Динамика отказов машин, устраняемых предприятиями технического сервиса

Закономерность ухудшения технического состояния машин с увеличением продолжительности их эксплуатации обычно подтверждалась экспериментальными данными. Так было до тех пор, пока все работы по поддержанию технического состояния машин выполнялись и учитывались одним исполнителем, чаще всего владельцем машины.

Развитие сферы услуг технического сервиса привело к тому, что владельцы машин обязательно ими пользуются в гарантийный период. После гарантийного периода большинство владельцев машин при наличии возможностей предпочитает выполнять часть работ по ТО и ремонту машин собственными силами. Однако для выполнения наиболее сложных работ приходится вызывать сервисных инженеров с сертифицированных центров.

И тогда часть информации о техническом состоянии машины находится у владельца машины, а другая часть сосредоточивается в сервисном центре. И владелец машины, и сервисный центр планируют свои объемы работ по ТО и ремонту машин, опираясь на собственные данные. А эти частные данные не всегда соответствуют известным теоретическим закономерностям, поскольку охватывают не весь процесс поддержания технического состояния машин, а

EDN AKPJBF лишь определенные его части. Но и для владельца машины, и для сервисного центра имеют неоспоримое практическое значение, что определяет целесообразность исследования закономерностей устраняемых ими потоков отказов при увеличении продолжительности эксплуатации машин.

Исходные данные для решения поставленной задачи

Информация о надежности одноковшовых фронтальных погрузчиков Liebherr L556 собиралась в ООО «Liebherr-Russland» по данным актов выполненных работ, где фиксируются все работы, выполненные сервисными инженерами. Получены данные за 11 лет (с 2012 по 2023 годы) по 40 машинам. Машины работали в пяти различных отраслях, что потребовало классификации условий их эксплуатации. Выполненные исследования [1] позволили выделить три категории условий эксплуатации фронтальных погрузчиков по характеру их работы:

1-я категория – промышленно-гражданское строительство и предприятия стройиндустрии (12 машин);

2-я категория – добывающая промышленность (14 машин);

3-я категория – лесозаготовительная промышленность и складской комплекс (14 машин).

Методика оценки технического состояния машин

При выборе показателя, характеризующего техническое состояние машин, учитывалось, что машины подконтрольной партии имели разную продолжительность эксплуатации. Они были разбиты на возрастные группы. При этом среднегодовое количество отказов зависело не только от наработки машин с начала эксплуатации, но и от количества машин, которые находились в одной возрастной группе.

В связи с этим в качестве показателя, ха- рактеризующего техническое состояние машин, был выбран параметр потока отказов, т.е. отношение числа отказавших изделий в единицу времени к числу испытываемых при условии, что все вышедшие из строя изделия заменяются исправными (новыми или отремонтированными). Для произвольного потока отказов справедливо соотношение [2]:

o ( t ) =

n ( S t ) N_o • St ’

где    n(δt) – суммарное число отказов изделий, включая отказы после восстановления в интервале наработки δt;

N – общее число изделий, наблюдаемых на интервале наработки δt .

Таким образом, поставленная задача была сведена к задаче построения зависимости параметра потока отказов от наработки машин с начала эксплуатации.

Исследование зависимости параметра потока отказов фронтальных погрузчиков от их наработки с начала эксплуатации

Максимальная наработка с начала эксплуатации для отдельных машин достигала 40 тыс. мото-ч. Диапазон от 0 до 40 тыс. мото-ч был разбит на 10 интервалов по 4 тыс. мото-ч каждый. В каждом интервале было подсчитано число машин и число отказов (табл. 1).

Таблица 1 – Данные для расчета параметров потока отказов по машинам в целом

Интервал наработки, тыс. мото-ч	Число машин и число отказов по категориям условий эксплуатации
	1-я категория		2-я категория		3-я категория		Всего
	Число машин	Число отказов	Число машин	Число отказов	Число машин	Число отказов	Число машин	Число отказов
0…4	4	16	9	19	4	19	17	54
4…8	8	18	11	23	6	26	25	67
8…12	10	42	11	22	8	24	29	88
12…16	9	45	12	40	11	38	32	123
16…20	8	38	14	61	9	48	31	147
20…24	3	7	8	29	7	36	18	72
24…28	2	8	7	33	5	10	14	51
28…32	3	5	7	30	3	9	13	44
32…36	2	4	5	36	1	11	8	51
36…40	2	4	2	2	1	2	5	8

Число машин в каждом интервале не пре- как к началу наблюдений некоторые машины уже вышает общего числа машин и в рассматриваемой имели ту или иную наработку, в течение периода категории условий эксплуатации, и в целом, так наблюдений поступала новая техника, к концу периода наблюдений некоторые машины были списаны.

