Модели оптимальной эксплуатации элементов механических систем с учетом накопления повреждений тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА.

т—* ■ „ • '

на правах рукописи'

КОШОВ Виталий Анатольевич

УЖ 52-192:624.9.059.1

модой ошжадшой экспортации .¡ШЛЕНТОВ МЕХАШГЧЕСКИХ

СЗДЕИ С УЧЕТОМ НАКОПЛЕНИЯ" ПОВРЕЖДЕН!®

Специальность 0Г.02..0о —^Диьамйка прочность мести,

приборов.к аппаратуры"'

АЯГ0РЕ2ШРАТ диссертации на соискание .ученой степени кандидата технических наук

Челябинск - 1990

Работа выполнена в лаборатории надеанасти Научно-инженерного Центра я£алегность и ресурс болыши'систем машин'' при Институте МЕШноведввяя Уральского отделении Акадомш наук СССР.

Научный руководитель — доктор, технических наук,.

профессор ТШШЗ O.A.

Официальные оппоненты: доктор .технических наук,

"профессор .Дереверзев JE.С., кандидат технических .наук, :доцзнт Шефер JI.A.

Ведущее лгредщшятие — Институт проблем надежности и долговечности .машш АН КЗСР.

Защита состоится " " cf^tJ/Ue is в ^ ч к б атд.^^^гдавного -учебного корпуса ж

заседании сеециашзирован:юго совета Д.053.13.01 до опедкальпосте 01.02.06 — "Динамика ж прочность машин, приборов .ж аппаратура" при Челябинском псшгрехничйскры институте-ш. Ленинского комсомола. Адрес института:-454030, г. 1елябгнск-80, пр..им. Ленина, 76, ШИ.

С диссертацией можно ознакомиться ~в библиотеке института.

Автореферат разослан ße&aifä* 2939 г.

Просим Вас принять участие в аал5ите и направить Ваш отзыв ка автореферат, заверенный гербовой печатьи, в двух экземплярам в сифотаржат совета ло указанному адресу.

Учэнкй секретарь спедизлизированвого совета, е.т-ы., доц. ßi_£-

З.М.КОНОНОВ

ёсХМ

ОНЦАЛ ХАРАКГЕРИГО1КА РАБОТЫ

Требования к обеспечению надежности промышленных изделий и :чных малин, жизненный цикл которых состоит, как правило, аз хро актирования, изготовления, стендовой отработки и эксплуатации, юстоянно возрастают. Практика показывает, что использование методов теория оптимальной эксплуатации механических систем позво-гяет, с одной стороны,- повысить качество и надежность машин, а ; другой стороны - снизать затраты на их эксплуатацию. Наличие ?акой теории дает такяе возможность проектировать одновременно ц [зделие, и систему его оптимальной эксплуатации.

Современные концепция оптимальной эксплуатации основываются ¡а идее технического мониторинга механических систем /МС/. Сис-•емы технического мониторинга представляет собой комплекс мето-:ов з средств /включая диагностические/, позволяйте отслеживать вменение во времен:! свойств механических систем с целью исполь-ованкя этих данных для оценка остаточного ресурса, прогнозировали наделсностн, минимизации эксплуатационных расходов, иакспмаза-ди эффективности технологических процессов, предотвращения ос-огнениа и аварий. При функционировании любой МС рано или поздно роисходнт такое изменение ее эксплуатационных свойств, что сис-ема отказывает /не может выполнять свои функции/ и., более того, тказ может принести значительный уцэрб от аварии. С другой сто— они, превентивная остановка эксплуатации я восстановите войств МС еще до отказа также могут оказаться экономически не— нгоднши, поскольку мояат остаться незаработанной значительная асть ресурса системы. Учет такого рода противоречий при разра-этке систем эксплуатации изделий приводит к постановкам оп^тли--анионных задач эксплуатации, связанных дрекдэ всего с надезно— гыо этих изделий.

