Системный анализ объектов, функций и ресурсов в процессах восстановления деталей машин

Рис. 2. Механизм фиксации электродных головок при сварке цилиндрических внутренних, наружных и плоских поверхностей:

1 — клещевина; 2 — поворотная ось; 3 — электродная головка; 4, 5 — крепежные сектора

покрытий к наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям деталей.

Модернизированные конструкции сварочных головок были смонтированы и апробированы на установках 011-1-02 и 011-1-10 «Ремдеталь» при восстановлении коленчатых и распределительных валов автотракторных двигателей. Результаты показали высокое качество восстанавливаемой поверхности деталей.

Список литературы

1. Пат. на полезную модель 34424 РФ, МКИ В 23 К 11/06. Устройство для электроконтактной наплавки / П.И. Бурак, С.Ф. Андронов, Р.А. Латыпов. — № 2003125745; заявл. 22.08.2003; опубл. 10.12.2003. Бюл. № 34.

2. Заявка 2009113402/02 РФ, МКИ В 23 К 11/06. Универсальное устройство для шовной и точечной электроконтактной сварки / П.И. Бурак, А.В. Серов; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» — заявл. 10.04.2009.

УДК 62-2.004.67

Г.И. Бондарева, канд. техн. наук, доцент

ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ОБЪЕКТОВ, ФУНКЦИЙ И РЕСУРСОВ В ПРОЦЕССАХ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Разработка технологического процесса восстановления детали предполагает системный анализ взаимодействующих объектов, их функций и потребляемых ресурсов [1]. В ходе анализа распределяют функции между участниками технологической подготовки производства и вырабатывают критерии оценки технологического решения.

В процессе восстановления детали взаимодействуют три объекта (рис. 1): I — исполнитель, II — средства технологического оснащения (СТО) и III — восстанавливаемая деталь. Объекты находятся в связях и отношениях между собой и с производственной средой. Функция системы заключается в переработке одного из ее элементов — восстанавливаемой детали.

Производственная среда (элементы производственного помещения, запасы ресурсов и др.) является внешней средой, с которой элементы системы взаимодействуют посредством внешних связей — входов и выходов (ресурсных коммуникаций). По внешним связям система получает ресурсы для своего действия в виде ремонтного фонда, который после переработки возвращается во внешнюю среду в виде товарной продукции с отходами.

Совершенство системы (элементов и связей между ними) определяется затратами ресурсов, поступающих из внешней среды и отнесенных к количеству товарной продукции. Ресурсы, потребляемые системой, делятся на материальные, энергетические и трудовые.

Внешние связи «среда — исполнитель» соответствуют затратам С11 на обучение и подготовку рабочих необходимой квалификации (единовременные затраты) и на заработную плату С12 (текущие затраты).

Внешние связи «среда — СТО» определяют вклад среды в оборудование и оснастку для их функционирования. Связь С21 определяет единовременные начальные капиталовложения в СТО, С22 определяет затраты на материалы (металлы, технологические газы, жидкости и др.), которые вводятся в предмет труда или которыми воздействуют на него. Эти материалы перерабатываются СТО или дозируются ими. Связь С23 выражает затраты на электроэнергию, на использование пара или горячей воды как носителей тепловой энергии и сжатого воздуха как носителя потенциальной энергии давления; С24 определяет мероприятия как по содержанию СТО в работоспособном состоянии путем

119

Рис. 1. Система элементов «исполнитель — СТО — предмет труда» во взаимодействии

технического обслуживания и текущего ремонта, так и по восстановлению их ресурса путем среднего или капитального ремонта. Связь С25 определяет затраты на амортизацию СТО, а связь С26 — затраты, необходимые для создания производственного объема с требуемым микроклиматом, где находятся СТО. Связь 2С выражает затраты на ликвидацию отходов от функционирования СТО.

Восстанавливаемая деталь поступает в виде ремонтного фонда С3: и выходит в виде товарной продукции 3С1 с отходами 3С2.

По количеству элементов система имеет три вида внутренних связей, определяющих парные взаимодействия элементов между собой. Выделим эти взаимодействия.

Связи 131, 132, ..., 13к выражают ручные действия исполнителя, как технологические, так и контрольные, на предмет восстановления, а обратная связь 31 — информационный сигнал о состоянии восстанавливаемой детали. Связи 121, 122, ., 121 и 21 выражают действия исполнителя по управлению СТО.

