надежность машин и оборудования
.pdf
|
|
|
91 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
либо с вероятностью p30=0,4 списыва- |
λ |
|
p |
=0,8 |
|
|
|
p =1 |
||||
ется, либо с вероятностью p34=0,6 ðå- |
|
1 |
|
12 |
|
2 |
|
25 |
5 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||||
монтируется (узел 4). После обычного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
или сложного ремонтов все объекты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
проходят |
заключительные операции |
|
p13=0,2 |
|
p34=0,6 |
p45=1 |
||||||
(узел 5) и покидают ремонтную сис- |
|
|
||||||||||
òåìó. |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Анализ и моделирование от- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
крытых систем массового об- |
|
|
|
p30=0,4 |
|
|
|
|||||
служивания существенно проще, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
чем закрытых, так как число со- |
Рис.7.13. Граф переходов открытой системы |
|||||||||||
стояний |
объектов (узлов), |
êàê |
||||||||||
правило, меньше, в большинстве |
|
|
массового обслуживания |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
случаев |
функционирование |
îò- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дельных узлов можно рассматривать независимо друг от друга (при этом каждый узел можно считать отдельной системой массового обслуживания с пуассоновским потоком требований см.разд.7.3.2). Кроме того, так как общее число требований в системе непостоянно, то для открытой системы отпадает необходимость нормирования величин, создающая основные вы- числительные трудности при анализе закрытых систем.
Методика построения модели открытой системы массового обслуживания аналогична методике для закрытой системы. Отличие модели заклю- чается только в том, что на любой i-ый узел дополнительно поступает внешний пуассоновский поток требований с интенсивностью lp0i и после обслуживания в i-ом узле с вероятностью pi0 требование покидает систему. При этом для потоков, исходящих из i-го узла, сохраняется соотношение, аналогичное соотношению (7.67) с учетом соотношений (7.79):
M |
|
|
|
å pij = 1, |
pii = 0, |
i = 0,1, ..., M. |
(7.81) |
j=0
Тогда исходя из аналогичных рассуждений можно получить дифференциальные уравнения, аналогичные уравнениям (7.73),
dni(t) |
M |
|
|
= -mi(ni ) + lp0i + å mj (nj )pji |
(7.82) |
||
dt |
|||
j=1 |
|
||
|
|
или для стационарного (установившегося) режима - линейные алгебраиче- ские уравнения, аналогичные уравнениям (7.75),
M |
|
mi(ni ) - å mj (nj )pji = lp0i. |
(7.83) |
j=1
Âслучае неограниченного числа обслуживающих устройств в каждом
из узлов (mi³ni, i=1,2,...,M), т.е. для бесконечной системы ЗИП по выражению (7.66) mi(ni)=mini, система уравнений (7.83) приводится к виду
M |
|
mini - å mjpjinj = lp0i, |
(7.84) |
j=1
и обычно легко решается.
92
Таблица 7.4
ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ РЕМОНТА
|
|
mi, |
Вероятности переходов pij |
|||||
i |
Наименование состояния |
(l) |
¹ следующего состояния, j |
|||||
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
0. |
Использование по назначению |
2,5 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1. |
Дефектация |
1,5 |
0 |
0 |
0,8 |
0,2 |
0 |
0 |
2. |
Обычный ремонт |
2,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
3. |
Диагностика |
0,7 |
0,4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,6 |
4. |
Сложный ремонт |
0,15 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
5. |
Заключительные операции |
1,5 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Пример 7.6. Для системы на рис.7.13. (пример 7.5) и данным табл.7.4 рассчитаем
характеристики узлов при обслуживании без ограничений mi³ni (в таблице использование объектов по назначению условно обозначено как состояние и узел 0).
По данным табл.7.4 составляем систему уравнений (7.84):
1,5n1 = 2,5,
2,0n2 - 1,5×0,8n1 = 2n2 - 1,2n1 = 0, 0,7n3 - 1,5×0,2n1 = 0,7n3 - 0,3n1 = 0, 0,15n4 - 0,7×0,6n3 = 0,15n4 - 0,42n3 = 0,
1,5n5 - 2,0×1n2 - 0,15×1n4 = 1,5n5 - 2n2 - 0,15n4 = 0.