Одной из ватаых задач эксплуатации промщщешгах изделий дз— ?ется построение .моделей оптимальных правил зкеплуатапдн УС и 1едро1п:е их в практику, которые обеспечат максимально возмогноэ давние затрат на эксплуатацию за счет повкпоная надежности сис-зм до оптимального уровня. В настоящее время сущэствуэт доста— )чно простые правила и алгоритмы оптимальной эксплуатации тезаж— !ских систем. Однако, они не учитывают в явной виде процесса ус-ьюстного изменения физических и хидаческлх свойств материалов жструкции.

Целью диссертационной работа является разработка методов оптимальной эксплуатации деградирующих элементов механических сиг-тем /ЗИС/ и алгоритмов нахождения оптимальных параметров стратегий и политик эксплуатации, как компонент прикладного программного обеспечения систем технического мониторинга.

Научную новизну работы составляют:

- методы и алгоритма оптимальной эксплуатации SAO как с восстанавливаемыми, так к невосстанавливаемыми свойствами в классе двухуровневых политик, деградация которых может быть описана скачкообразными процессами марковского тала;

- результаты численного исследования некоторых моделей на примере процессов усталостного накопления повреждений, роста трещин, коррозии п износа;

- метод решения задачи оп-тиыальчой остановки функционирования ЭМС в условиях накопления ненаблюдаемых усталостных повреждений при использовании спстей мониторинга нагрузсения ЭМС.

Практическая ценность диссертация заключается в тоы, что:

- разработанные алгоритмы поиска оптимальных параметров двухуровневых политик эксплуатация позволяют определять состояния ЭМС, со-' ответствующие прэдупрзгдаадеыу и критическому /основному/ отказу для кошфетных систем по тем или иным критяриям отказов;

- показано, что функция надежности высоконадежных ЗАО, эксплуати-руешх по принципу двухуровневых политик, отреыится к зазисжости экспоненциального Еэда;

- предложенные правила оптимальной остановки йункдаонирозания - Э?.1С в случае ненаблюдаемых процессов накопления повреждений позволяют организовать" оптимальную эксплуатацию с применением систем отсле-иивания внешнего нагрукения элемента;

- разработанные программы для ЭШ, ревизующие некоторые из полученных алгоритмов, позволяют на стадии проектирования'находить оптимальные значения параметров, политик эксплуатации реальных систем, учитывающих явление деградации свойств материалов конструкций ШС.

Реализация работы. Полученные в диссертации методики и алгоритмы использованы для:

- вероятностной оптимизация начальной высоты язнаяивагацпхся элементов тетрадных агрегатов ITA, ЛТ-2, эксплуатируемых на Сзердлов-

сеой фабрике беловых f канцелярских изделий /экономический эффект -31,8 ткс.руЗ/;

- определения оятгагалькогс срока службы подкрановых бзлок Магнитогорского металлургического комбината при известной функции распределения их ресурса;

- определения оптимального значения предупреждающего уровня сигнала акустозм:сс1'л, получаемого пря диагностике зкеплуатацконкше сзойств рэмнкх ш на лесопильных рамах РД 75/6/7 на Таздииском лесокомбинате /экономический эффект - 10,88 ткс.руб./. Апробация работы. Результаты работы докладывалась

п обсуждались на Всесоюзных школах по надежности механических систем /Кострома - 1982, Звенигород - 1S84, Залешнки - 1986, Ташкент -1988/, 4- й Международной конференция но теории вероятностей и математической статистике /Вильнюс - 1985/, 6- м Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике /Ташкент - 1986/, 1- м Уральском секпнаре но проблемам проектирования конструкций /Челябинск - 1387/, Всесоюзной научно-технической конференции "Эксплуатационная надежность мавпя, роботов в модулей гибких производственных систем" /Сзердаовск - 1987/.