Параметр потока отказов в каждом интервале наработки определялся как частное от деления числа отказов на число машин и длину интервала, равную 4 тыс. мото-ч. Таким образом, параметр потока отказов имеет единицу измерения от-каз/1000 мото-ч.

Динамика параметра потока отказов показана на рис. 1. Первый и последний интервалы наработки были исключены. Первый интервал показывает всплеск интенсивности отказов, так как содержит в себе период приработки и, в основном, соответствует гарантийному периоду, когда владелец машины по любому поводу вызывает сервисного инженера. Последний период также не характерен, так как его достигают редкие машины, уже выработавшие амортизационный срок службы, владельцы машин не тратят средства на вызовы сервисного инженера и стараются собственными силами поддержать работоспособность машин до грядущего списания.

Рисунок 1 – Динамика параметров потоков отказов по машинам в целом: 1 – первая категория условий эксплуатации; 2 – вторая категория; 3 – третья категория; 4 – весь парк машин

Наиболее характерна динамика параметра потока отказов для 2-й категории условий эксплуатации и для всего парка машин. Здесь наблюдается тенденция нелинейного затухающего роста параметра потока отказов с увеличением наработки машин, что соответствует физике процесса и результатам ранее выполненных исследований. Была выдвинута рабочая гипотеза, что рост параметра потока отказов подчиняется степенной зависимости вида

ω = а·t b, где ω – параметр потока отказов, отказ/1000 мото-ч;

t – наработка машины, тыс. мото-ч;

а и b – постоянные коэффициенты (коэффициенты регрессии).

Коэффициенты регрессии определялись методом наименьших квадратов, теснота связи параметра потока отказов с наработкой машины оценивалась величиной корреляционного отношения [4].

Для 2-й категории условий эксплуатации получена зависимость

ω = 0,14· t ^0,65, отказ/1000 мото-ч, для всего парка машин зависимость имела вид ω = 0,38· t ^0,32, отказ/1000 мото-ч.

Для 1-й категории параметр потока отказов с увеличением наработки машины вначале заметно растет, а затем не столь очевидно, но все-таки снижается. Методом наименьших квадратов получена зависимость в виде параболы второй степени:

ω = 0,326 + 0,085 t – 0,0025 t ², отказ/1000 мото-ч.

Такая динамика параметра потока отказов (см. рис. 1) не соответствует сложившимся представлениям. Однако напомним, что речь идет не обо всех отказах, а только об отказах, устраняемых предприятием технического сервиса по заявке владельца машины. В первой половине срока службы машины (примерно до 18 тыс. мото-ч) идет закономерное нарастание параметра потока отказов. После этого следует его снижение, причины которого подлежат выяснению.

Для 3-й категории условий эксплуатации траектория потока отказов более сложная, имеет несколько максимумов и несколько минимумов.

Учесть те или иные колебания прогнозируемых переменных позволяет так называемый гармонический тренд, в котором циклические изменения прогнозируемой переменной представляются рядами Фурье [6]. Однако цикличность следует учитывать только в том случае, когда она органически присуща исследуемому процессу, например, изменению уровня воды в море за счет приливов и отливов, изменению спроса на услуги технического сервиса машин сезонного использования (снегоуборочных, поливомоечных и др.). В исследуемом процессе причинами цикличности могут быть всплески и спады параметров потока отказов с увеличением наработки машины, несовпадающие у отдельных агрегатов или комплектов агрегатов.

С целью исследования цикличности и установления причин отклонений от известных закономерностей в динамике параметра потока отказов машин была рассмотрена динамика параметров потоков отказов их составных частей.

У двигателей не только последний, но также и предпоследний интервал наработки оказался нехарактерным для процесса наступления отказов, что сократило число рассматриваемых интервалов до семи. В каждой категории условий эксплуатации и в целом для парка машин проверялась гипотеза о регрессионной связи исследуемых параметров в виде параболы второй степени

Результаты проверки гипотез о динамике параметра потока отказов двигателей представлены на рис. 2. Во всех случаях получены параболические зависимости, но экспериментальные данные аппроксимированы различными участками параболы. Во 2-й категории условий эксплуатации и для всех двигателей получены параболы с двумя ветвями: параметр потока отказов с увеличением наработки машины вначале растет, а затем снижается. В 1-й и 3-й категориях условий эксплуатации парабола имеет только одну ветвь: параметр потока отказов постоянно снижается. Примечательно, что парабола с двумя ветвями объективно отражает экспериментальные данные, которые также показывают первоначальный рост с последующим снижением параметра потока отказов. Постоянное снижение параметра потока отказов -это результат аппроксимации. Экспериментальные данные показывают не монотонное снижение, а чередование спада и роста исследуемого показателя. Но при этом тенденция снижения параметра потока отказов четко прослеживается.