Решение системы уравнений дает значения среднего числа требований в узлах:
n1=1,667, n2=1,0, n3=0,714, n4=2,0, n5=1,533. При этом в ремонтной системе в среднем одновременно в общей сложности находится Nñð=åni=6,914 объектов, интенсивность возврата объектов в эксплуатацию l5=m5n5=1,5Ч1,533=2,3 и интенсивность списания l30=m3p30n3=0,7×0,4×0,714=0,2=l-l5.
Средняя длительность прохождения ремонта `t - среднее время пребывания в ремонтной системе тех объектов, которые покидают систему через узел 5 и возвращаются в эксплуатацию. Доля отремонтированных объектов (см.рис.7.13)
P = p12 + p13p34 = 0,8 + 0,2×0,6 = 0,92.
Так как при обслуживании без ограничений время обслуживания в узлах ti=1/mi, то средняя длительность ремонта (рис.7.13)
|
|
|
|
= |
|
1 |
{ |
|
1 + [p12 ( |
|
2 + |
|
5 ) + p13 ( |
|
3 + p34 ( |
|
4 + |
|
5 ))]} = |
|
|
|
|
t |
t |
t |
t |
t |
t |
t |
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
P |
||||||||||||||
= |
{0,667 |
+ [0,8(0,5 + 0,667) + 0,2(1,429 + 0,6(6,667 + 0,667))]} = 2,95. |
||||||||||||||||||
0,92 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В общем |
âèäå |
при произвольных функциях μij(ni) решение системы |
уравнений (7.83) для каждого из M узлов можно получить в виде стационарного распределения числа требований [21]:
Pi (n) = |
λni |
, |
n |
||
|
Gi Õ μi (k) |
|
|
k=1 |
|
|
∞ |
|
å λni |
Gi = |
n= 0 |
n |
|
|
Õ μi (k) |
|
k=1 |
ãäå li - интенсивность потока требований, щая константа.
, |
i = 1,2, ..., M, |
n = 0,1, ..., (7.85) |
проходящих через i-ûé óçåë; Gi - нормирую-
Стационарное распределение (7.85) существует для всех узлов систе-
мы, если нормирующие константы Gi конечны (Gi<∞). В частности, если значения интенсивностей переходов определяются соотношением (7.68), т.е. в узлах количество одновременно обслуживаемых требований ограни- чено числом обслуживающих устройств (например, ремонтных органов), то стационарное распределение числа требований в узлах принимает форму распределения Эрланга [21]:
|
(n) = P |
(0) |
rnmn |
|
P |
i i |
ï ðè n £ m , |
||
|
||||
i |
i |
|
n! |
i |
|
|
|
|
æmi −1
Pi (0) = Gi−1 = çç årikmik
è k= 0
93
|
|
(n) |
|
(0) |
rnmmi |
|
|
|
|||
P |
= P |
i |
i |
|
|
|
ï ðè n > m , |
||||
|
|
|
|
||||||||
|
i |
|
i |
|
|
|
mi! |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
+ rmi mmi |
|
|
1 |
|
ö |
−1 |
|||
|
|
|
|
|
÷ |
, |
|||||
k! |
m !(1 - r |
|
|||||||||
i |
i |
|
)÷ |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
i |
|
i |
ø |
|
ãäå ρi = λi/(μimi) - коэффициент загрузки обслуживающих устройств i-ãî óçëà.
Тогда среднее число требований в узле
|
|
P |
(0)mmi rmi +1 |
||
|
|
||||
ni = r m + |
i |
|
i i |
, |
|
|
|
|
|||
|
i i |
m !(1 |
- r )2 |
||
|
|
|
i |
i |
(7.86)
(7.87)
(7.88)
среднее число требований, ожидающих начала обслуживания`ri, среднее время ожидания требованиями начала обслуживания`wi и среднее время
пребывания требования в узлах`ti рассчитываются по формулам (7.78). Вследствие взаимной независимости состояний узлов распределение
вероятностей числа требований в системе
P(n1,n2,...,nM) = P1(n1)×P2(n2)×...×PM(nM), ni=0,1,..., i=1,2,...,M. (7.89)
Пример 7.7 [21]. В ремонтной системе рис.7.13 (пример 7.5) число обслуживающих устройств в узлах m1=2, m2=2, m3=1, m4=3, m5=2, значения интенсивностей об-
служивания μi и вероятностей переходов pij приведены в табл.7.4. Необходимо найти основные характеристики ремонтной системы.