Основное содержание диссертации опубликовано в 8 работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка аспользованншс источников, двух приложений и содержат 143 страниц, 16 рзсушсоЕ, Э таблиц и библиографию из 108 наименований. На защиту выносятся:

- метода к алгоритмы оптимальной эксплуатации ЭМС с восстанавливаемыми ц иевосстанавливаежигги свойствами -в классе двухуровневых политик, поведение которых возможно описать скачкообразными процессами марковского тппа;

- правила оптимальной остановки функционирования ЭЛС в случае ненаблюдаемых процессов накопления повреждений прз использовании сz-стегл отслеживания чагрукения элемента;

- результаты численного исследования правил оптимальной эксплуатации ЭМС, учитывающих явление ухудшения свойств материала конструкции ЭМС;

СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ

В первой часта работа содержится-краткий сбзор и анализ современного состояния исследований, по проблемам оптимальной эксплуатации мохаютесккх статей,. у^ЕТЕвашик явление деградации их эксплуатационных свойств.

Примерно с хшнца 50~х годов появилось большое количество работ, посвященккх ргзенаю задач технического обслузйшашя слоеных систем. Эта направление получало., свое наибольшее развитие в работах. Еарзалозича ЕЛ)., ВаскобсшБа В.Ф., Герябажа-И.Б.., Дедкова ИцкоЕича А. А.. г Каялавова В.А., Машина Г .Т., Мсламина В.Е., Сэ-верцева А.Н., Смирнова НЛ., Дермая IV*, Клейн М. и да. При рэше-еш задач тезшетзского ойсафазвания основнЕии исксшвш параметрами ягляются глубина, периодичность контроля состояния систем и замены ее элементов.,, веявжша аредупрелтгдщего допуска какдх-дибо диагностируемых вшеши.

Развитее методов оятпй&шгеЗ эксплуатации мазик стало возможным благодаря решении зтах задач с пазндай теории управления на-декностью КС., что нала» сеос гцрайэняе в работах Тлмааева С.А. Дяя долез точного определения момента отказа сшагемы и связанных с атшд процедур поддержания качества МС на требуемом уровне необходимо детально изучать причины выхода их из строя. Основной причиной отказов большинства ЗЕС является развитие в материале конструкции процессов деградации., таких кадс усталостное накопление -повреждений, рост трещин, износ, коррозия.

Проведенный анализ -работ Бартера "ИЛ., Болотина В.В., Гусен-кова АЛ., Кордопсжого Х.Б., КаргашоваГЛ., Когаева В Л», Маху-това Е.А., .Тиыашева С .А,.., Богданофф Дк. Л ., .Козин Ф., Лин А. К., Собчкк К. позволяет выделить феноменологически подход к описанию явления деградации эксплуатационных свойств натурных конструкций как. наиболее подходящий для использования в моделях эксплуатации •ЩЗ. Б настоящее время достаточно хорошо разработаны .теоретические подходы к описанию процессов деградации с помощью марковских случайная процессов. В особенности имеется большое количество работ Еспользувщих процессы с дисщзетнш множеством состояний, либо с дискретными множеством состояний и временем. В то же -время следует отметить недостаточную степень разработанности методов идентификации параметров подобных ьюделей.

- В качестве математической оснозы построения моделей оптимадь-

ной эксплуатации целесообразно- использовать задачи оптимального управления процессами /деградации/ д, в частности, методы оптимальной остановки случайных процессов, изложенными в работах Барзиловича Е.Ю., Беляева Ю.К., Гнеденко Б.В., Каятансва З.А., Коваленко И.Н., Соловьева А.Д., Роббппса Г., Скгмунда Д., Чао И., Ширяева А.Н. и многих других.

Б последнее время основы теории оптимальной эксплуатация .MC бшгп дополнены в работах Ткмашева С.А. концепцией технического мониторинга мехашчэских систем, в которой сформулированы пути оптимизации эксплуатация за счет непрерывного контроля /отслеживания/ и диагностики состояния ЗМС и решения на этой основе задач оцешк остаточного ресурса, прогнозирования надежности, восстановления утраченного качества и оптимальной остановки тем или итнгл способом.

