Фактических показателей надежности icon

Фактических показателей надежности




Скачати 427.07 Kb.
НазваФактических показателей надежности
Сторінка1/2
Дата29.06.2012
Розмір427.07 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2



На правах рукописи


УДК 622.232


Шемшура Елена Анатольевна


ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ПРОХОДЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С УЧЕТОМ

ФАКТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ


Специальность 05.05.06 – «Горные машины»


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Новочеркасск - 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»


Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Носенко Алексей Станиславович


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ляшенко Юрий Михайлович

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Ошеров Борис Аронович


Ведущая организация - ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»


Защита состоится «30» июня 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.04 при ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовской обл., ул. Просвещения, 132. (гл. корпус, к. 107).


С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке университета, с текстом автореферата – на сайте ЮРГТУ (НПИ): www.npi-ru.


Автореферат разослан «26» мая 2009 г.



Ученый секретарь

диссертационного cовета,

докт. техн. наук, профессор



В.С. Исаков

^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Отличие угледобывающего предприятия от большинства других промышленных предприятий состоит в том, что затраты на приобретение и эксплуатацию оборудования и поддержание машин в работоспособном состоянии имеют более весомую часть, и по сути определяют эффективность работы предприятия. Горнопроходческие работы (ГПР) являются ключевым звеном в системе горного предприятия. В целях повышения их эффективности ведутся работы в направлении создания комплектов и агрегатов нового технического уровня технического перевооружения ГПР, проводятся значительные исследования, направленные на совершенствование механического способа разрушения с помощью исполнительных органов проходческих комбайнов, а также использование энергии высоконапорных струй воды в сочетании с механическим способом разрушения.

Одним из путей повышения эффективности ГПР ведущие специалисты считают разработку научно обоснованных процедур выбора горнопроходческого оборудования.

Решение такой задачи актуально по следующим соображениям:

- во-первых, существование множества вариантов проходческих машин, из которых для конкретных условий могут быть скомпонованы комплекты и комплексы (это оборудование для разрушения горного массива, удаления горной массы из призабойной зоны и крепления выработки);

- во-вторых, высокая стоимость оборудования и значительный уровень экономического риска;

- в-третьих, завышенные характеристики оборудования, рекламируемые заводами-изготовителями, вызывают необходимость в апробированных методах оценки фактических возможностей оборудования на основе моделирования процессов его эксплуатации;

- в-четвертых, неполнота информации о процессах эксплуатации горнопроходческих машин приводит к искаженным результатам оценки характеристик машин.

В результате анализа проведенных ранее исследований эффективности ГПР и путей ее повышения установлено, что существующие показатели, критерии и характеристики ее оценки, как правило, индивидуальны для каждой из машин. При оценке надежности, как одной из важнейших составляющих эффективности применения оборудования, недостаточно учитывается влияние фактических показателей надежности отдельных элементов проходческой системы на качество функционирования и выходной эффект системы в целом, а также случайный характер многих событий, таких как отказы оборудования, их ликвидация, изменение условий эксплуатации и других.

Таким образом, представляется актуальным научное обоснование и разработка метода выбора вариантов рационального проходческого оборудования на основании фактических показателей надежности и с учетом технико-экономической оценки конечной эффективности их применения.

^ Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа входит в состав исследований по научному направлению «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда», утвержденному решением Ученого Совета ЮРГТУ (НПИ) от 25.01.01 г., и выполнена в рамках темы П-53-767 «Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горнопроходческих машин», проводимых кафедрами «Технологические машины и комплексы» и «Сервис транспортных и технологических машин» в рамках НИР Шахтинского института (филиала) ЮРГТУ (НПИ).

^ Цель работы. Повышение эффективности горнопроходческих работ путем выбора рациональных вариантов проходческого оборудования на основе исследований фактических показателей надежности и технико-экономической оценки его функционирования.

^ Идея работы. Оценка эффективности проходческого оборудования и выбор рационального варианта комплекта машин для проведения подготовительных выработок осуществляется методом статистических испытаний с учетом фактора надежности по критерию минимизации приведенных затрат на эксплуатацию.