Находим значения интенсивностей потоков требований, поступающих в узлы (см.рис.7.13):
λ1=λ=2,5, λ2=λ1p12=2, λ3=λ1p13=0,5, λ4=λ3p34=0,3, λ5=λ2+λ4=2,3.
По формулам (7.78), (7.87) и (7.88) находим среднее число требований в узлах`ni, коэффициенты загрузки обслуживающих устройств ρi, среднее число требований, ожидающих начала обслуживания в узлах`ri, среднее время ожидания требованиями нача-
ла обслуживания`ωi и среднее время пребывания требования в узлах`τi.
Исходные данные и результаты расчетов приведены в табл.7.5 (в таблице для срав-
нения приведены значения времени обслуживания в узлах τi для ремонтной системы без ограничения числа одновременно обслуживаемых требований из примера 7.6).
Таблица 7.5
ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ РЕМОНТА
i |
mi |
μi |
λi |
ρi |
P(0) |
`ni |
`ri |
`ωi |
`τi |
τi |
1 |
2 |
1,5 |
2,5 |
0,833 |
0,091 |
5,455 |
3,788 |
1,515 |
2,182 |
0,667 |
2 |
2 |
2,0 |
2,0 |
0,500 |
0,333 |
1,333 |
0,333 |
0,167 |
0,667 |
0,500 |
3 |
1 |
0,7 |
0,5 |
0,714 |
0,286 |
2,500 |
1,786 |
3,571 |
5,000 |
1,429 |
4 |
3 |
0,15 |
0,3 |
0,667 |
0,111 |
2,889 |
0,889 |
2,963 |
9,63 |
6,667 |
5 |
2 |
1,5 |
2,3 |
0,767 |
0,132 |
3,720 |
2,186 |
0,951 |
1,617 |
0,667 |
Средняя длительность ремонта рассчитывается аналогично примеру 7.6:
|
|
|
|
= |
1 |
{ |
|
1 + [p12 ( |
|
2 + |
|
5 ) + p13 ( |
|
3 + p34 ( |
|
4 + |
|
5 ))]} = |
|
|
|
|
τ |
τ |
τ |
τ |
τ |
τ |
τ |
||||||||||
|
1 |
|
|
P |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
= |
{2182, |
|
|
+ [0,8(0,667 + 1,617) + 0,2(5,0 + 0,6(9,630 + 1,617))]} = 6,72, |
|||||||||||||||
0,92 |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
то есть на 3,77 или почти в 2,3 раза больше, чем минимальное (см.пример 7.6). Результаты расчета позволяют определить возможные способы совершенствования
ремонтной системы. Например, из табл.7.5 следует, что наибольшее время ожидания обслуживания - в 3 узле. Для его сокращения можно увеличить количество обслужи-
вающих устройств m3. Ïðè m3=2 средняя длительность прохождения ремонта составит 5,99, то есть сократится на 0,72.
94
Способы повышения эффективности ремонтных систем выбираются с учетом экономической эффективности принимаемых организационнотехнических решений с использованием методов оптимизации [1,21,32]. Если ремонтные процессы описываются методами теории массового обслуживания, то в этих случаях рассматриваются управляемые системы массового обслуживания, в которых в качестве элементов управления могут использоваться порядок принятия требований на обслуживание, назначе- ние конкретного обслуживающего устройства на обслуживание требования каждого вида, формирование очереди на обслуживание и т.д. (дисциплина обслуживания), в качестве экономических критериев оптимальности - суммарные убытки от простоя объектов во время ремонта и другие [21,31].
В целом модели теории массового обслуживания позволяют определять основные показатели эффективности функционирования составных систем, включающих как сами технические системы и приданные им системы технического обслуживания и ремонта, а также осуществлять их оптимальное проектирование. Однако фактическая эффективность функционирования и эксплуатации технических систем зависит также и от их обеспеченности запасными элементами, так как недостаток запасных элементов может привести к простоям при ремонте или техническом обслуживании.