Таким образом, создание и исследование моделейоптимальной эксплуатации ЗЖ в условиях накопления змп повреждений необходимо дотя практической реализация технического мониторинга узлов и элементов механических систем.

Ка основе проведенного обзора определены цели и задачи диссертации и показано, что корректное решение :этих задач: для Э"С возможно липь при наличии:

- формализованного описания случайного процесса накопления повреждения /деградации/ элемента;

- подходящих стратегий и политик эксплуатации, учитивавдих-явление деградации его свойств;

- функционала качества- эксплуатации;

- способа отыскания правил оптимальной остановка или восстановления свойств 1С.

Основное внимание в работе уделено- разработке моделей оптимальной эксплуатации ЗМС с учетом накопления повреждений дня: атукая, когда зозмояяо много кратно е- восстановление' их свойств. Тпедподагазтся, что процессы деградации, например, износ, коррозия, рост трещин и т.д. наблюдаема. Построение моделей оптималь— юй эксплуатации рассматривается как задача оптимального программного управления скачкообразными процессами марковского типа } классе двухуровлеэш: политик. Сухость этих политик состоит в ■ом, что все работы по восстановлении свойств ШС /например, вос-¡таноклэние изнсзенных поверхностей, заваривание трещин и т.д./ ■ вязыва'отся с оптимально внбранннша из лредзара>тзльных расчетов:--

состоянием отказа и предупреждавшего состояния о возможном отказе в ближайшем будущем. Кроме того, оптимизируемой величиной может язлятьсл и величина восстановления. На рисунке 1 представлена графическая интерпретация модели функционирования ЗШ с использованием двухуровневой политики управления, где приняты следующие обозначения: £<> — состояние, соответствующее новой системе, Ет- состояние системы в момент подачи сигнала, £„ - состояние основного отказа, Страткой обозначается момент подачи сигнала.

Из рисунка видно, что после начала функционирования системы г.з состояния Ес проходит время ¿Ес„ до подачи сигнала на восстановление. состояния 'системы. Послэ подачи сигнала могут произойти 'два события: либо произойдет превентивное восстановление свойств через время 1 на величину А , которое может быть мгновенным или занять некоторое врем <ор , либо аварийны!! отказ системк через время • После отказа вся система восстанавливается в течение времена , и все начинается сначала.

3 результате описанной вше процедуры эксплуатации происходит преобразование процесса деградации з управляемый регенерирующий процесс (£). В качестве точек регенерации удобно рассматривать моменты подача сигнала ш замены элементов.

Качество фунхцдоиированая таких систем оценивается с помощью математического ожидания удельных затрат на эксплуатацию в стационарном рапме, учитывавших в общем случае стоимости затрат на аварийное ж превентивное восстановление, на систему управления и собственно эксплуатацию, аинзжзацпя этого функционала по параметрам м,« и& позволяет определять их оптимальные значения. Во второй главе получены алгоритмы вычисления •функционала качества для случаев, когда процесс деградации описывается немонотонным полумарковснпи процессом -л марковским процессом гибели, Для вычисления функций распределения времен перехода с одного уровня на другой я их катег.'.атаческих созданий чсиользуются проц-сск ;лап--ковского восстановлеппя и аппарат условных математических ожиданий. Вычисления среднего значения управяяемэго процесса в стационарном регше производятся с помощь® теоремы Смита для регенерирующих процессов. Кроме того, для процесса гибели приводится алгоритм вычисления стационарного коэффициента готовност:: кз:с функции параазтров двухуровневых политик управления.

Поскольку использование процедуры управления привода? к по-

Рис. I Общая схема .управления процессом деградации по принципу двухуровневых политик

а и V - множества работоспособных, состояний ЗшС,

- множество состояний отказа, - случайное вр«»№ до начала восстановления, ^ и - времена аварийного и превентивного восстановления, 2СЫ - время перехода ЭX из состояния в множество V» вреик перехода из У. в V , - из М в 'у] .

