я - производится ее текущий ремонт путем замены только отказавшего элемента на капитально отремонтированный (блок 5). В противном случае (^Я - т,а когда машина относительно более

изношена и ее количественное значение меньше допустимой меры, - полнокомплектный ее ремонт (блок 6).

Таким образом, этот фрагмент имитационной модели может быть использован для оптимизации параметра Я. Суть технологии заключается в варьировании численных значений этого параметра и отыскании такого его значения, при котором критерий оптимизации достигает максимальной эффективности. Такое значение параметра (допустимой меры изношенности) приобретает статус норматива Я*. Он может

эффективно использоваться в процессе принятия решения, в рамках альтернативы: «либо ремонт машины в целом, либо ремонт только отказавшего агрегата».

Представленный на рисунке 1 фрагмент модели далеко не исчерпывает возможности системы ТОР по обслуживанию машин операциями ремонта и замены, не обеспечивает содержательного анализа принимаемых решений и, как следствие, исключается возможность обоснования содержательных рекомендаций.

Так, например, при текущем ремонте машины отказавший элемент можно заменять как на капитально отремонтированный, так и на новый. Предпосылкой целесообразности такого разделения является предположение о том, что при некоторых показателях качества капитального ремонта замена изношенных элементов на новые оправдана, поскольку более высокая надежность их работы может компенсировать разницу в их стоимостях. С другой стороны, есть основание предполагать, что на очень изношенную машину, которая скоро должна быть подвержена полнокомплектному ремонту или списанию, невыгодно, с техникоэкономических позиций, устанавливать новый элемент.

Реализовать возможность исследования возникающего противоречия предлагается с помощью управляющего параметра R^2) - допустимой меры изношенности машины, регулирующей виды замен агрегатов при текущем ремонте машины. Его физическая сущность совпадает с сущностью параметра R^. Численные его значения также лежат в диапазоне общей изношенности машины, т.е. R^2) е '^jR0 . Однако R^2) > R, поскольку решение о текущем ремонте принимается тогда, когда техническое состояние машины оценивается как '^R0 >^1) (т.е. ремонт машины в целом нецелесообразен).

Использование параметра, в качестве управляющего видом замен агрегатов текущем ремонте машины, показано на рисунке 2. После наступления ресурсного отказа (блок 1) и в случае принятия решения о целесообразности проведения текущего ремонта (блок 2) с помощью вновь введенного управляющего параметра производится исследование технического состояния машины в этот момент (блок 4). Если ее техническое состояние таково, что ^Rg >Rh) , то текущий ремонт производится путем замены отказавшего элемента на новый (блок 5).

Если же машина более изношена и ее техническое состояние оценивается, как '^R0 <Д^2), то те'

кущий ремонт необходимо произвести путем замены отказавшего элемента на капитально отремонтированный (блок 6).

Таким образом, эта часть имитационной модели может быть использована для оптимизации параметра R^2). Суть технологии обоснования заключается в варьировании численных значений этого параметра и отыскании такого его значения, при котором критерий оптимизации достигает максимальной эффективности. Такое значение параметра приобретает статус нормативаR(2 *. Он может эффективно использоваться в процессе принятия решения о содержании текущего ремонта. Дополнительно к этому становится возможным прогнозирование потребности в новых и капитально отремонтированных пкар агрегатах, wf 1пкар, и др. в

n М

зависимости от производственных условий использования машин и уровня развития системы ТОР.

При текущем ремонте машины имеется возможность более глубокого влияния на ее техническое состояние, чем это показано на предыдущем этапе. Целесообразность такого влияния на эффективность сопротивления машин старению объясняется следующими обстоятельствами. Если после капитального ремонта машины потребителю каким-то образом гарантируется продолжительность относительно надежной ее работы (показателями послеремонтного ресурса), то при текущем ремонте этого не происходит. Поэтому возникает необходимость предусмотреть в имитационной модели возможность анализа с целью обоснования рекомендаций для обеспечения работы машины после текущего ремонта с наперед заданными показателями.

Рис. 2. Укрупненная блок-схема, реализующая возможность управления техническим состоянием машины

при ее текущем ремонте

На рисунке 3 приведена укрупненная блок-схема, обеспечивающая возможность такого анализа.

Рис. 3. Укрупненная блок-схема, реализующая возможность количественного анализа попутных замен

элементов при текущем ремонте машины

Предположим, что произошел ресурсный отказ какого-либо (любого) элемента и установлена техническая нецелесообразность полнокомплектного ремонта (т.е. ^ , блок 1). Принимается решение о

проведении текущего ремонта и производится оценка технического состояния машины, чтобы определить вид замены (на новые или капитально отремонтированные элементы) - блок 2. После принятия решения о виде замены все неотказавшие элементы проверяются на целесообразность попутного ремонта. Последнему подвергаются элементы, которые не проработают без ресурсного отказа гарантийный период тГ с вероятностью а.

Таким образом, если техническое состояние машины оценивается как >Я{^) (блок 2), отказавший элемент (инициатор текущего ремонта) заменяется на новый п^ (блок 4). В связи с тем, что отказ произошел (машина уже обслуживается), одновременно производится исследование технического состояния и неотказавших элементов. При этом определяется их остаточный ресурс к моменту отказа (-

ггнп Т1). Если при оценке окажется, что Я - тт Т1 < тг (блок 3), такие элементы зачисляются в потенциальный список агрегатов, попутно (с инициатором текущего ремонта) заменяемых на новые (блок 5).

Если же XIД)

<яН - принимается альтернативное решение: отказавший агрегат (инициатор текущего ремонта) заменяется на капитально отремонтированный (блок 2). Одновременно с ним определяются остаточные ресурсы остальных агрегатов Ро|= Р- гш^. Элементы с Я' гп1п7^.<тг также попадают в потенциальный список агрегатов, заменяемых попутно с инициатором, но уже на капитально отремонтированные пкар (блоки 6, 8).

Результаты исследования

Процедура окончательного определения (идентификации) количества элементов, которые не проработают с вероятностью а гарантийный период тг , будет детально рассмотрена при описании операторной части алгоритма.

Численные значения продолжительности гарантийного периода работы элементов без ресурсных отказов и вероятности (гг и а) могут быть обоснованы либо исходя из производственных соображений, либо в результате оптимизации. Возможность оптимизации имеется, поскольку имитационная модель воспроизводит технико-экономические противоречия, составляющие основу такой оптимизации.

В заключение отметим, что, в связи с ограниченным форматом статьи, здесь приведены фрагменты имитационной модели, представляющей только основы для оптимизации параметров системы ТОР.

Литература

1. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1968. - 355 с.

2. Вагнер Т. Основы исследования операций. - М.: Мир, 1972. - Т. 1. - 336 с.

3. Гальперин А.С., Либов Л.С., Богатов О.А. Оптимизация соотношения между агрегатным и полнокомплектным методами ремонта // Механизация и электрификация социалистического с.х. - 1972. -№ 11. - С. 28-31.

4. Либов Л.С. Применение физико-кибернетического подхода для определения стратегии техникоэкономических разработок в области ремонта и технического обслуживания машин на длительную перспективу // Тр. ГОСНИТИ. - М., 1977. - Т. 56. - С. 16-19.

5. Кокс Д.Р., Смит В.Л. Теория восстановления. - М.: Сов. радио, 1967. - 299 с.