7.4. Расчет объемов производства и расхода запасных частей
Обычно годовые нормы расхода запасных частей определяются по средним статистическим данным об отказах машин при эксплуатации. Однако при проектировании новых машин таких данных нет, а данные об отказах аналогов часто не могут использоваться, так как, во-первых, вновь проектируемая машина по своей конструкции отличается от машины-аналога, во-вторых, технология изготовления машины-аналога и применяемые в ней материалы не совпадают с будущей технологией изготовления новой машины и применяемыми в ней материалами, и, в-третьих, новая машина проектируется под новые требования потребителя, которым уже не соответствует машина-аналог.
Рассмотренные методы расчета надежности машин на этапе проектирования позволяют выполнять и расчеты-прогнозы объемов производства и норм расхода запасных частей. Основными исходными данными для таких расчетов являются расчетные значения средних ресурсов деталей проектируемых машин, которые с помощью коэффициентов использования приводятся к единому для всех деталей календарному времени работы до их первой замены. Затем вычисляется число таких замен каждой детали за ремонтный цикл и за каждый год эксплуатации, что дает возможность определить ожидаемую потребность в замене деталей в зависимости от срока службы машины. Учет изменения численности имеющегося парка по возрастным группам дает возможность определить предполагаемые ежегодные объемы производства по всей номенклатуре заменяемых деталей.
Если имеются в наличии статистические данные о ресурсах отдельных деталей, то эти статистические данные могут также использоваться в рас- чете. При этом следует учитывать, что потребность в замене детали одного типа из года в год нарастает по экспоненциальной зависимости. Поэтому наиболее предпочтительно использовать в расчете статистическую информацию о сроках службы машин до первой замены деталей данного типа.
95
7.4.1. Формирование потока замен деталей
Характеристики потоков замен деталей меняются в каждом последующем ремонтном цикле работы машины. Поэтому необходимо знать в первом приближении число ремонтных циклов за весь срок службы машины Ta до ее списания:
W* = |
8760 ×TaKè |
£ W, |
(7.90) |
|
|||
|
Tñð1ê |
|
ãäå Ta - средний срок службы машины до списания, год; Kè - коэффициент использования машины в течении года; Ω - округленное до ближайшего большего числа ремонтных циклов; Tñð1ê - средний ресурс до первого капитального ремонта.
Средние сроки службы машин до списания принимаются по нормам амортизационных отчислений. Тогда число замен каждой j-ой детали можно вычислить по формуле, которая учитывает весь срок службы машины:
F * = |
Tcp1êKiKjΩ * |
- 1 £ F , |
(7.91) |
|
|||
j |
|
j |
|
|
Tcpj |
|
ãäå Ki, Kj - коэффициенты использования i-ãî óçëà è j-ой детали в i-îì óçëå; Tcpj - средний ресурс j-й детали, ÷; Fj - округленное до ближайшего большего целого числа замен j-й детали.
Среднее число замен j-й детали в каждом ремонтном цикле определяется по неокругленным значениям величин, вычисленным по формулам (7.90) и (7.91):
Yj = (Fj*+1)/W* |
(7.92) |
Тогда номера fj замен j-ой детали в каждом ремонтном цикле с номером k = 1,2,...,W будут распределены следующим образом:
-äëÿ k = 1: 0 < fj £ Yj;
-äëÿ k = 2: 0 < fj £ 2Yj;
. . .
-äëÿ k = W; (W-1)Yj < fj £ Fj.
Условный порядковый номер замены j-ой детали в каждом ремонтном цикле (коэффициент периодичности замены)
Bk = fj - (k−1)Yj, |
(7.93) |
при этом значения fj принимают в интервале (k-1)Yj < fj £ kYj. Коэффициент сокращения каждого последующего ремонтного цикла
принимается в интервале 0,8 £ C £ 0,95.
Для вычисления периодов замены деталей необходимо определить срок службы каждой детали до ее первой замены:
t |
(1) |
= |
|
Tcpj |
. |
(7.94) |
|
j |
|
|
|||||
8760 |
× KèKiKj |
||||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Тогда срок замены j-ой детали в каждом ремонтном цикле определяется с учетом условного порядкового номера замены детали в данном цикле и сокращения продолжительности работы машины в каждом последующем ремонтном цикле:
t |
kj |
= t |
(1)B Ck−1. |
(7.95) |
|
j |
k |
|
96
Для вычисления периодичности замен с начала эксплуатации машины необходимо определить суммарную продолжительность работы машины к моменту возобновления эксплуатации после очередного капитального ремонта. При ее определении суммарное сокращение ремонтных циклов учи- тывается через коэффициент
Sk = (1-Ck−1)/(1-C). |
(7.96) |
Åñëè Yj ³ 1, то суммарный (с начала данного ремонтного цикла) срок службы машины с замененными деталями j-го наименования
tΣ |
j |
= t |
(1)Y |
S |
k |
= t |
(1)A , |
(7.97) |
|
j |
j |
|
j |
k |
|
ãäå Ak = YjSk .