В автоматическом производстве восстанавливаемая деталь взаимодействует с СТО только посредством связей 231, 232, ..., 23ш и 32. Обратная связь 32 — это сигнал средства активного контроля от предмета труда на устройство по управлению оборудованием.

Категории действий (процесс, операция, переход и др.) — это не материальные объекты, а результат взаимодействия этих объектов. Технологический процесс — это функции СТО и исполнителей.

120

В представленной модели разработка технологии выражена описанием следующих друг за другом состояний предмета труда от ремонтного фонда (С31) до восстановленной детали (3С1) и соответствующих воздействий. В описании технологии участвуют связи 131, 132, ..., 13к и 231, 232, ..., 23ш, которые выражают совокупность технологических воздействий исполнителя и СТО на предмет труда посредством инструментов.

Описание элемента II как целого, так и его частей во взаимодействии с восстанавливаемой деталью — это предмет конструкторской задачи по разработке СТО.

Описание и оптимизация действий исполнителя — это решение организационной задачи. Системный подход связывает разработку средств и процессов восстановления и организацию труда [2].

Критерий функционирования системы — это сопоставление расхода ресурсов, поступающих из внешней среды в систему, с продукцией и отходами, выходящими из системы.

Если внешние связи выразить в стоимостном выражении, то оценочным критерием Q системы «исполнитель-СТО-восстанавливаемая деталь» может служить разница между значениями ресурсов, перемещающихся по входам и выходам системы:

Q = Ц + (-)О - ^Ко - КК - М - Э - Р - А - Зро - V

где Ц и О — цена товарной продукции и отходов соответственно; Ко и Кз — доли капиталовложений в СТО и здания, отнесенные к году эксплуатации, соответственно; Ко и Кз — капиталовложения в СТО и здания соответственно; М и Э — затраты на материалы и энергию; Р — затраты на поддержание и восстановление ресурса СТО; А — затраты на амортизацию; Зро и Зрт — единовременные и текущие затраты на рабочего.

Задача выбора способа восстановления детали впервые была решена профессором В.А. Шад-ричевым [3], впоследствии многократно изменялась другими авторами и решалась различными методами [4-6].

Предложены три основных метода выбора процесса восстановления детали, которые отличаются техническими и экономическими критериями. Первый основан на расчетах стоимости восстановления детали Св и сопоставлении ее со стоимостью новой детали Сн:

Св * Сн.

По второму методу сравнивают между собой комплексные величины в виде отношений технологических затрат к ресурсу деталей — новой и восстановленной — по следующей зависимости:

с/

< Сн ; н

где 1в и гн — скорости изнашивания восстановленной и новой деталей, мм/ч; 1в и 1н — предельные износы восстановленной и новой деталей, мм.

Третий метод учитывает стоимость и долговечность новой и восстановленной деталей, т. е.

Св * КС.

где Кд — коэффициент долговечности восстановленной детали как отношение долговечности восстановленной и новой детали.

Критерии (1) и (2) по сути одинаковые.

Недостаток первого метода состоит в отсутствии учета технического состояния и послеремонт-ной наработки восстановленной детали. Второй и третий методы допускают в производство способы, которые при малой цене восстановления формируют и малую долговечность детали по сравнению с нормативной наработкой агрегата. Все методы оценивают полученные результаты, но ни один из них не формирует сам технологический процесс восстановления детали.

Критерии оценки процесса восстановления деталей имеют большое значение для ремонтной практики и непрерывно уточняются. Профессор А.Н. Батищев [7], например, ввел комбинированный критерий фк1, отражающий энергоемкость, трудоемкость, приведенные затраты и долговечность детали:

Фи =

*11*21 *31

Д1

-> ш1п; К31 =

ц н

соответственно ко-

где ^ *2^ *31 -

эффициенты энергоемкости, трудоемкости и экономичности технологического процесса восстановления детали г-м способом; Кд1 — коэффициент долговечности восстановленной г-м способом детали; Зв1 — затраты на восстановление детали г-м способом; Цн — цена новой детали.

Задача выбора способа восстановления детали включает научную и инженерную части. Научная часть определяет состав необходимых свойств восстановленной детали и их значения, которые являются ограничениями и должны быть неукоснительно выдержаны. В результате научных исследований [8, 9] формируется рациональ-

ное множество современных процессов и значений их параметров (основа технологии) для различных объемов восстановления, новые инструменты и схемы исполнительных механизмов (основа проектирования СТО). Указанные работы предшествуют заводской подготовке производства, по содержанию они рациональны для всех предприятий ремонтной отрасли.