^ Научные положения:

- при проведении подготовительных выработок по породам с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова f=6-14 зависимость наработки на отказ бурильных и погрузочных машин от крепости описывается гиперболической функцией, время восстановления и коэффициент готовности – линейной;

- случайные величины наработки на отказ горнопроходческого оборудования подчиняются экспоненциальному и экспоненциально-степенному (двухпараметрическому распределению Вейбулла с параметром формы b=0,8-1,5) законам распределения, случайные величины времени восстановления - экспоненциальному и логарифмически-нормальному законам;

- выбор рациональных параметров горнопроходческих машин целесообразно производить на основе имитационно-статистической модели функционирования, с использованием метода статистических испытаний и генерацией потоков случайных чисел, подчиненных экспоненциальному, экспоненциально-степенному и логарифмически-нормальному законам распределения;

- надежность горнопроходческого оборудования характеризуется комплексным критерием - показателем тяжести отказа, учитывающим готовность машин к работе в реальных условиях эксплуатации и относительную стоимость восстановления работоспособного состояния.


^ Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных апробированных методов исследований: анализа научно-исследовательских работ, посвященных исследуемому вопросу; статистических методов планирования вычислительных экспериментов, выполненных с использованием современных ПЭВМ и программных продуктов; адекватностью теоретических моделей реальному процессу (расхождение расчетных и опытных данных в большинстве случаев не превышает 10%); достаточностью объема экспериментальных данных при уровне доверительной вероятности 0,9 и относительной ошибке не более 10 %.

^ Научная новизна работы состоит в следующем:

- для полученных зависимостей показателей надежности бурильных и погрузочных машин от коэффициента крепости горных пород установлены численные значения коэффициентов уравнений регрессии на основе данных производственных наблюдений за работоспособностью горнопроходческого оборудования в подготовительных забоях;

- получены численные параметры законов распределения случайных значений наработки на отказ и времени восстановления проходческого оборудования;

- разработана математическая модель надежности технической системы: модель формирования потоков отказов и восстановлений работоспособности оборудования системы с учетом фактических показателей надежности позволяет имитировать процесс эксплуатации системы и устанавливать ее эффективность.

- предложен новый критерий оценки надежности проходческого оборудования для сравнения различных вариантов при одинаковых комплексных показателях, обеспечивающий возможность учета относительной стоимости восстановления работоспособного состояния.

^ Значение работы. Научное значение заключается в обосновании критерия оценки эффективности проходческого оборудования, позволяющего определять затраты на восстановление работоспособного состояния проходческой техники, и уточнении на его основе принципов выбора рациональных вариантов оборудования; описании процесса эксплуатации проходческой системы как стохастического с учетом фактических показателей надежности, благодаря которым учитывается реальная работоспособность машин; установлено соответствие применяемых законов распределения случайных величин потокам отказов и восстановлений составляющих элементов системы на основе экспериментально полученных данных.

^ Практическое значение состоит в том, что ее результаты, в частности, методика, алгоритм и программное обеспечение используются при выборе горнопроходческих машин и оценке их характеристик эксплуатационной надежности техники применительно к конкретным условиям эксплуатации и направлены на дальнейшее совершенствование методов проектирования проходческих систем.

^ Внедрение результатов диссертационной работы. Основные результаты диссертационных исследований приняты к применению техническими службами шахт и угольных предприятий ЗАО «Управляющая компания «Гуковуголь»; нашли отражение в «Методике организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах проходческого оборудования в условиях Российского Донбасса», утвержденной и принятой к использованию ОАО «Ростовуголь», ОАО «Гуковуголь» и ОАО «КМЗ»; «Методике выбора рациональных вариантов оборудования проходческой системы», утвержденной и принятой к использованию ЗАО «Управляющая компания «Гуковуголь».

^ Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях Шахтинского института ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) (1996-2008 г.г.), на IX международной научно-практической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» г. Пенза (2008 г.), на симпозиуме «Неделя горняка-2009» г. Москва, на научных семинарах кафедр «Технологические машины и оборудование» и «Сервис транспортных и технологических машин» ШИ (Ф) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 13 научных работ.

Автор выражает признательность доктору технических наук Г.Ш. Хазановичу, а так же коллективам кафедр «Сервис транспортных и технологических машин» и «Технологические машины и оборудование» ШИ (Ф) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) за оказанную поддержку и методические советы на различных этапах исследований.


^ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ ситуации, сложившейся на шахтах и угольных предприятиях Восточного Донбасса, установлено современное состояние механизации горнопроходческих работ по статистическим данным в динамике. Это позволило выделить причины снижения эффективности проведения ГПР, направления повышения технико-экономических показателей, основные тенденции развития. Одним из направлений изучения путей повышения эффективности эксплуатации проходческого оборудования является критический анализ методов оценки его надежности, имеющий следующую последовательность:

  • оценка состояния теории эксплуатации оборудования применительно к проходческим машинам;

  • анализ работ в области теории и практики надежности горношахтного оборудования на шахтах Восточного Донбасса;

  • изучение состояния вопроса в области технического обслуживания машин.