Тогда поток замен деталей j-го наименования определяется периодом
tj(fj ) = tSj + tkj = tj(1)(Ak + BkCk-1). |
(7.98) |
Åñëè æå Yj < 1, то срок службы j-й детали до ее первой замены будет превышать продолжительность первого ремонтного цикла, и поэтому поток замен таких деталей будет определяться выражением
t |
(fj ) |
= t |
(1) |
f |
-1 |
, |
(7.99) |
j |
j |
f C j |
|
||||
|
|
j |
|
|
|
в котором учитывается сокращение сроков замен деталей j-го наименования, а не ремонтных циклов.
Таким образом выполняют первый шаг расчета потребности запасных частей, определяющий моменты замен деталей в шкале календарного времени эксплуатации машины.
Пример 7.8. Определить периодичность замены j-ой детали по следующим исход-
ным данным: Ki= 0,3; Kj= 1,0; Tcpj= 300 ÷; Kè= 0,15; Ta= 6 ëåò; Tcp1ê= 4000 ÷; C= 0,9. Значение W* по формуле (7.90)
|
|
W* = |
|
8760 × 6 × 0,15 |
= 1,97. |
|
|||
|
|
4000 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Принимаем W = 2. Число замен по формуле (7.91) |
|
||||||||
F * = |
4000 × 0,3 ×1,0 ×1,97 |
- 1 = 6,86. |
|||||||
|
|
||||||||
j |
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
Принимаем F* = 7. Значение tj(1) по формуле (7.94) |
|
||||||||
t(1) |
= |
|
|
300 |
|
= 0,76 |
ã î äà. |
||
8760 |
× 0,15 × 0,3 ×1,0 |
|
|||||||
j |
|
|
|
|
|
Значение Yj по формуле (7.92)
Yj = (6,86+1)/1,97 = 3,99 » 4.
Таблица 7.6
РАСЧЕТ ПОТОКА ЗАМЕН ДЕТАЛИ
k |
f |
j |
B |
k |
S |
k |
A |
k |
tΣ |
t |
kj |
tj(fj) |
|
|
|
|
|
j |
|
|
|||||
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0,76 |
0,76 |
|||||
|
2 |
2 |
0 |
0 |
0 |
1,52 |
1,52 |
|||||
|
3 |
3 |
0 |
0 |
0 |
2,28 |
2,28 |
|||||
|
4 |
4 |
0 |
0 |
0 |
3,04 |
3,04 |
|||||
2 |
5 |
1 |
1 |
4 |
3,04 |
0,683 |
3,723 |
|||||
|
6 |
2 |
1 |
4 |
3,04 |
1,366 |
4,406 |
|||||
|
7 |
3 |
1 |
4 |
3,04 |
2,049 |
5,089 |
|||||
|
8 |
4 |
1 |
4 |
3,04 |
2,736 |
5,776 |
Òàê êàê Yj > 1, то для определения потока замен необходимо воспользоваться формулами (7.95), (7.97) и (7.98) со следующими номерами замен в каждом ремонтном цикле:
- ïðè k=1 0<fj£4, ò.å. fj=1,2,3,4;
- ïðè k=2 4<fj£8, ò.å. fj=5,6,7,8. Результаты расчета потока замен
сведены в табл.7.6.
За 6 лет эксплуатации до списа-
íèÿ j-я деталь будет заменяться восемь раз, причем первая замена будут через 0,76 года, а последняя - через 5,776 года от начала эксплуатации машины.
97
7.4.2. Ежегодная потребность в запасных частях на одну машину
Для определения ежегодной потребности в запасных деталях необходимо учитывать не только средние значения периодов замен, но и характеристику разброса значений возможных замен относительно средних периодов. Величина среднего квадратического отклонения продолжительности работы машины до каждой очередной замены детали
s(f) = s(f) |
|
|
f |
(7.100) |
рассчитывается исходя из статической информации о продолжительности работы машины до первой замены данной детали sj(1). Если такая информация отсутствует, то рекомендуется принимать s(1) = 0.25 ãîäà [26] (здесь и далее индекс "j" в обозначениях опущен для сокращения записей).