Инженерная часть включает выбор и описание совокупности технологических воздействий и СТО, обеспечивающих безусловное выполнение свойств восстановленной детали с минимальным расходом производственных ресурсов. Эти решения оптимальны для конкретных производств.

Постановка задачи выбора способа восстановления детали следующая: из числа возможных типов и видов технологических операций, образующих процесс, найти такую их последовательность, которая обеспечивает установленные ограничения по производительности и качеству с наименьшими затратами.

При выборе варианта технологического процесса одновременно ведется поиск как новых, так и оптимальных технических решений. При этом связное множество операций процесса восстановления детали выбирают из графа Г, составленного из вершин и дуг (рис. 2).

Каждый горизонтальный ряд вершин графа представляет собой г-е подмножество однотипных технологических операций (г = 1.. .и). Каждый тип операций включает у = тк их видов. Так, операция типа «нанесение покрытия» может быть представлена такими ее видами, как наплавка, напыление, химическое или электрохимическое нанесение и др.

Виды операций

Рис. 2. Граф вариантов технологического процесса восстановления детали:

., тк — виды операций каждого типа

1, 2, ., К — типы операций; т.

Виды технологических операций находятся из логических и эвристических представлений о различных способах преобразования энергии и материи, использования новых материалов и различных физических эффектов и их различных сочетаний.

В граф включают лишь те операции, которые обеспечивают установленные ограничения по качеству и производительности восстановления деталей. Длину каждой дуги графа определяют как затраты на подготовку и выполнение последующей операции, отнесенные к одной детали.

Таким образом, множество вершин графар. соответствует множеству образующих его операций, а множество дуг /1.+1 — затратам на подготовку и выполнение последующих операций: Г = (р., .,

'1..0+1). 4

Связное подмножество вершин, взятых по одной из каждого ряда графа, определяет один вариант технологического процесса. Число таких вариантов достигает произведения т1т2. тк. Несовместимость некоторых операций между собой сокращает количество вариантов процесса.

Оптимизация задачи выражается в поиске кратчайшего пути из вершины О в одну из вершин нижнего яруса графа, а подмножество вершин на этом пути определяет оптимальный состав операций технологического процесса.

Кратчайший путь Ь[+1 между указанными вершинами определяют решением реккурентного уравнения в каждой вершине графа:

£1+1 = шт (по всем вершинам

графа) [£

где г — шаги решения; — затраты на выполнение г-й операций при условии, что соответствующий участок графа выбран оптимальным образом; — затраты, отнесенные к г + 1 операциям; — затраты, отнесенные

к присоединению (г + 1)-й операции технологического процесса к г-м его операциям.

Выбранные на графе направления движения из его вершин обозначают стрелками. Эти связи обусловливают оптимальные сочетания операций на предыдущих шагах с операцией на последующем шаге. Расчеты при этом ведутся от вершин нижнего их ряда к вершине О. В вершины графа вписывают значения Ь1+1.

Двигаясь в найденных направлениях из вершины О графа через одну из вершин каждого яруса графа, находят сочетание операций, которое при прочих равных условиях обеспечивает наименьшие затраты на восстановление одной детали. Соответствующее значение целевой функции считается в верхней вершине графа.

Рассмотрим выбор процесса восстановления гильзы цилиндра автомобильного двигателя ЗМЗ-53.

Материал детали — СЧ18 или износостойкий чугун ИЧГ-33М. Устраняемые повреждения — из-носы зеркала цилиндра и наружной цилиндрической поверхности пояска. Требования к восстановлению: твердость поверхности 170.240 НВ, допуски на диаметр цилиндра +0,06 мм и диаметр пояска -0,02 мм, биение поверхности пояска относительно поверхности цилиндра — 0,08 мм.

Морфологическая матрица и соответствующий граф вариантов технологического процесса с затратами на подготовку и выполнение операций приведены в таблице и на рис. 3. Значения длин дуг графа приведены в их разрывах. По существу, это значения затрат ^(1+1)-1, которые входят составной частью в реккурентное уравнение (3).

Расчеты начинают с определения минимального значения функции Ь1+1 в вершинах предпоследнего 6-го яруса графа, потому что значения затрат Ь{ ниже 7-го яруса графа формально равны нулю.