зшешш надежности алемента НЮ, с помощью методов,разработанных Соловьевым А.Д., получек агаржт .вычисления асимптотической функции надежности, .которая принимает экспоненциальны! вид, в предположении, что отказ является достаточно редким событием.

Приведенный в-диссертации алгоритм вычисления функционала качества для процесса гибели был численно реализован с помощью алгоритмического языка Фортран для.случая корродирующего ,в процессе эксплуатации элемента Ж. Доказана высокая чувствительность изменения оптимальных параметров политики управления в зависимости от стоимостей отказа и превентивного восстановления.

Далее рассматривается некоторые модели оптимальной эксплуатации элементов МО с. ^восстанавливаемыми свойствами. Считается, что никакие действия,' направленные на изменение условий эксплуатации,невозможны, и единственно возмоетой процедурой управления эксплуатацией элементов является их остановка.

При проектировании эксплуатации элементов МС однократного действия по типу двухуровневых -политик .приходится производить оптимизацию непосредственна математического ожидания отношения затрат к длительности рассматриваемого цикла эксплуатации. Вычисление такого функционала от траекторий процесса деградации, описываемого в общем .случае полумарковским процессом, является гораздо более-трудоемкой задачей по сравнению с'функционалом, используемым во Еторой главе. Поэтому здесь рассматривается один достаточно простой случай.описания процесса деградации однородной по ..времени, цепью Маркова, у которой возможны только единичные скачки''вверх иди-вниз- Считается,'что новой ЭМС соответствует нулевой уровень , а отказу.системы - уровень *\ . Вводится сигнальный уровень *у\ . ^"при.достижешш которого подается сигнал на превентивную остановку и снятие ШС ,с эксплуатации. Время до превентивной остановки -эксплуатации после подачи сигнала имеет ди-'Ифетную функцию распределения .и -конечное математическое ожидание.

Построенная таким образом модель эксплуатации по принципу двухуровневых политик иллюстрируется на примере -описания роста усталостных зренпш цепью Маркова, взятого из работы японских .авторов: Ко.Ц.о>до.\«лх Т., У. ,Т*\<и*о Н. ие11<хиЩ^

салек рлорс^а-Ноу) £Це Су Маякоу с\мх\,л//' Раог, е$> коЬс, ^ирил. Иа«4 V.!.

Произведено численное исследование /язык Фортран/ полученных алгоритмов вычисления функционала качества для случаев эксплуатации систем как с однократным, так а многократным действием. В результате численного модаялрСвания на ЭВМ рассматриваемой задачи поиска оптимальных значений предупреждающего уровня выяснилось, что характер изменения оптлмальшго значения для обоих случаев эксплуатации почти одинаков. Это позволило сделать бквод о том, что в случае более сложных функционалов и описаний процессов деградации допустимо оптимизировать отношение математических ожиданий затрат на цикле эксплуатации к длительности этого цикла дажедая систем разового применения. .

Кроне этого в третьей главе рассмотрено решение задачи об оптимальной остановке эксплуатации ЭМС в случае развития в нем ' ненаблюдаемого процесса накопления усталостных повреждений. Критерием отказа принято появление наблюдаемых усталостных трещин.

Чтобы решать такого рода задачи, необходимо в общем случае наличие отслеживаемой истории нагрузсенля, подходящей теории накопления повреждений и прогнозирования остаточного ресурса и использование какого-либо правила оптимальности остановки. Существенным допущением, позволяющим получить редеете данных задач, является свойство мгновенной'идентифицируемости отказа в системе.