Вопросам совершенствования проходческого оборудования, исследования его надежности посвящены работы многих известных ученых: докт. техн. наук Г.В. Родионова, А.Д. Костылева, Н.В. Тихонова, Я.Б. Кальницкого, С.С. Музгина, А.А. Соловьева, С.А. Полуянского, Г.С. Рахутина, Л.И. Кантовича, Г.М. Водяника, Б.А. Верклова, И.В. Ляшенко, Р.Ю. Подэрни, Н.И Сысоева, Г.Ш. Хазановича, А.И. Деева, П.А. Михерева, Ю.М. Ляшенко, А.С. Носенко; канд. техн. наук С.Г. Калмыкова, О.П. Иванова, В.Г. Сильня, С.И. Носенко, О.Д. Гагина, В.Д. Ерейского, Н.В. Гонтаря, И.Д. Мариана, П.Д. Кравченко, И.Ф.Рюмина, С.Е. Лоховинина и других.

Анализ работ, посвященных изучению надежности горношахтного оборудования, позволяет сделать следующие выводы: уровень надежности горного оборудования остается еще низким, а изучение вопросов, связанных с надежностью проходческого оборудования, имеет очень большое практическое значение; вопросы, посвященные надежности решаются в основном применительно к добычному оборудованию (результаты этих работ, представляющие большую ценность в методическом отношении, не могут быть использованы в настоящем исследовании, что обусловлено особенностями работы проходческих комплектов); для проходческого оборудования работы посвящены в основном погрузочным машинам, для которых решались задачи, позволившие оценить эксплуатационные показатели надежности, определить структуру и величину трудозатрат на поддержание машины в работоспособном состоянии, а также произвести анализ стоимости технического обслуживания.

Так как при строительстве горных выработок эксплуатируется различное механическое оборудование, представляющее в совокупности сложную техническую систему, возникает необходимость системного подхода к изучению проблемы надежности и перехода от одного отдельно взятого типа оборудования к проходческим комплектам и комплексам в целом.

Анализ состояния вопроса показал, что для достижения цели диссертации требуется решение следующих задач:

- изучение и систематизация условий эксплуатации горнопроходческой техники на угольных шахтах Российского Донбасса; выбор базовых шахт и горных выработок для проведения производственных наблюдений и исследований;

- уточнение методики и разработка программы производственных наблюдений за работоспособностью проходческого оборудования;

- сбор, обобщение данных о работоспособности, ремонтопригодности, ресурсе горнопроходческих машин, их узлов в типичных условиях эксплуатации;

- выбор количественных показателей надежности проходческого оборудования для оценки эффективности его эксплуатации;

- разработка адекватных математических моделей, описывающих показатели надежности и эффективности проходческих систем с учетом случайных процессов возникновения отказов, восстановления и планового технического обслуживания;

- разработка методики оценки затрат на эксплуатацию оборудования с учетом фактических показателей надежности и ремонтопригодности, позволяющей определять их на момент отработки установленного ресурса при обеспечении эксплуатационной производительности не ниже заданной;

- проведение статистических испытаний, анализ результатов испытаний, разработка рекомендаций по оценке эффективности проходческого оборудования и методики выбора рационального проходческого оборудования в конкретных горно-геологических условиях.

Во второй главе приведены результаты производственных наблюдений за работоспособностью горнопроходческого оборудования.

Сбор информации об условиях проведения горных выработок в Восточном Донбассе проводился на 20 шахтах по 179 подготовительным забоям, в результате определены характерные условия эксплуатации проходческого оборудования и номенклатура средств механизации технологических процессов, получивших наибольшее применение при строительстве выработок. Установлено, что основное количество выработок проводится по породам выше средней крепости и крепким, характерными являются сечения площадью от 12 до 15 м2, более 70% общего объема проходки образуют горизонтальные и слабонаклонные выработки. Анализ средств механизации горнопроходческих работ выявил следующее: из общего объема комбайнами проходится около 8% выработок, остальные – буровзрывным способом с использованием погрузочных и буропогрузочных машин. Парк погрузочных машин распределяется поровну между машинами непрерывного и периодического действия. Для механизации процесса бурения шпуров используются колонковые электросверла ЭБГП–1, бурильные установки типа УБШ и навесное бурильное оборудование. Для удаления разрушенной горной массы из призабойного пространства в основном применяется конвейерный транспорт.