Сравнение между собой длин дуг 6в-7б и 6в-7г дает основание выбрать направление движения вдоль второй дуги и ее ориентиро-

Морфологическая матрица составляющих операций технологического процесса восстановления гильзы цилиндра

Операции Коор- Затраты, р.

тип вид динаты вершин

Создание припуска на обра- Использование поверхно-

ботку зеркала цилиндра стного изношенного слоя 2а 0

Установка листов ДРД 2б 61,7

Термопластическое обжатие 2в 17,4

Напекание 2г 104,7

Железнение 2д 67,3

Создание припуска на обра- Электродуговое напыление 3б 11,3

ботку центрирующего пояска Железнение 3г 23,4

Черновая обработка центрирующего пояска Точение 4в 8,1

Черновая обработка зеркала Растачивание 5б 24,0

цилиндра Хонингование 5в 26,8

Шлифование 5г 31,5

Чистовая обработка зеркала цилиндра Хонингование 6в 23,2

Чистовая обработка центрирующего пояска Шлифование Точение резцами из сверх- 7б 12,7

твердых материалов 7г 7,4

вать стрелкой в вершину 7г, а в вершину 6в вписать минимальное значение функции — 7,4 р.

Рассмотрим вершины 5-го яруса. Вариантов движения из вершин 5б, 5в и 5г нет, поскольку из каждой вершины выходит по одной дуге. Все дуги помечаем стрелками, а в вершины вписываем сумму 30,6 р.

Из вершины 4в возможно три пути движения, но выбран путь 4в-5б-6в-7г, потому что он дает минимальное значение Ь{+1 = 54,6 р.

Дугу 4в-5б помечаем стрелкой.

При этом результаты рассмотрения значений функции Ь1+1 в вершинах 3б и 3г аналогичны полученным ранее результатам рассмотрения вершин 5-го яруса.

Из каждой вершины 2-го яруса возможно движение в одну из двух вершин 3-го яруса. Определим возможные пути движения из вершин 2а, 2б, 2в, 2г и 2д парным сопоставлением значений функции Ь1+1. Эти значения учитывают длины дуг, исходящих из этих вершин и направленных в вершины 3в и 3г. Все дуги со стрелками сходятся в вершине 3б.

Из вершины 1в возможно пять путей движения в вершины 2-го яруса. Самый короткий путь в вершину последнего яруса проходит через вершину 2а. Минимальное значение функции Ь[+1, равное 74 р., определяет стоимость восстановления детали с применением технологического процесса, который описывается сочетанием операций 1в-2а-3б-4в-5б-6в-7г и состоит из элек-тродугового напыления и точения пояска, растачивания и хонингования под ремонтный размер зеркала цилиндра и точения пояска резцами из сверхтвердых материалов.

Припуск на механическую обработку зеркала цилиндра за счет использования поверхностного изношенного слоя металла имеется лишь на заготовках, которые не исчерпали ремонтных размеров. В другом случае необходимо создавать припуск нанесением покрытия или пластическим деформированием материала заготовки.

Мысленно исключим из графа вершину 2а и связанные с нею дуги. Если повторить расчет сначала, то для графа нового содержания оптимальный технологический процесс описывается признаками 1в-2в-3б-4в-5б-6в-7г и состоит из термопласти-

Создание припуска на обработку зеркала цилиндра

Создание припуска на обработку центрирующего пояска

Черновая обработка

центрирующего

пояска

Черновая обработка зеркала цилиндра

Чистовая обработка зеркала цилиндра

Чистовая обработка

центрирующего

пояска

Рис. 3. Граф вариантов технологического процесса восстановления гильзы цилиндра

ческого обжатия заготовки, электродугового напыления и точения пояска, растачивания и хонинго-вания под номинальный размер зеркала цилиндра и точения пояска резцами из сверхтвердых материалов. Стоимость восстановления гильзы цилиндра в этом случае составляет 91,4 р.

Таким образом, предложенный метод выбора технологического процесса восстановления детали основан на учете многообразия освоенных и гипотетически возможных составляющих способов создания ремонтных заготовок, обработки и упрочнения, удовлетворяет установленным ограничениям по качеству и производительности и обеспечивает наименьшие затраты на свою реализацию. Если производственные возможности предприятия не позволяют внедрить предложенный процесс, то путем исключения его неосуществимых признаков можно найти другой процесс, наиболее близкий к оптимальному решению.

Изменяющееся соотношение затрат на материалы, энергию и заработную плату и появление новых технических решений требует периодического пересмотра результатов оптимизации.