На первом этапе решения задачи предполагается, что единственная информация, клеящаяся-в нашем распоряжении, это функция распределения ресурса системы Т , лкбо ее оценка, но нет

никакой информации о том, как происходит процесс накопления повреждений в материале конструкции, что стоимость превентивной остановки эксплуатации равна .с = со^Л , а стоимость отказа рав-1-а соответственно со»да.Т; •

Дополнительно предполагается, что- производить остановку можно лишь в дискретные г.оментн времени , где ¿Л -ссньТ, а= 1, 2.....Оптимальность- выбора рломента остановки эксплуатации естественно определить с помощью минимизации математического ожидания удельных затрат на эксплуатацию. 3 этом случае потери лрл остановке эксплуатации . ^ в момент времени можно оп-редаазг» & лгомащвв следующей случайной вййпйШ; -:

4*4. 4

где I - и'здикаторнай фуйКЕряй события, записанного в качестве

ее аргумента, то есть, если отказ произошел на ^ периоде эксплуатации, то потери составят величая/ € "Зй/ , если ж г к ышенту отказа не произошло, а произведем превентивная остановка, то потери:составят сДи . Воспользовавшись результатакг работ по тео-раи озтшадьнкх правил остановки случайна последовательностей, можно получить следующее оптимальное правило: . останавливаться как только условная вероятность отказа на а-1 шаге превысят величину с/СЗз.п) , при условии, что до п -г шага отказа не произошло.

На следующем этаяе-решения задали об остановке предполагается, что существует система отслеживания процессов вагружепия Э5ДС, и усталостное изменение свойств /деградация/ материала конструкции ШС связано в основном только с амплитудой и среддам значением циклов кагруженкя. В диссертация рассмотрен стохастический вариант линейной модели накопления повреждений. Накопленное повреждение щ за период выражается формулой типа

и. . X 4*

/V - - 1 Мф**'

где - ресурс при нагружешш последовательностью циклов на-

груаения с постоянным значением адалктуда £> , явяявдайся случайной величиной, а ^ (.а) - распределение амплитуд вагрухення за период.

Полученное правило оптимальной остановки щж мониторинге .внеанэго нагружения ЭдС оказывается схоацм по общему принципу "монотонности" с правилом, получаины-л только по известной функции надежности. На примере моделированияотслеживания зргодпческого стационарного процесса нагруженля произведено численное -.ьсоледова-ние полученных алгоритмов /язкк Фортран/.к показана их работоспособность.

. В заключение приводятся примеры конкретного расчета параметров моделей оптимальной эксплуатации, некоторых ЗУй для случаев усталостного накопления повреждений и износа.

В качестве-первого примера рассматривается определение оптимального срока службы до замены или ремонта стальных подкрановых 'балок, эксплуатируидихс-я на Магнитогорском металлургическом комбинате им. Б.И.Ленина, по данным диссертации*. В таких кояструж-

£ Власов З.В. надежностная оптимизация изгибаемых систем в условиях накопления повреждений. Дис. ... канд. техн. наук по специальности 01.02.03.,- Свердловск, 1983. - 168 с.

циях под воздействием крановых нагрузок происходят накопление усталостных позреадзний и развитие усталостных трещин, что и является причиной выхода их из строя. В соответствии с работой Власова З.В. ведглана ущерба от превентивной остановки з ремонта или замена балки составляем в среднем с* = 2.665 тес.руб., а величина ущерба от аварии составит в среднем C'î) =13.1 тыс.руб. 1?еднолагая, что перцодошость осмотров каздой балки - 1 год, ?„:оа-ю воспользоваться известной футссдяей ьадеякоста и алгоритмом последовательного принятия решения с дискретным временем и получить эитпгдальши срок слтабк подкрановой балки такого типа 6 лет. Этот jpo:c обеспечивает ияжашьяов математическое ожидание удельных затрат на эксплуатация подкрановой балки с учетом возыокнсго ущерба от отказа, з vo вреуя как средний фактический срок слугоа ба-юк - 12,6 лзт приводит к увеличенным эксплуатационным расходам.