Ежегодная потребность в запасных частях для одной машины рассчи- тывается с учетом возможного распределения срока замены детали. Ввиду многофакторного влияния на сроки постановки машины в ремонт для замены детали можно считать, что наиболее обоснованным является нормальное распределение этих сроков.
Таким образом, ежегодную потребность (в долях единицы) рассчитывают путем интегрирования кривой распределения срока очередной замены детали в пределах m-го года эксплуатации:
(f) |
|
|
1 |
|
|
m |
é |
1 |
æ |
t - t |
(f) öù |
|
||
|
|
|
|
|
expê- |
ç |
|
÷údt. |
|
|||||
DFm |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(7.101) |
|||
|
(f) |
|
ò |
|
|
(f) |
||||||||
|
|
s |
|
ê |
2 |
ç |
s |
÷ú |
|
|||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
2p m−1 |
ë |
|
è |
|
|
øû |
|
В интеграле (7.101) величина z = (t-t(f))/s(f) представляет собой квантиль нормированной случайной величины t (срока службы детали до оче- редной замены). Вычислив значения квантили z для всех лет эксплуатации (m = 1,2,...,à), по таблице интегралов вероятностей F(z) (или нормирован-
ной функции Лапласа Ô(z) = F(z)-0,5 (прил.1)) можно определить значе- ния ежегодной долевой потребности как разность значений интеграла вероятностей или функции Лапласа:
|
(f) |
æ |
|
(f) ö |
æ |
m - 1 - t |
(f) ö |
æ |
|
(f) ö |
æ |
m - 1 - t |
(f) ö |
|
||||
DF |
= Fç |
m - t |
÷ |
- Fç |
÷ |
= Ôç |
m - t |
÷ |
- Ôç |
÷ |
. (7.102) |
|||||||
|
|
(f) |
|
(f) |
|
(f) |
|
(f) |
||||||||||
m |
ç |
s |
÷ |
ç |
s |
÷ |
ç |
s |
÷ |
ç |
s |
÷ |
|
|||||
|
|
è |
|
ø |
è |
|
ø |
è |
|
ø |
è |
|
ø |
|
Если известен вид закона распределения продолжительности работы машины до каждой замены, то ежегодную потребность в запасных частях можно вычислить по этому закону распределения.
Ежегодная потребность для одной машины (в долях единицы) в j-й детали по всем номерам замен в пределах m-го года эксплуатации машины определяется суммой по всем заменам
F |
|
DFm = å DFm. |
(7.103) |
f =1
Потребность по массе или стоимости в деталях одного наименования на одну машину в m-м году эксплуатации определяется выражением
98 |
|
gmj = wjnj Fmj, |
(7.104) |
ãäå wj - масса (или цена) j-й детали, êã (ðóá.); nj - число одновременно заменяемых деталей j-го типономинала.
Общая потребность по массе (или стоимости) в запасных частях на одну машину в m-й год эксплуатации определяется суммой по всем s наименованиям деталей
s |
|
gm = å gmj. |
(7.105) |
j =1
Ежегодная потребность по выражению (7.105) растет до последнего го-
да эксплуатации машины (m=a) по экспоненциальному закону.
Пример 7.9. Необходимо определить ежегодную потребность в запасных частях на одну машину, которые в среднем должны заменяться через 0,658, 1,316, 1,974, 2,632, 3,228, 3,820 и 4,412 года после начала эксплуатации машины. Срок службы машины до
писания Òà=5 ëåò. Величина среднего квадратического отклонения продолжительности работы машины до первой замены детали (по фактическим данным) σ(1)=0,164 ãîäà.
Для каждой замены f по формуле (7.100) вычисляем величину среднего квадрати- ческого отклонения продолжительности работы машины. Значения ежегодной долевой
потребности Fm(f) вычисляем по формуле (7.101) и значения нормированной функции
Лапласа Ô(z) = F(z)−0,5 (прил.I). Результаты расчета приведены в табл.7.7.