Список литературы

1. Кравченко, И.Н. К вопросу выбора оптимального способа восстановления изношенных деталей машин / И.Н. Кравченко, В.Ю. Гладков, А.М. Третьяков // Научно-технич. сб. — Балашиха: ВТУ при Спецстрое России, 2002. — С. 8-16.

2. Кравченко, И.Н. Основы системного подхода к оптимизации способов восстановления деталей машин / И.Н. Кравченко, Р.М. Гатауллин // Ремонт. Восстановление. Модернизация. — 2005. — № 4. — С. 34-37.

3. Шадричев, В.А. Основы выбора рационального способа восстановления автомобильных деталей металлопокрытиями / В.А. Шадричев.- М.; Л.: Машиздат, 1962. — 296 с.

4. Фролов, В.И. Методика выбора рационального способа восстановления деталей / В.И. Фролов, Д.В. Скичко //

Строительные и дорожные машины. — 2000. — № 3. — С. 36-39.

5. Кравченко, И.Н. Методика обоснования оптимального способа восстановления деталей строительных и дорожных машин / И.Н. Кравченко // Строительные и дорожные машины. — 2003. — № 1. — С. 39-41.

6. Гологорский, Е.Г. Выбор способа восстановления деталей / Е.Г. Гологорский, Д.А. Максимов // Механизация строительства. — 2008. — № 7. — С. 12-15.

7. Батищев, А.Н. Методика оптимизации способов восстановления деталей / А.Н. Батищев // Организация и технология ремонта машин. — М.: РГАЗУ, 2000. — С. 174-178.

8. Кравченко, И.Н. Комплексный анализ методик выбора рациональных способов восстановления деталей машин / И.Н. Кравченко // Ремонт. Восстановление. Модернизация. — 2007. — № 3. — С. 40-44.

9. Кравченко, И.Н. Оценка результатов исследований значимых факторов при оптимизации способов восстановления деталей машин / И.Н. Кравченко, И.В. Соколов // Международный технико-экономический журнал. — 2007. — № 2. — С. 58-65.

УДК 631.173.004.12

В.В. Карпузов, канд. техн. наук, профессор

ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К МЕНЕДЖМЕНТУ КАЧЕСТВА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ АПК

Современный механизм управления качеством продукции базируется на системном и процессном подходах к менеджменту качества. Системный подход — важнейший элемент философии управления качеством. Создание эффективных систем качества, ориентированных на внедрение современных технологий и методов менеджмента качества, — залог устойчивого положения предприятий на рынке.

Системы менеджмента качества (СМК) на основе международных стандартов ИСО серии 9000 стали одним из наиболее эффективных инструментов обеспечения качества продукции и услуг. Разработка, внедрение и сертификация систем менеджмента качества началась с 1987 г. и в настоящее время их применяют в 170 странах; свыше 1 млн предприятий и организаций сертифицировали свои системы менеджмента качества на соответствие международному стандарту ИСО 9001 [1].

Модель системы менеджмента качества, основанной на процессном подходе и положенная в основу стандартов ИСО серии 9000, является концентрированным обобщением накопленного мирового опыта в области управления качеством продукции и охватывает все основные требования стандарта ИСО 9001 [2], не детализируя их (рис. 1). Требования стандарта ИСО 9001 предназначены для всех

124

организаций независимо от вида, размера и поставляемой продукции.

Создание и сертификация СМК на основе МС ИСО серии 9000 постепенно становится общепризнанной нормой и в Российской Федерации. В настоящее время более 6,5 тыс. предприятий получили сертификат соответствия СМК. Наиболее быстрыми темпами работа по созданию СМК проводится в машиностроительных отраслях, строительстве, в сфере услуг и образования, пищевой и перерабатывающей промышленности.

Создание и сертификация на предприятии СМК на основе МС ИСО серии 9000 приносит организации значительные преимущества и существенно улучшает показатели финансово-хозяйственной деятельности [3] (см. таблицу).

Сравнение экономических показателей деятельности предприятий, достигнутых при внедрении СМК, со средними значениями по отрасли показывает, что рентабельность возрастает в 2,3.. .3,6 раза, рост объема продаж на одного работающего — в 3,2...4,7 раза, рост объема инвестиций на одного работающего — в 1,7.2,2 раза.

К сожалению, работа по созданию систем менеджмента качества на предприятиях инженернотехнической системы (ИТС) АПК практически отсутствует. Причиной сложившейся ситуации яв-