С&адуадгй задачей рассматривается построение модели опгималь-ic.i гксплуатацив ппл лесопильных раы РД 75/3/7 з условиях Таздин-!кого лесокомбината им. В.3.Куйбышева. Эксплуатационные свойства ;агякых пил изучались а помощью экспериментального стенда акусто-миссиошюго /АЭ/ анализа, разработанного и внедренного в производство кафедрой прикладной физики к биофизики Уральского лесстех-ичеекого института. При периодическом контроле параметров спгна-оз акустической з,'»:пссил, регистрируемых на стенде >.:езду сменами, сано проследить давддо? развития дефектов, оценить степень их пасноста и произвести- выбраковку пил. 3 яроцессе эхспориментадь-оя отладки и статистических испытаний диагностического комплекса ылснилоеь, что иаабольпрй инЗюрадативностьв для выводов о степени вменения прочностных свойств гзтериала и;ш обладает сумма импулъ-оз N*

Б данном случае общая задача оптимальной эксплуатации ЭМС золится к задаче определения только оптимального упреждающего до-Гска для параметра w ; верхний уровень не является оптаашзиру-

ит.

В силу дискретности способа измерения сигналов акустоэмнссзга «ЭДУ сменами разумно аредломгть описание процесса изменения аара-¡тра с зомофл цепи Маркова. Всего было получено 25 реализаций, > ость .хпытано доведено до разрушения 25 полотен пил.

lia осног-э теории асамптотическас распределений для переходных. роягноет--;И однородной по времени цепи Маркова произвольного лодка лрл наличии нескольких реализаций асходасго процесса азмене-

Eüiii параметра Ni сигнала АЭ построены оценки максимального правдоподобия. С помощью критериев максимального правдоподобия и

хи -квадрат показано, что с доверительной вероятностью 0.95 можно принять гипотезы о том, что процесс деградации описывается однородной по времени цепьв Маркова первого порядка. Определено оптимальное значение.предупреждающего допуска для параметра при минимизации стационарной интенсивности затрат на.эксплуатацию рамных пил учитывавшей затраты на их выбраковку, замену на новые и среднюю стоимость аварийной остановки.

Последней практической задачей, рассмотренной в диссертации, является вероятностная оптимизация начальной высоты печатающих элементов узлов дяя поперечного линования тетрадных агрегатов.

Проведенные автором совместно с кафедрой охраны труда ЛГШ исследования уровня шума на рабочих местах в цехах по производству тетрадей Свердловской фабршш беловвх, канцелярских и картонажных изделий показали, что он достигает 96-98 дВА. Это значительно превышает допустимые нормы по ГОСТ 12.1.003-83. .Выяснено, что основным источником шума являются узлы для поперечного линования бумага, йзлучэще происходит в результате замыкания объемов воздуха мевду дечатадаими элементами линовального валика и бумаго-ведущим барабаном. При снижения высоты печатающих элементов уменьшается звуковая энергия" источника. Поэтому наиболее реальным методом снижения, шума в производственных условиях является уменьшение высоте печатающие элементов, но ..это повлечем за собой более час-туи лх замену, а значит и большие производственные издержка. Та-ш образом, возникает оптимизадаонная задача определения начальной высота печатапцае .элементов, учитывающая потери как от лума, так и от количества замен валиков. Общая задача, рассматривавшаяся во второй главе, в данном случае свелась к задаче поиска только верхнего оптимального уровня.. Случайный процесс изменения высоты печатающих элементов описан веерным процессом. За моменты регенерации приняты моменты замены валиков. Качество функционирования такого элемента МС опредаяяется стационарной интенсивностью издержек.

В результате исследований на ЭБ-.5 получен график зависимости издержек на эксплуатации линовального валика с учетом его стоимости я обработки и потерь от повышенного уровня шума. Мянймаль-.ля величина издерязк /98 ру^/нед,/получается яри высотз печатаощ, элементов 3,25 ми. Для используемой в настоящее время валиков с

элементами высотой 5 м зелпчина издержек составляет 200 руб/нед. При снижении высоты печатаядах: элементов до оптимальной, издержки на эксплуатации снизятся та 102 руб/нед, а уровень шума на 3-6 дБА..

