Модели и информационное обеспечение систем управления техническим состоянием мостовых кранов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Егоров, Андрей Александрович

• Егоров, Андрей Александрович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Егоров, Андрей Александрович

Введение.

1. Анализ работоспособности мостовых кранов как объекта управления.

1.1. Работоспособность основных узлов крана в процессе эксплуатации.

1.2. Статистические данные о техническом состоянии и отказах в системе кран - подкрановый путь.

1.3. Опыт управления техническим состоянием мостовых кранов.

1.4. Формулировка цели и задач исследования.

Выводы по 1-ой главе.

2. Математические модели процесса изменения технического состояния.

2.1. Классификация видов изменения технического состояния.

2.2. Модели движения крана.

2.3. Модель изнашивания.

2.4. Имитационное моделирование процесса изменения технического состояния.

Выводы по 2-ой главе.

3. Управление техническим состоянием мостовых кранов.

3.1. Общая блок-схема управления.

3.2. Управление по прогнозируемому состоянию.

3.3. Управление по оперативно оцененному состоянию.

3.4. Управленческие решения.

Выводы по 3-ей главе.

4. Информационное обеспечение системы управления техническим состоянием мостовых кранов.

4.1. Структура информационного обеспечения.

4.2. Идентификация параметров моделей.

4.3. Экспериментальная база данных о техническом состоянии мостовых кранов.

Выводы по 4-ой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и информационное обеспечение систем управления техническим состоянием мостовых кранов»

Вопросам качества продукции в настоящее время уделяется большое значение. При этом требуется, чтобы они рассматривались и решались на всех стадиях жизненного цикла продукции. Применительно к техническим изделиям такими стадиями являются маркетинговое исследование, • проектирование, изготовление (включая монтаж и испытания), реализация, использование по назначению, транспортирование, хранение, техническое обслуживание и ремонт, утилизация.

Основными аспектами качества являются методологический, инженерный, маркетинговый, экономический, социологический и правовой. В методологическом аспекте под качеством понимается совокупность всех свойств изделия. В инженерном аспекте — только часть свойств, связанная с удовлетворением определенных потребностей при использовании изделия в соответствии с назначением. При этом рассматривается большое число ф показателей качества, включая показатели технического состояния. В маркетинговом аспекте интересуются небольшим числом потребительских свойств изделия. В остальных аспектах рассматривают не сами свойства, а то, что они дают с позиций экономической, социальной и правовой оценки.

В настоящей работе рассматривается инженерный аспект качества мостовых кранов на стадии эксплуатации, т.е. при их использовании, техническом обслуживании и ремонте. С системных позиций необходимо различать внутреннее и внешнее качество мостовых кранов. При рассмотрении отдельных подъемно-транспортных средств как систем, имеющих внутреннее строение (механизмы, узлы, элементы, связи, взаимодействие, использованные материалы, техническое состояние), обнаруживается внутреннее, материально-структурное качество.

На отдельных стадиях жизненного цикла мостовые краны по необходимости определенное время находятся в сфере различных, больших по масштабу (размеру) систем, по существу выступая в роли своеобразных элементов этих систем. На стадии проектирования, например, к таким системам относятся системы стандартизации и унификации и патентно-правовая. В них мостовые краны, будучи еще в форме комплекта чертежей, являются объектами согласования. На стадии изготовления они попадают в технологическую систему, являясь предметом труда, и должны быть технологичными. Здесь они приобретают форму материальной модели (опытного, головного или серийного образца). В системе межнавигационного (на речном транспорте) или технологического простоя мостовые краны приобретают форму объекта хранения, в транспортной системе — форму груза, а в системе реализации - форму товара.

В процессе использования мостовых кранов по назначению они одновременно находятся в составе целого комплекса взаимосвязанных систем. В плане перемещения грузов краны являются элементами системы производственной или транспортной логистики. При взаимодействии с производственным персоналом каждый кран оказывается элементом человеко-машинной (эргатической) системы, где взаимодействуют две подсистемы - безопасности и эргодизайна. При этом эргодизайн предполагает учет возможностей и потребностей человека-оператора (крановщика, стропальщика), а подсистема безопасности, помимо создания безопасных условий, предназначена обеспечить индивидуальную и коллективную защиту. Здесь существуют еще две системы — экологическая и ресурсосберегающая. В системе логистики могут быть выделены такие подсистемы, как успокоения груза, фиксации положения крана и др. В итоге мостовые краны на стадии использования по назначению находятся в комплексной системе функционирования.

При техническом обслуживании и ремонте кран находится в соответствующей системе и должен обладать ремонтопригодностью.

Каждая система и подсистема, в сфере которой оказывается кран, предъявляет набор конкретных требований. Необходимо заблаговременно обеспечить соответствие крана этим требованиям тем или иным способом. Совокупность свойств крана, проявляющаяся в рассмотренных системах, является его внешним качеством.