Для определения показателей надежности проходческих машин разработана «Методика организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах проходческого оборудования в условиях Российского Донбасса», проведены производственные наблюдения. Наблюдения проводились по выборочному методу. Результаты наблюдений обрабатывались известными методами математической статистики и теории вероятности. Влияние условий поведения горных выработок на надежность машин определялось установлением зависимостей показателей надежности бурильных и погрузочных машин от крепости горных пород. Полученные уравнения регрессии, графическое изображение которых представлено на рис. 1, довольно точно описывают имеющийся материал – для всех уравнений связи корреляционное отношение было не ниже 0,89.

Случайные значения наработки на отказ и времени восстановления горнопроходческих машин, полученные в результате производственных наблюдений, проверялись на соответствие различным законам распределения. В качестве критерия для поверки согласованности эмпирического и выбранного теоретического распределений использовали критерий К. Пирсона. Установлено, что наработка машин хорошо описывается двухпараметрическим законом распределения Вейбулла, с параметром формы b от 0,8 до 1,5; время восстановления – экспоненциальным и логарифмически-нормальным законам.





1 – ЭБГП-1, 2 – УБШ-313, 3 – УБШ-308,

4 – УБШ-214, 5- УБШ-252, УБШ-215

1 – МПК-3, 2 – 1ППН-5, 3 – 2ПНБ-2, 4 – 1ПНБ-2


Рисунок 1. Зависимости показателей надежности проходческого

оборудования от крепости горных пород


Проведены анализ и обобщение результатов исследований работоспособности проходческого оборудования, проводимых кафедрой «Технологические машины и оборудование» ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ) в условиях Российского Донбасса, и публикаций данных аналогичных исследований в Кузбассе.

Основные показатели функционирования оборудования проходческих систем приведены в таблице 1.

Таблица 1

Оборудование

Наработка на отказ, То, час

Среднеквадратичное отклонение То, ?То

Время

восстановления Тв, час

Плотность распределения

наработки

на отказ

времени

восстановления

1

2

3

4

5

6

Бурильные установки, способ бурения:

- вращательного

4,3

3,82

1,5





- вращательно-ударного

4,9

3,77

1,7





- ударно-поворотного

3,5

2,83

1,3





Погрузочные машины непрерывного действия:

- 1-ый типоразмер (с электромеханическим приводом ходовой части)

5,26

4,42

3,12





- 2-ой типоразмер (с электромеханическим приводом ходовой части)

6,67

5,87

2,17





- 2-ой типоразмер (с гидравлическим приводом)

6,42

5,34

2,28





Погрузочные машины периодического действия:

- с осевой разгрузкой ковша

3,61

2,85

1,93





- с боковой разгрузкой ковша

8,50

7,65

1,50





- с боковой разгрузкой ковша и телескопической стрелой

5,22

4,23

2,45





Перегружатели:

- скребковый

4,65

3,85

2,10





- ленточный

5,10

4,13

1,90





Локомотивный транспорт

7,77

6,92

0,42





Это позволило получить фактические количественные показатели надежности серийно выпускаемого проходческого оборудования и обоснованно подойти к определению исходных данных для проведения исследований работоспособности и ремонтопригодности проходческих систем с учетом ожидаемых затрат на ее эксплуатацию в современных условиях применения.

^ Третья глава посвящена теоретическим исследованиям и математическому моделированию надежности проходческого оборудования. Оценка эффективности работы системы машин основывается на выборе критериев оценки работоспособности, ремонтопригодности и долговечности проходческого оборудования и обосновании принятия комплексного критерия фактического уровня надежности. Применительно к этому оборудованию определена номенклатура показателей надежности: коэффициент готовности КГ, вероятность безотказной работы , вероятность восстановления , среднее время восстановления и наработки на отказ , средний ресурс до списания и до капитального ремонта .

При этом произведено уточнение определения «коэффициента готовности» применительно к проходческим машинам. Основываясь на различии технической (QT) и эксплуатационной (QЭ) производительности машины, считаем наработку Т, определенную с использованием QT, наработкой по чистому времени работы машины (ТМ), а наработку Т, определенную с помощью QЭ наработкой по общему времени работы машины (ТО). Соответственно определяем и коэффициент готовности.