Из табл.7.7 следует, что потребность в очередной замене распределена на несколько лет эксплуатации машин. Так, например, третья замена со средним сроком 1,974 года для парка из 10 тысяч машин произойдет уже в первом году эксплуатации для трех машин, во втором году - для 5356 машин, в третьем году - для 4639 машин, а для двух машин парка третья замена произойдет лишь в четвертом году их эксплуатации.
7.4.3. Ежегодные объемы производства запасных частей для парка машин
Производство запасных частей должно обеспечивать потребность эксплуатации в заменяемых деталях. Это положение является основным требованием при расчете производства запасных частей. Чтобы это требование было выполнено, необходимо при проектировании машины определить ежегодные предполагаемые объемы производства запасных частей и сравнить их с производственными возможностями промышленных предприятий, где предполагается выпускать новые машины и запасные части к ним.
Объем производства запасных частей Mμ по сравнению с объемом выпускаемой основной продукции на данном машиностроительном предприятии определяется в сопоставимых единицах соотношением
αμ = |
Mμ |
< αïðå ä, |
(7.106) |
|
|||
|
wNμ |
|
ãäå αïðåä - предельное соотношение для всей номенклатуры запасных частей (обычно принимается 0,05 ≤ αïðåä ≤ 0,35); Nμ - объем производства (выпуск) машин данной модели в μ-м году их производства, øò.; w - масса (или цена) одной машины (без комплектующих узлов), ò (òûñ.ðóá.).
Объемы производства запасных частей для каждого года выпуска ма-
øèí Mμ и для удовлетворения потребности в замене деталей в каждом году эксплуатации техники вычисляют по выражению
m = a; μ = b; |
|
Mμ = å Nμ gm m = 1; μ = 1, |
(7.107) |
ãäå à - последний год эксплуатации машин; b - последний год выпуска машин.
99
Таблица 7.7
РАСЧЕТ ЕЖЕГОДНОЙ ПОТРЕБНОСТИ В ЗАПАСНЫХ ЧАСТЯХ НА ОДНУ МАШИНУ
|
Средний |
Среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
квадрати- |
Ãîäû |
Квантиль |
Интеграл |
Годовая |
|||||||
ñðîê |
||||||||||||
замены, |
ческое |
эксплуа- |
распре- |
вероятностей, |
потребность, |
|||||||
замены, |
||||||||||||
f |
отклонение, |
тации, |
деления, |
Fm |
(f) |
(zm |
(f) |
) |
Fm |
(f) |
||
t(f), |
σ(f), |
m |
z (f) |
|
|
|
||||||
|
ãîäû |
ãîäû |
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
0,658 |
0,164 |
0 |
- 4,01 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
1 |
2,08 |
0,9812 |
|
0,9812 |
|||||
|
|
|
2 |
8,18 |
1,0000 |
|
0,0188 |
|||||
|
|
|
3 |
14,28 |
1,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
4 |
20,38 |
1,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
5 |
26,48 |
1,0000 |
|
0,0000 |
|||||
2 |
1,316 |
0,233 |
0 |
- 5,65 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
1 |
- 1,36 |
0,0869 |
|
0,0869 |
|||||
|
|
|
2 |
2,94 |
0,9984 |
|
0,9115 |
|||||
|
|
|
3 |
7,23 |
1,0000 |
|
0,0016 |
|||||
|
|
|
4 |
11,52 |
1,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
5 |
15,81 |
1,0000 |
|
0,0000 |
|||||
3 |
1,974 |
0,285 |
0 |
- 6,93 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
1 |
- 3,42 |
0,0003 |
|
0,0003 |
|||||
|
|
|
2 |
0,09 |
0,5359 |
|
0,5356 |
|||||
|
|
|
3 |
3,60 |
0,9998 |
|
0,4639 |
|||||
|
|
|
4 |
7,11 |
1,0000 |
|
0,0002 |
|||||
|
|
|
5 |
10,62 |
1,0000 |
|
0,0000 |
|||||
4 |
2,632 |
0,329 |
0 |