Продолжительность пребывания подъемно-транспортного оборудования в различных системах неодинакова. Наиболее длительно (весь срок службы) оно находится в комплексной системе функционирования. В связи с этим целесообразно выделить две разновидности внешнего качества кранов: функциональную и потенциально-системную. Последняя представляет совокупное внешнее качество, проявляющее отдельные свои грани в различных потециально-возможных системах.

Показатели внутреннего и внешнего качества мостовых кранов — это меры, используемые при количественной оценке отдельных свойств. Для оценки внутреннего качества предназначены следующие основные группы показателей: конструктивного совершенства, структуры и сложности, материального состава, взаимозаменяемости, добротности сборки и технического состояния.

Функциональное качество кранов можно оценить следующими основными группами показателей: логистичности (паспортные характеристики, области, способы и условия использования, характеристики безотказности и долговечности), безопасности, эргодизайна, экономичности по эксплуатационным расходам, экологичности.

Для оценки потенциально-системного качества группы показателей целесообразно формировать в соответствии со свойствами: патентно-правовые, стандартизации и унификации, технологичности изготовления, контролепригодности, сохраняемости, транспортабельности, конкурентоспособности, ремонтопригодности, утилизируемости.

При управлении техническим состоянием мостовых кранов необходимо обеспечить поддержание и восстановление показателей функционального качества, а также потенциально-системных показателей, связанных с эксплуатацией. Выполнению этой задачи будут способствовать или затруднять работу фактические значения показателей структуры и сложности, взаимозаменяемости, добротности сборки, стандартизации (например, коэффициент использования в проекте крана стандартизованных изделий), контролепригодности (диагностируемости), сохраняемости и ремонтопригодности.

Рассмотренные разновидности и группы показателей внешнего качества кранов относятся к определенным стадиям жизненного цикла. Вместе с тем на всех стадиях краны постоянно находятся в экономической системе, поэтому необходимо выделить особую группу экономических показателей их качества, имеющих интегральный характер. В качестве таких показателей могут выступать обычно используемые в организационно-экономических науках меры, например, затраты времени, труда, материальных, энергетических, финансовых и других ресурсов.

Техническое состояние мостовых кранов, таким образом, является особой разновидностью качества на стадии эксплуатации, имеющей свои показатели, связанные со многими другими показателями качества. Техническое состояние крана непосредственно не направлено на удовлетворение производственных потребностей, оно лишь создает предпосылки для возможности его использования по назначению. Оно является служебным качеством (качеством первого уровня), опираясь на которое кран проявляет свое функциональное качество (качество второго, потребительского уровня). Поскольку качество в методологическом и инженерном аспектах представляет собой совокупность свойств, дадим определение технического состояния.

Техническое состояние мостового крана - это совокупность свойств, обусловливающих его пригодность к безопасному и эффективному использованию по назначению в определенных условиях. Под определенными условиями здесь понимается соблюдение рекомендуемых режимов нагружения крана, регулярный контроль состояния, своевременное и качественное техническое обслуживание и ремонт. Эффективность использования оценивается по эксплуатационным расходам и степени использования паспортных характеристик крана.

Актуальность исследования процессов, управления техническим состоянием мостовых кранов определяется совокупностью причин. Во-первых, кранами мостового типа оборудованы пролеты многих цехов машиностроительных заводов и складов транспортных и производственных предприятий. От безотказности и долговечности их работы непосредственно зависят ритм и безопасность производственного процесса, а также экономические показатели. Во-вторых, мостовые краны, будучи собственностью' предприятий различных отраслей, должны удовлетворять требованиям единого надзорного органа - Госгортехнадзора. В-третьих, регулярным обследованием технического состояния подъемно-транспортного оборудования занимаются специализированные фирмы, имеющие соответствующие лицензии. По результатам обследования создается соответствующая документация для поддержания и восстановления технического состояния кранов и подкрановых путей. Наконец, использование современных информационных технологий позволяет упорядочить весь процесс управления техническим состоянием большого парка мостовых кранов предприятий района, города или области, создать компьютерные базы данных по однотипным кранам, повысить эффективность принимаемых управленческих решений. Фактически действует система управления техническим состоянием мостовых кранов и других подъемно-транспортных машин, однако она не исследована строгими научными методами, протекающие в ней процессы не формализованы, информационная поддержка управленческих решений недостаточна. При решении организационных вопросов необходимо учитывать требования международных стандартов ИСО семейства 9000:2000 [82]. Одним из принципов управления качеством является процессный подход. Он должен быть положен в основу создания системы управления техническим состоянием кранов.

В настоящей работе на методологическом уровне решены вопросы структуры корпоративно-централизованной. системы управления техническим состоянием парка мостовых кранов различных предприятий, построены модели изменения технического состояния отдельных элементов кранов, имеющих малый срок службы, выполнено имитационное моделирование и прогнозирование их долговечности с учетом условий работы, предложена методика информационного обеспечения моделей, рассмотрены подходы к созданию экспериментальной базы данных для мостовых кранов, сформулированы задачи дальнейших исследований.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Егоров, Андрей Александрович

Выводы по 4-ой главе

1. Информационное обеспечение в системе управления техническим состоянием мостовых кранов разделено на внемашинное и внутримашинное.