Среднее время восстановления ТВ в общем случае включает: время на обнаружение неисправности (tобн); время на вызов ремонтной службы (tвыз); продолжительность поиска и доставки запасных частей (tпз); непосредственное время на устранение отказа (tнв). Часть перечисленных составляющих зависит только от технологичности машины (tобн; tнв), а часть – от организации технического обслуживания (tвыз;tпз). Поэтому следует различать общее время восстановления: ТОВ = tобн+ tвыз+ tпз+ tнв и технически необходимое время восстановления отказа: ТТВ = tобн+ tнв.

Коэффициенты готовности, определенные по ТОВ и ТТВ, также имеют различный смысл. Коэффициент КГ, определенный по ТОВ, характеризует надежность машины при сложившемся уровне технического обслуживания (ТО), а определенный по ТТВ – при организации технического обслуживания, исключающей простои машины из-за вызова ремонтной службы, поиска и доставки запасных частей. Таким образом, взаимосвязь коэффициентов готовности представляем схемой, в которой - максимально возможный при интенсивной эксплуатации машины; - при интенсивной эксплуатации машины и существующей организации ТО и Р; - максимально возможный при существующей организации проходческого цикла; - коэффициент готовности в реальных условиях эксплуатации.


КГМ

КГ


КГО
















Для сравнения разнотипных машин по показателям надежности более объективным следует считать коэффициент , так как этот коэффициент характеризует машину без учета влияния существующего уровня организации проходческих и ремонтных работ. Коэффициент можно использовать для количественной оценки надежности однотипных машин, работающих в сходных горнотехнических условиях эксплуатации. Все четыре коэффициента рассчитываются в результате обработки одних и тех же производственных данных.

В качестве целевой функции в настоящем исследовании приняты приведенные (удельные) к 1 м3 горной выработки в целике затраты на эксплуатацию оборудования СЭО, ограничением является уровень производительности системы не ниже заданного. Приведенные фактические затраты представим в виде формулы: СЭОаммзпэрр , где часть статистически постоянных членов, таких как заработная плата Сзп, амортизационные отчисления на реновацию Сам, затраты на материалы См, стоимость энергии Сэ определяются по известным методикам, но в отличии от них выражаются через требуемую производительность. Особую группу в рассматриваемых затратах составляют затраты на поддержание и восстановление работоспособного состояния машин Срр, напрямую зависящие от их технического уровня, надежности, и существующей организации сервиса оборудования. В эту группу входят удельные затраты на капитальный ремонт Скр, профилактические ремонты Ср, и ликвидацию случайных отказов Со: .

Математическая модель, связывающая производительность проходческой системы и ее стоимостные характеристики, имеет следующий вид:



,

где n - количество механического оборудования в забое; Сi – балансовая стоимость машины для потребителя, руб.; Тф – фактический ресурс для списания, ч; Q – требуемая производительность проходческой системы, м3/ч; Ко – коэффициент, учитывающий заготовительно-складские расходы; ?пр – тарифная ставка проходчика со всеми доплатами и начислениями, руб./см; tсм – расчетная (чистая) продолжительность смены, ч; nм – число проходчиков, занятых на основных операциях; Твсп – суммарная трудоемкость вспомогательных работ за смену, чел.-ч/м3; z – тариф на электроэнергию, руб./кВт-ч; N? – суммарная энерговооруженность забоя, кВт; Кс – средний коэффициент спроса в течение смены; ? – относительная продолжительность работы оборудования за смену; Кi - калькуляционной стоимости ремонта машины на рудоремонтном заводе, руб.; Ткр - реальной средней длительности ремонтного цикла, ч; Тн.р – достигнутый ресурс машины, ч; ? – коэффициент, учитывающий затраты на демонтаж, транспортировку и монтаж машин при каждом капитальном ремонте; Тр.о , Тт. j – наработка машин проходческой системы на ремонтный осмотр и текущий ремонт j-го типа соответственно; l – количество текущих ремонтов j-го типа; Сро, Ст - затраты на ремонтные осмотры оборудования и проведение текущих ремонтов соответственно, руб.: , , здесь ?р – средняя часовая зарплата рабочего-ремонтника с доплатами и начислениями, руб./ч; qро, qт – трудоемкость выполнения ремонтного осмотра и текущего ремонта соответственно, чел.-ч; Сзч, Срм – затраты на запасные части и расходные материалы соответственно, руб.; ?i – интенсивность отказов машины (определяется по данным наблюдений за работоспособностью оборудования); Тв.ср - среднее время устранения отказа проходческой системы, ч; т – количество рабочих-ремонтников, занятых устранением отказа.