Рисунок 2 - Динамика параметров потоков отказов двигателей: 1 - первая категория условий эксплуа тации; 2 - вторая категория; 3 - третья категория; 4 - весь парк машин

По отказам трансмиссии получена иная картина (рис. 3). В 1-й категории условий эксплуатации параметр потока отказов постоянно снижается, что аппроксимируется параболой с одной ветвью. Для 2-й категории характерен рост параметра потока отказов по степенной зависимости. В 3-й категории и для парка машин в целом параметр потока отказов подчиняется линейной зависимости от наработки с начала эксплуатации, причем в первом случае зависимость отрицательная (уравнение прямой го = 0,195 - 0,0007 t), а во втором - положительная (го = 0,205 + 0,0013 t). Коэффициент при независимой переменной t настолько мал, что в обоих случаях линии практически параллельны оси абсцисс, что позволяет считать поток отказов независимым от наработки с начала эксплуатации.

Параметры потоков отказов гидравлики в 1-й и 3-й категориях условий эксплуатации достаточно хорошо описываются параболами с двумя ветвями, отражающими первоначальный рост с последующим снижением параметра потока отказов (рис. 4). Во 2-й категории и для парка машин в целом параметры потока отказов подчиняются линейной зависимости от наработки с начала эксплуатации (уравнения прямой ω = 0,207 + 0,0035 t и ω = 0,250 + 0,0018 t), что также позволяет считать поток отказов независимым от наработки с начала эксплуатации.

Рисунок 3 – Динамика параметров потоков отказов трансмиссии: 1 – первая категория условий эксплуатации; 2 – вторая категория; 3 – третья категория; 4 – весь парк машин

Рисунок 4 – Динамика параметров потоков отказов гидравлики: 1 – первая категория условий эксплуатации; 2 – вторая категория; 3 – третья категория; 4 – весь парк машин

Обсуждение полученных результатов

В 1-й категории условий эксплуатации параметры потоков отказов двигателей и трансмиссии постоянно снижаются по параболической зависимости, а зависимость параметра потока отка- зов гидравлики имеет вид параболы с двумя ветвями, отражающей первоначальный рост с последующим его снижением. Подобная зависимость характерна и для параметра потока отказов всего парка машин, который является комбинацией параметров рассмотренных составных частей машины.

Во 2-й категории условий эксплуатации для двигателей получена парабола с двумя ветвями, где параметр потока отказов с увеличением наработки машины вначале растет, а затем снижается. Для трансмиссии получена степенная, а для гидравлики линейная зависимости, показывающие рост параметра потока отказов с увеличением наработки машины. Комбинация этих зависимостей для всего парка машин, приводит к степенной зависимости, показывающей рост параметра потока отказов с увеличением наработки машины.

В 3-й категории условий эксплуатации параметр потока отказов двигателей постоянно снижается по параболической зависимости, параметр потока отказов трансмиссии практически не зависит от наработки машины, а параметр потока отказов гидравлики имеет вид параболы с двумя ветвями, с увеличением наработки машины вначале растет, а затем снижается. Такое сочетание противоречивых зависимостей вызывает несколько максимумов параметра потока отказов всей машины.

Причинами снижения параметров потоков отказов при увеличении наработки машины могут быть следующие обстоятельства. Ремонтный персонал владельца машины в течение нескольких лет общения с сервисными инженерами имел возможность обучиться постановке диагноза и методам устранения наиболее типичных отказов до такой степени, чтобы в дальнейшем выполнять эти работы самостоятельно. К тому же отношение к старой технике меняется по мере ее старения, и вкладывать большие средства в поддержание работоспособности даже дорогой импортной машины, но на этапе ее жизни, когда она уже пережила отечественные аналоги, не всегда целесообразно.

Выводы

• 1.    При разделении труда по поддержанию работоспособности машин между их владельцами и предприятиями технического сервиса поток отказов разделяется на два потока, каждый из которых может не подчиняться привычной закономерности увеличения числа отказов по мере увеличения наработки машины.

• 2.    Проведенные экспериментальные исследования показали, что зависимости от наработки машины параметров потоков отказов машин и их

• 3.    Полученные результаты рекомендованы предприятиям технического сервиса для обоснованного прогнозирования и планирования объемов услуг по устранению отказов машин, работающих в разных условиях эксплуатации.

составных частей, устраняемых предприятиями технического сервиса, в разных условиях эксплуатации могут иметь характер параболы 2-й степени, степенной и линейной функций, могут увеличиваться и/или уменьшаться с ростом наработки, могут быть независимыми от нее.