В немашинное обеспечение содержит систему показателей технического состояния, потоки информации о них, систему классификации и кодирования узлов кранов и основных неисправностей, форму необходимой документации. Показатели разделены на реквизиты - признаки и реквизиты -основания.

2. Параметры моделей изменения технического состояния узлов мостовых кранов разделены на четыре группы. Каждой из них соответствуют свои методы и средства идентификации.

3. При автоматизированной обработке данных о техническом состоянии узлов произведена группировка информации по реквизитам -признакам (по типам кранов, по унифицированным узлам кранов разных типов, по длительности эксплуатации, по режимам использования и т.п.).

4. Для классификации реквизитов — признаков использованы принципы Единой системы классификации и кодирования (ЕСКК) на локальном уровне.

5. Обоснован выбор сетевой модели при построении файлов базы данных о техническом состоянии узлов мостовых кранов.

115

Заключение

1. Системный анализ мостовых кранов как объектов управления техническим состоянием позволил установить место и роль технического состояния как особой разновидности качества на стадии эксплуатации. Следовательно, на систему управления техническим состоянием распространяются требования международных стандартов ИСО семейства 9000:2000.

2. Анализ методов обеспечения работоспособности мостовых кранов показал, что использование современных информационных технологий позволяет упорядочить весь процесс управления техническим состоянием большого парка мостовых кранов различных предприятий путем создания корпоративно-централизованной системы управления.

3. Математические модели процесса работы мостового крана позволили выяснить механизм возникновения больших сил трения, ведущих к износу, как ходовых колес, так и подкранового пути. Основным режимом движения крана является движение с установившимся перекосом по отношению к подкрановому пути. В результате предложены пути повышения долговечности основных узлов мостовых кранов.

4. Разработаны принципы функционирования системы управления техническим состоянием мостовых кранов, являющейся замкнутой с двумя взаимосвязанными контурами обратной связи (по прогнозируемому и оперативно оцененному техническому состоянию).

5. В связи с большим конструктивным разнообразием узлов мостовых кранов и наличием механических, электрических, гидравлических и пневматических элементов необходимо использование различных видов технического диагностирования (функционального, тестового и функционально-тестового) как для работающих, так и неработающих узлов, сочетая традиционные методы диагностики с методами неразрушающего контроля.

6. Параметры разработанных моделей изменения технического состояния узлов мостовых кранов разделены на четыре группы, для каждой из которых предложены свои методы идентификации.

7. Для автоматизированной обработки данных о техническом состоянии узлов произведена группировка информации по реквизитам — признакам, классификация и кодирование которых выполнены по принципам Единой системы классификации и кодирования на локальном уровне.

8. Обоснован выбор сетевой модели при построении файлов базы данных о техническом состоянии узлов мостовых кранов, позволяющей создать информационное обеспечение процессов технического обслуживания, прогнозирования работоспособности и ремонта парка мостовых кранов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Егоров, Андрей Александрович, 2003 год

1. Алексеев Р.К. Влияние сил бокового увода на свободное движение мостового крана с раздельным приводом механизма передвижения — Л.: ЛПИ, №269, 1966.

2. Андриевский С.М. Боковой износ рельсов на кривых. Труды ВПИИ железнодорожного транспорта, вып.207, 1961.

3. Аникеева Ф.Л. Влияние точности установки ходовых колес на их срок службы//Тр. ВНИИПТмаш. 1972. Вып. 1. С.36^5.

4. Аникеева Ф.Л. Долговечность наплавленных крановых ходовых колес // Тр. ВНИИПТмаш. 1971. Вып. 4. С.85-91.

5. Аникеева Ф.Л. Повышение износостойкости крановых ходовых колес и подкрановых рельсов при применении твердой смазки // Тр. ВНИИПТмаш. 1970. Вып. 6(101). С.79-85.

6. Аникеева Ф.Л. Пути повышения долговечности крановых ходовых колес М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1984-36с.

7. Атанс М., Фалб П. Оптимальное управление. М.: Машиностроение, 1968.-765с.

8. Байков А.А Собрание трудов. Том 2.-Л.: Акад. наук СССР, 1948.-592с.

9. Бакаев А. А., Костина Н. И., Яровицкий Н. В. Имитационные модели в экономике-Киев: Техника. 1982.-176с.

10. Балашов В.П. Методика определения динамических сил перекоса мостовых кранов с раздельным приводом механизма передвижения. Труды ВНИИПТМАШ, вып.8(72), 1966.

11. Балашов В.П. Раздельный привод в механизмах передвижения мостовых кранов. ОНТИ, ВНИИПТМАШ, 1959.

12. Балашов В.П. Поперечные силы при движении мостовых кранов с центральным приводом механизма передвижения. Труды ВНИИПТМАШ, сб. 18, 1957.

13. Балашов В.П. О расчете металлоконструкции мостовых кранов при14