Представленное выражение позволяет определять приведенные затраты на эксплуатацию оборудования проходческой системы на любой момент отработки ресурса при обеспечении эксплуатационной производительности не ниже заданной.

Построение математической модели процесса функционирования проходческой системы основано на априорном анализе надежности. Проходческая система является типично сложной системой, состоящей из подсистем, решающих три основные технологические задачи: разрушение массива горных пород, удаление продуктов разрушения за пределы контура выработки, обеспечение устойчивости обнаженных поверхностей. Процесс эксплуатации системы представляет собой последовательность различных состояний ее элементов (работы, профилактики, ремонта).

Элементы каждой -ой подсистемы характеризуются интенсивностью отказов и восстановлений . Величины и являются достаточным математическим описанием работы проходческой системы при = 1, 2, 3, 4. Величины с индексом =1 относим к средству разрушения массива; =2 - средству для уборки горной массы; =3 - средствам удаления горной массы из призабойной зоны; =4 - оборудованию для крепления выработки.

По принятым определениям проходческая система относится к однофункциональной системе, задачей которой является проведение горной выработки в течение интервала времени  , где - время работы, предусмотренное проходческим циклом. Каждый элемент находится в одном из двух состояний:

.

При этом возможны такие отказы элементов сложной системы, которые снижают качество функционирования машины, но не приводят к ее полному отказу.

В дальнейшем состояние рассматриваемой системы, описывается -мерным вектором :

.

Состояние системы можно интерпретировать как двоичное число, все возможные состояния системы выписать в порядке следования натурального ряда чисел в двоичной системе исчисления. Выпишем эти состояния, транспонировав вектор-столбец в вектор-строку :



Считаем, что потоки отказов и восстановлений работоспособности системы ординарны. Тогда переход из состояния в состояние возможен лишь в том случае, когда вектор отличается от вектора значением только одной компоненты.

Далее каждому состоянию системы присвоим характеристику качества функционирования системы в этом конкретном состоянии. Каждый из элементов выполняет определенные функции, необходимые для выполнения задачи системой в целом. В нашем случае для выполнения задачи – проведения горной выработки - требуется, чтобы происходило отделение горной массы от массива, осуществлялась погрузка горной массы и ее перемещение, происходило временное и постоянное крепление выработки.

Будем считать, что все элементы системы должны работать в течение всего времени выполнения задачи, и отказавший элемент сразу же начинает восстанавливаться, а система продолжает выполнять задачу, но уже другим способом. Переход системы из одного состояния в другое характеризуется отказом или восстановлением только одного элемента системы.

Каждый элемент системы характеризуется постоянной интенсивностью отказов и восстановлений . Величины и являются вероятностями перехода системы из одного состояния в другое за промежуток времени .

В связи с изменением состояния системы изменяются способы выполнения задачи и соответственно меняются характеристики качества функционирования системы. В рассматриваемом случае будем считать, что характер перехода системы из состояния в состояние является Марковским, т.е. все будущее поведение системы зависит от ее настоящего состояния и не зависит от ее прошлого поведения.

Марковский процесс характеризуется матрицей переходных вероятностей : .

Элементы этой матрицы - условные вероятности перехода в момент из состояния в состояние . Переходные вероятности для представляются в виде: .

Вероятность остаться в состоянии определяется как вероятность события, дополнительного к совокупности всех возможных переходов из этого состояния в другие : , где - интенсивность перехода из состояния в состояние (т.е.или ).

Очевидно, что , ,

т.е. матрица переходных вероятностей является стохастической (сумма элементов каждой ее строки равна 1). Возможные состояния системы и переходы между ними для данного случая изображаются с помощью графа состояний (рис. 2).



Так как интенсивность переходов определяется постоянными величинами , , то переходные вероятности не зависят от времени, следовательно, матрица является стационарной, а Марковский процесс, для которого матрица переходных вероятностей стационарна, называется однородным.