- 8,00 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
1 |
- 4,96 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
2 |
- 1,92 |
0,0274 |
|
0,0274 |
|||||
|
|
|
3 |
1,12 |
0,8686 |
|
0,8412 |
|||||
|
|
|
4 |
4,16 |
1,0000 |
|
0,1314 |
|||||
|
|
|
5 |
7,20 |
1,0000 |
|
0,0000 |
|||||
5 |
3,228 |
0,368 |
0 |
- 8,77 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
1 |
- 6,05 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
2 |
- 3,34 |
0,0004 |
|
0,0004 |
|||||
|
|
|
3 |
- 2,10 |
0,2676 |
|
0,2672 |
|||||
|
|
|
4 |
2,10 |
0,9821 |
|
0,7145 |
|||||
|
|
|
5 |
4,81 |
1,0000 |
|
0,0179 |
|||||
6 |
3,820 |
0,403 |
0 |
- 9,48 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
1 |
- 7,00 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
2 |
- 4,52 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
3 |
- 2,03 |
0,0212 |
|
0,0212 |
|||||
|
|
|
4 |
- 0,45 |
0,6736 |
|
0,6524 |
|||||
|
|
|
5 |
2,93 |
0,9983 |
|
0,3247 |
|||||
7 |
4,412 |
0,453 |
0 |
- 10,14 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
1 |
- 7,84 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
2 |
- 5,54 |
0,0000 |
|
0,0000 |
|||||
|
|
|
3 |
- 3,25 |
0,0006 |
|
0,0006 |
|||||
|
|
|
4 |
0,95 |
0,1711 |
|
0,1705 |
|||||
|
|
|
5 |
1,35 |
0,9215 |
|
0,7404 |
100
Объем производства запасных частей для машин первого года выпуска (m = 1) и для удовлетворения потребности в первом году их эксплуатации (m = 1)
M1 = Ò1 g1.
Объемы производства запасных частей для машин последующих лет выпуска должны учитывать потребность в запасных частях для машин предыдущих выпусков, т.е. должен учитывать смешанный по возрастным группам парк машин одной модели. Поэтому объемы производства запас-
ных частей при m < a будут определяться выражениями:
m = 2, Ì1 = N2g1 + N1g2;
m = 3, Ì3 = N3g1 + N2g2 + N1g3;
m = 4, Ì4 = N4g1 + N3g2 + N2g3 + N1g4 è ò.ä.
Объемы производства запасных частей при m ³ à (т.е. когда первый выпуск машин достиг предельного возраста и подлежит списанию) должны обеспечить потребность в замене деталей ó оставшихся в парке машин более поздних выпусков:
m = à, Mμ = Nμg1 + Nμg1 + Nμ−1g2 +... + N1gà;
m = à + 1, Ìμ = Nμg1 + Nμ−1g2+ ... + N2ga;
m= à + 2; Mμ = Nμg1 + Nμ−1g2 + ... + N3ga è ò.ä.
Âтех случаях, когда продолжительность производства машин превыша-
ет продолжительность их эксплуатации (b-a = x > 0)
m = b = a + x, Ìb = Nbg1 + Nb−1g2 + ... + Nξ+2ga−1 + Nξ+1ga,
После завершения производства машин данной модели должно быть обеспечено производство запасных частей на эксплуатацию действующего парка:
m = b + 1, Ìb+1 = Nbg2 + Nb–1g3 + ... + Nξ+3ga−1 + Nξ+2ga;
m = b +2, Ìb+2 = Nbg3 + Nb–1g4 + ... + Nξ+4ga–1 + Nξ+3ga;
. . .
m = b + l, Mb+l = Nbgl+1 + Nb–1gl+2 + ... + Nξ+2+lga.
Общее число лет производства запасных частей равно à+b–1, тогда в последнем году производство запасных частей
m= b + a – 1, Mb+a–1 = Nbga.
Âтех случаях, когда продолжительность производства машин меньше
продолжительности их эксплуатации (a–b=e>0), ежегодные объемы производства:
m = 1, M1 = N1g1;
m = 2, M2 = N2g1 + N1g2;
m = 3, M3 = N3g1 + N2g2 + N1g3;
. . .
m = b, Mb = Nbg1 + Nb–1g2 + ... + N2ga–ε–1 + N1ga–ε ; m = b + 1, Mb+1 = Nbg2 + Nb–1g3 + ... + N2ga–ε + N1ga–ε+1;
m = b + 2, Mb+2 = Nbg3 + Nb–1g4 + ... + N2ga–ε+1 + N1ga–ε+2;
. . .
m = b + e = a, Ma = Nbgε+1 + Nb–1gε+2 + ... + N2ga–1 + N1ga;