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Для систем,допускающих многократную замену элементов, разработали модели и алгоритмы оптимальной эксплуатации, в основу которых положено решение задач спглтлального программного управления процессам деградации ЭМС в классе двухуровневых политик управления, позволяющие определить оптамаяьане значения предупреадаищего допуска, основного отказа и. величины восстановления.

2. Аналогичные алгоритмы получены с псмодьв последовательного применения условных математических охаданлй для систем однократного действия, эксплуатирующихся. по прикцаду двухуровневых цоликк. Проведено- сразннние работоспособности алгоритмов вычисления ¿функционалов качества для систем. одкокрззтюго ж кногократного действий и показано првцглуцество с зшисгштельшй точки зрения функционалов типа отношешш тгемаютесхого сеаданзя затрат на одном цикле эксплуатации к матеиатическс&Т" сзшазш) дапзтшгьности этого цикла.

3-. Для элементов МС, в которых протекает: ненаблвдаеглые процессы усталостного накопления поврпздешй., предогазввд редение задачи олтиладьной остановки их с^ундционггрозанця с помощью организации система отсяеяивающ внешнего нагруеткия элемента. Использование правила линейного суммирования довреэдгенпЁ позволяет получить довольно простой алгоритм периодической оценки, меры накопленного повреждения.

4. Построены кодели олтамальяай эксплуатации конкретных ЗМП, применяемых в промкшенностЕ, которые дозволяют .объединить традиционные методе технического обслуживания и .надеЕнастната проектирования. -

0. Разработаны процедура и численный алгоритм построения ста- . гисткческой модели деградации эксплуатационных свойств конструкции ЭМС в ввде однородной цепи Маркова. . ' . . -,

Основное содержанке дассерташи опубликовало в. работах: ' .; '

1. Копное В.А.., Тшгашев С.А. Оптимальное- управление процессом гибели с помощью двухуровневых политик // Надежность а качества

функционирования робототехняческих комплексов, ЩС и систем "человек-машина" : Тезисы "докладов областной конференции / УНЦ АН СССР. - Свердловск, 1934. -С.21-23.

2. Тшазев С.А., Копнов В.А. Управление надежностью механической системы по :нагрузке в виде процесса рсвдения и гибели // Надежность и прочность несовершенных механических систем: Сб.статей / УЕЦ АН СССР - Свердловск, 1985. - С.3-10.

3. T'binasWeJ S. iv., dcpn^v V, A. Qpt'wv^t deaxU pRcceii

wi two icveE. pctvC^es // M4Vv Lv\tc3.v\<x"tliv\«,

- - P. 14S-146.

4. Копнов B.A. Оптимальная остановка эксплуатации механической системы с учетом накопления усталостных повреждений // Расчет и управление надежностью механических систем: Информационные Аштериалы & Всесоюзной школы по надехности / ЛЩ АН СССР. - Свердловск. - С.219. '

5. Копнов ВЛ., Долбицын С.Ы. Оптимизадая параметров вг~ лкка для поперечного линования бумаги // Машины и оборудование целлюлозно-бумажного производства: Сб. трудов / ЛТА. -1енанград, 19S5. - С.97-Ю0.

6. Копнов BJL, Тимашев С.А., Лтэрензон В.А. Управление ресурсом механических систем с мониторингом // Зсессвзяьги съезд по теоретической и прикладной механике: Аннотации докладов. - Хашсент, ¿986.— С.366.

?. Копнов В.А. Модели оптимальной эксплуатации механических систем по наблюдаемому росту трещин // Эксплуатационная надежность машин, роботов и модулей ШС: Тезисн Всесоюзной конференции / УФЖШ АН СССР. - Свердловой, 1SS7. - С.163-164.

8. Копнов В.А. Определение оптимального срока службы .подкрановых балок J J Расчет и управление надежностью болкзих • механических систем: .Информационные материалы 7 Всесоюзной школы по надежности. / УрО АН СССР.' - Свердтовск, 193а. -С.222.