Таким образом, процесс изменения состояний проходческой систе-

Рисунок 2. Ориентированный граф

состояний проходческой системы

мы, состоящей из четырех элементов, описывается однородным Марковским

процессом с непрерывным временем и конечным числом дискретных состояний. Вероятность состояний в момент можно связать с вероятностями состояний в момент . Действительно, система может попасть в состояние двумя взаимно исключающими друг друга путями. Во-первых, она уже может находиться в состоянии в момент времени и не сделать ни одного перехода в течение интервала . Эти события имеют вероятности и соответственно. Во-вторых, в момент времени система может находиться в одном из состояний и за время совершит переход из состояния в состояние .

Эти события имеют вероятность пребывания системы в состоянии в момент времени , которую можно описать уравнением:

.

Здесь вероятность и - условные вероятности не покинуть состояние за время или перейти из состояния в состояние при условии, что система находилась в состоянии или соответственно. Рассматриваемый процесс удобно характеризовать матрицей интенсивностей переходов

, ,

где - число способов выполнения задачи.

Для того чтобы получить вероятность попадания системы в состояние за время одним из возможных способов вероятности умножаются на или соответственно. Затем в соответствии с теоремой полных вероятностей берется сумма этих произведений по всем возможным способам . Задавшись начальными условиями, решается эта система уравнений, и получаем вероятности того, что система в момент будет находиться в состоянии , . Применительно к рассматриваемому случаю, система дифференциальных уравнений имеет вид:

.

Таким образом, проведенный априорный анализ надежности проходческой системы позволяет заключить, что представленная матрица является матрицей коэффициентов системы дифференциальных уравнений для вероятностей состояния системы, что, в свою очередь, позволяет решать прямую и обратную задачи надежности: прямая - оценка качества функционирования системы по известным показателям надежности, обратная - определение требуемого набора показателей надежности для заданных показателей качества функционирования системы (максимум производительности, минимум затрат на эксплуатацию).

Для проведения статистических испытаний и решения задач, связанных с оценкой эффективности эксплуатации проходческого оборудования разработан имитационно-моделирующий алгоритм (рис. 3), который объединяет процессы функционирования отдельных машин в общий процесс всей технологической системы. И позволяет определять приведенные затраты на эксплуатацию машин с учетом случайного потока отказов и восстановления работоспособного состояния на любой момент отработки ресурса, с возможностью принятия решения об эффективности применения проходческого оборудования, а также возможности прогнозирования ожидаемых показателей надежности и оптимальных сроков эксплуатации. Статистические испытания на имитационной модели проводились с целью исследования влияния основных факторов на критерий эффективности и целевую функцию.

Обработка результатов моделирования проводилась методами математической статистики, при этом ошибка не превысила 10% при доверительной вероятности 0,95. Оценка адекватности модели проводилась путем сравнения результатов моделирования и данных хронометражных наблюдений за работой проходческой техники, расхождение между результатами вычислительного эксперимента и опытными данными не превысило 14%.

Обработка результатов статистических испытаний позволила установить зависимости, по которым можно сделать вывод, что уровень надежности проходческих машин, соответствующий КГ = 0,82-0,86, вполне способен свести до минимума потери времени, связанные с отказами. Поэтому значение времени наработки на отказ системы Тос находящееся в диапазоне 5-6 ч, можно считать оптимальным (при Твс = 0,8-1,3 ч).

Полученные зависимости позволяют прогнозировать значения приведенных затрат на эксплуатацию проходческого оборудования при различных значениях производительности, надежности, интенсивности отказов оборудования в процессе эксплуатации (рис. 4, 5). В результате эксперимента получены значения коэффициента готовности комплектов проходческого оборудования в различных горнотехнических условиях.

На основании анализа результатов экспериментальных исследований установлено, что при сокращении количества капитальных ремонтов на один и увеличенном среднем ресурсе до капремонта на 50 % (что возможно за счет проведения агрегатированных ремонтов по фактическому состоянию) уровень приведенных затрат на эксплуатацию будет ниже на 10-12 % к моменту отработки ресурса, чем при обычном режиме эксплуатации.




Рисунок 3. Блок-схема алгоритма расчета приведенных затрат

потребителя при эксплуатации проходческого оборудования с учетом

фактических показателей надежности








Рисунок 5. Влияние интенсивности

отказов на критерий эффективности

и коэффициент готовности


Для оценки надежности оборудования проходческой системы предлагается использовать дополнительный критерий - «показатель тяжести отказа», который учитывает не только длительность восстановления работоспособного состояния изделия, достиг-

Рисунок 4. Влияние исследуемых

факторов на критерий эффективности

нутую наработку, но и саму стоимость ремонта или заменяемых частей.

Основой для вывода предложенного показателя послужил коэффициент готовности изделия, применяемый как более объективный для сравнения разнотипных машин по показателям надежности, а также оценки уровня организации технического сервиса. Показатель тяжести отказа имеет вид: , где - коэффициент, учитывающий стоимость ремонта относительно стоимости машины в целом.

Следовательно, .

Этот показатель применим для оценки как одного наступившего отказа какого-либо элемента системы, так и для всей системы в целом. Разработанная программа для расчета приведенных затрат на эксплуатацию проходческого оборудования позволяет получать необходимые значения для определения предложенного показателя (табл. 2). Графики для определения КТ по всей системе при определенном коэффициенте технической готовности в зависимости от относительного коэффициента приведены на рис. 6.

При определении значений предложенного показателя принимался ряд допущений и ограничений:

- коэффициент готовности берется условно одинаковым для всех элементов системы с последовательным их соединением (например, для одного элемента системы – 0,5, 0,6, …1,0 или для всей системы в целом – 0,125, 0,216, …1,0, когда );

- число элементов системы равно 3, принимаем коэффициент готовности для постоянного крепления выработки равным 1;

- считаем нецелесообразным рассмотрение отказов с показателем тяжести более 1, так как в данном случае имеем либо затраты на ремонт, превосходящие в стоимость оборудования, либо недопустимо низкий коэффициент готовности системы.



Таблица 2

Значения показателя тяжести отказа КТ

?

КГС

0,125

0,216

0,343

0,512

0,729

1

0,05

0,40

0,232

0,146

0,098

0,069

0,05

0,10

0,80

0,463

0,292

0,195

0,137

0,10

0,15

1,20*

0,694

0,437

0,293

0,206

0,15

0,20

1,60

0,926

0,583

0,391

0,274

0,20

0,25

2,00

1,157

0,729

0,488

0,343

0,25

0,30

2,40

1,389

0,875

0,586

0,412

0,30

0,35

2,80

1,620

1,210

0,684

0,480

0,35

0,40

3,20

1,852

1,166

0,781

0,549

0,40

0,45

3,60

2,083

1,312

0,879

0,617

0,45

0,50

4,00

2,315

1,458

0,977

0,686

0,50

* - серым цветом выделены области,

лежащие за рассматриваемыми пределами






Рисунок 6. Графики оценки тяжести

отказов проходческой системы:

1 – при ; 2 – при ;

3 – при ; 4 - при ;

5 – при ; 6 – при


  1   2

Схожі:

Фактических показателей надежности iconМетоды оценки достоверности функционирования биномиальных цифровых устройств в. В. Гриненко, СумГУ
Проблема обеспечения надежности систем включает задачи по разработке теоретических методов анализа надежности на стадии проектирования,...
Фактических показателей надежности icon«Развитие научных основ оценки ресурсных показателей надежности металлургического оборудования и повышения безопасности его силовых систем» на соискание ученой степени доктора технических наук
Кб “Южное” и нво “Композит” (Россия), где благодаря ее исследованиям работоспособности конструкционных материалов уменьшены вес и...
Фактических показателей надежности iconОсновы надежности ла показатели надежности
Во процессе эксплуатации для анализа надежности изделий ат используют показатели надежности
Фактических показателей надежности iconОсновы надежности ла обеспечение надежности воздушных судов и авиационных двигателей
Формирование надежности изделий ат зависит от технических и организационных факторов, охватывающих этапы проектирования, производства...
Фактических показателей надежности iconОсновы надежности ла математические модели надежности
Построение модели надежности предусматривает определение аналитического выражения для вероятности безотказной работы объекта
Фактических показателей надежности iconОсновы надежности ла построение характеристик надежности изделий непараметрическим методом

Фактических показателей надежности iconОсновы надежности ла
Обеспечения надежности авиационной техники и сохранение летной годности воздушных судов и авиационных двигателей
Фактических показателей надежности iconОсновы надежности ла надежность сложных систем
Для расчета надежности сложных систем используют модель, которую составляют на основе функциональной схемы системы. В качестве моделей...
Фактических показателей надежности iconОсновы надежности ла принципы и методы анализа сложных систем авиационной техники
Анализ надежности функциональной системы методом структурных схем выполняют в таком порядке
Фактических показателей надежности iconОсновы надежности ла характеристики надежности

Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи