Обеспечение качества и надежности системы электрооборудования автомобилей
| Вид материала | Автореферат |
| В четвертой главе В пятой главе P) изготовления единичного размерного параметра активной зоны генератора при изменяющихся от 0 до 1 коэффициентах точности (kт В шестой главе В заключении |
- Итоги работ по диагностике электрооборудования схемы выдачи мощности аэс, рекомендации, 7.77kb.
- Ii «Показатели качества, контроль, статистическое регулирование технологических процессов;, 2548.12kb.
- "Обеспечение качества, долговечности и надежности железобетонных конструкций", 44.83kb.
- Модернизация туннельной печи для обжига керамики зао «комтех», 58.16kb.
- Задачи : организация качественного перехода на фгос спо обеспечение своевременности, 77.67kb.
- Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «Теория надежности», 8-й семестр, 2011, 20.46kb.
- Мониторинга оценки качества образования в гимназии, 163.07kb.
- Повышение надежности электромеханической системы автомобильного генератора, 310.92kb.
- Исследование возможностей применения методов и средств интегрированных экспертных систем, 28.11kb.
- Положение о проведении ежегодного городского конкурса «Лучший по професии» в номинации, 17.85kb.
В четвертой главе решается задача по определению взаимосвязей между точностными параметрами размеров активной зоны и стабильностью технических характеристик основных элементов электрооборудования с помощью компьютерного расчетного и имитационного моделирования.
Группа размерных параметров активной зоны ЭП состоит из нескольких десятков величин, отражающих геометрию статора и ротора. Но только часть параметров этой группы способна оказать существенное влияние на формирование технических характеристик. Выделение группы ключевых размерных параметров и ее исследование является необходимой и важной задачей работы. Исследование проведено с использованием элементов теории точности, расчетом коэффициентов эластичности (влияния), что позволяет оценить степень влияния исследуемой группы входных параметров на выходные.
Относительный коэффициент влияния j – того входного, размерного параметра на i – тый выходной (
) может быть определен аналитически:
. (9)где: xj - входной параметр.
В качестве выходных параметров при расчете коэффициентов влияния рассматривается характеристика холостого хода (ХХХ) и электромеханические характеристики применяемых в электрооборудовании автомобилей конструкций ЭП.
В соответствии с разработанными математическими программами (рис. 8), ввод численных значений входных размерных параметров осуществлялся непосредственно в окно программы. В программе определяются аналитические зависимости одной или нескольких выходных параметров от группы входных (f(xj)). В цикле проводится дифференцирование полученных зависимостей по каждому рассматриваемому размерному параметру (df(xj)) и определяется выражение для расчета коэффициентов влияния.
В результате расчета коэффициентов влияния выделенных ранее элементов системы электрооборудования, вскрыты ключевые размерные параметры активной зоны ЭП, оказывающие наибольшее влияние на стабильность технических характеристик устройств.
Группа ключевых параметров, которые определяют формирование технических характеристик трехфазного синхронного генератора с электромагнитным возбуждением, выглядит следующим образом: наружный диаметр ротора, внутренний диаметр расточки статора, длина пакета статора, внутренний диаметр полюсной системы, длина втулки, диаметр втулки, зазор в стыке. Группа входных размерных параметров, которые определяют формирование ХХХ и токоскоростной характеристики (ТСХ) генератора с возбуждением от постоянных магнитов, включает в себя: наружный диаметр ротора, внутренний диаметр расточки статора, длина пакета статора, наружный диаметр магнита, длина магнита, внутренний диаметр магнита, зазор в стыке.
Рис.8. Алгоритм программ расчета коэффициентов влияния
Ключевая группа размерных параметров активной зоны рассмотренных конструкций стартеров с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением включает в себя: внутренний диаметр полюсов, наружный диаметр якоря, длина пакета якоря, длина корпуса, толщина стенки корпуса.
В группу ключевых размерных параметров активной зоны электропривода стеклоподъемника вошли: внутренний диаметр полюсов, наружный диаметр якоря, длина пакета якоря, длина корпуса, толщина стенки корпуса.
В состав ключевой группы размерных параметров активной зоны ЭМУР собранного на базе ДПТ с возбуждением от постоянных магнитов входят: внутренний диаметр полюсов, наружный диаметр якоря, длина пакета якоря, высота паза, ширина паза. Ключевая группа размерных параметров ЭМУР собранного на базе ВИД включает размеры: внутренний диаметр статора, диаметр ротора, длина статора, ширина паза ротора, ширина полюса ротора.
Ключевая группа размеров активной зоны стартер - генератора включает: наружный диаметр сердечника статора, внутренний диаметр сердечника ротора, внутренний диаметр сердечника статора, наружный диаметр листов ротора, длина сердечника статора, длина сердечника пакета ротора.
Известно, что для ЭП, с точки зрения стабильности технических характеристик, большое значение имеют точностные параметры изготовления главных размеров активной зоны. В условиях массового производства изменение входных размерных параметров подчиняется определенным статистическим законам распределения. Поэтому необходимо установить закон изменения технических характеристик ЭП в функции от входных параметров. По сути, это инструмент выполнения требований стандарта ИСО/ТУ 16949:2002 в части управления производством и обслуживанием, согласно которому «Организация должна планировать и осуществлять производство и обслуживание в управляемых условиях», а также инженерной методики FMEA – анализ видов и последствий потенциальных дефектов. Сущность методики заключается в выявлении потенциальных дефектов, которые могут возникнуть в процессе применения продукции и определении последствий потенциальных отказов, а также выработке действий по устранению их причин. Решение поставленной задачи осуществимо с помощью расчетно-статистического эксперимента по методу Монте-Карло.
Программа, расчетно-статистического эксперимента по методу Монте-Карло, алгоритм которой представлен на рис. 9, проводит оценку стабильности технических характеристик партий основных элементов бортовой сети, объемом 200 шт., отобранных случайным образом. При этом, как и в реальном технологическом процессе, изменение размерных параметров активной зоны подчиняется нормальному закону распределения, с определенной частотой проявления события (i). Выборка значения входного размерного параметра осуществляется с помощью генератора случайных чисел.
Рис. 9. Алгоритм программы расчетно-статистического эксперимента
На рис. 10, 11 представлены гистограммы разбросов размерных параметров образующих рабочий воздушный зазор генератора с электромагнитным возбуждением и соответствующие гистограммы распределения технических характеристик.
Рис.10. Гистограмма распределения внутреннего диаметра расточки статора Di (а) и наружного диаметра ротора Dp (б) в геометрическом поле допуска
Рис. 11. Гистограммы распределения суммарной намагничивающей силы обмотки возбуждения (а), распределения частоты вращения ЭП для заданной токоотдачи (б)
Полученные в расчетном эксперименте результаты, показывают, что, также как и размерные параметры активной зоны во всех случаях, технические характеристики ЭП подчиняются нормальному закону распределения.
Границы стабильности технических характеристик генератора с электромагнитным возбуждением составляют 10%, бесконтактного генератора - 11,5%.
Границы стабильности характеристик стартеров рассматриваемых конструкций находятся в пределах 10%.
Границы стабильности технических характеристик ЭМУР на базе ДПТ находятся в пределах 10,5%. Соответствующий показатель для ЭМУР с ВИД равен 12%.
Стабильность технических характеристик электропривода стеклоподъемника соответствует 10%.
Границы стабильности технических характеристик СГУ, собранного на базе ИДМ находятся в пределах 8%.
Достоверность полученных результатов подтверждается научно-исследовательской работой, выполненной специалистами ОАО «АВТОВАЗ» и Тольяттинского государственного университета.
После определения ключевых параметров и реализации расчетно-статистического эксперимента, осуществляется переход к расчетному моделированию электрооборудования. Оно позволяет в реальном масштабе времени связать ключевые размерные параметры активной зоны устройств с их техническими характеристиками. Модели содержат математическое описание физических процессов происходящих в устройствах. При этом, обеспечиваются дополнительные возможности для разработки более сложных структур, в которых посредством внедрения блоков логики и статистики, прослеживаются основные взаимосвязи параметров исследуемых процессов проектирования и производства.
О
бобщенная структура расчетных моделей представлена на рис.12.
Рис.12. Обобщенная структура расчетных моделей основных элементов бортовой сети
Модуль изменяющихся параметров представляет собой группу блоков задания входных параметров, каждый из которых может изменяться в пределах установленного техническими условиями геометрического поля допуска. Входные параметры модели – это особая группа размерных параметров активной зоны ЭП, выделенная на этапе расчета коэффициентов влияния. Блок постоянных параметров модели содержит все остальные геометрические размеры ЭП и электрические параметры: коэффициенты, свойства материалов и т.д. Расчетные модули включают следующие блоки расчета: проводимости рассеяния ротора, статора; характеристики холостого хода, технических характеристик устройств. Модуль «параметры устройства» является выходным, здесь концентрируются основные результаты моделирования в виде массивов данных.
Полученные результаты расчетного моделирования, подчеркивают правильность выводов о высокой значимости разбросов размерных параметров активной зоны при формировании технических характеристик основных элементов электрооборудования автомобиля.
После определения взаимосвязей входных и выходных параметров электрооборудования осуществляется переход к разработке моделей системы управления качеством. Такие модели, базируясь на единой для всех изделий ЭП идеологии, обладают способностью объединения и установления взаимосвязи между размерными параметрами ключевой группы, техническими характеристиками исследуемых устройств, статистическими характеристиками технологических процессов изготовления, элементами управления качеством и надежностью.
Главная задача компьютерных моделей – отражение взаимодействия всех служб предприятия при разработке, производстве и эксплуатации продукции, что необходимо для создания полномасштабной системы управления качеством и надежностью продукции. Такой унифицированный подход способствует постоянному улучшению качества не только основных элементов, но и других электроизделий, входящих в группу ЭП, а, в конечном счете, оказывает положительное влияние на систему электрооборудования и автомобиль в целом.
В пятой главе разработаны комплексные интегрированные компьютерные модели основных элементов, описывающие взаимосвязи этапов проектирования, производства и системы управления качеством, с учетом данных процесса эксплуатации. Структура интегрированной математической модели представлена на рис.13.
Здесь в качестве объекта исследования выступает технологический процесс изготовления особой группы размерных параметров ЭП, выделенных на этапе расчета коэффициентов влияния. Формирование разброса главных размеров активной зоны ЭП в пределах установленного техническими условиями (ТУ) поля допуска осуществляется с помощью генератора случайных чисел. Критерием оценки качества изготовления основных элементов является показатель, отражающий вероятность попадания единичного или группы размерных параметров в пределы допуска:
, (9)где: - среднее квадратическое отклонение размера; xв, xн – верхнее и нижнее значение размерного параметра по ТУ, xср – среднее значение размерного параметра в поле допуска.
Так как любой электромеханический преобразователь состоит из компонентов, каждый из которых определяет его качество, то среднее значение критерия можно представить в следующем виде:
. (10)Критерий качества имеет взаимосвязь с характеристиками точности (kт), настроенности (kн) и стабильности (kс) процесса изготовления электрооборудования:
, (11)где:
- выборочное среднее арифметическое для данного размера; S – выборочное среднее квадратическое отклонение; - поле допуска на параметр; St1, St2 – средние квадратические отклонения в моменты времени t1 и t2.
Рис.13. Структура интегрированной математической модели
На рис. 14 представлена полученная с помощью выражения (11) поверхность качества ( P) изготовления единичного размерного параметра активной зоны генератора при изменяющихся от 0 до 1 коэффициентах точности (kт), настроенности (kн) и постоянном значении коэффициента стабильности технологического процесса (kc = 1) производства. Форма поверхности качества (рис.14) подтверждает условия протекания высокотехнологичного процесса производства: Рi→1 при kт→1, kн→0 , kc→1.
Рис.14. Зависимость Pt(kт, kн) при kс=1
Критерий качества электрооборудования также связан с характеристиками системы статистического приемочного контроля качества продукции. На его основе производится построение статистических планов приемочного контроля качества, планов мониторинга качества внутри технологического процесса производства. Здесь критерий рассматривается как гарантированный уровень качества изготовления продукции.
Для построения плана приемочного контроля используется распределение Пуассона, его выбор продиктован, оптимальным значением объема выборки меньшим 10%, долей дефектных изделий в партии меньшей 10%.
После определения параметров плана статистического приемочного контроля качества строится оперативная характеристика и характеристика качества проконтролированной партии.
Благодаря введению в систему управления качеством производства обобщенного критерия, обеспечивается взаимосвязь параметров технологического процесса с планами приемочного контроля качества. Это обеспечивает оперативное управление производством исходя из требований ТУ к уровню качества электрооборудования автомобиля.
Кроме того, инструментом стабилизации технических характеристик ЭП в функции разброса ключевых размерных параметров является модель селективной сборки узлов ЭП по двум параметрам, образующим рабочий воздушный зазор. В модели селективной сборки, структура которой представлена на рис. 15 организован индивидуальный подбор сборочных единиц по размерным параметрам, таким образом, при котором существенно повышается стабильность технических характеристик устройств.
Рис.15. Структурная схема имитационной модели селективной сборки узлов ЭП
Модель состоит из модулей генераторов, загрузки портала, оптимизации, фильтрации и анализа. Модуль генераторов отвечает за генерацию размерных параметров наружного диаметра ротора и внутреннего диаметра пакета статора. Генераторы учитывают единичные критерии качества размерных параметров ЭП.
Далее система собирает виртуальные сборочные единицы в портал по 200 пар. Модуль загрузки отвечает за формирование портала пар деталей статор-ротор для последующей их попарной оптимизации. Загрузка портала происходит сначала из возвращенных с предыдущей итерации пар. Остаток портала занимают новые пары. Пары с предыдущей итерации имеют приоритет перед вновь поступающими парами. После полной загрузки портала 200х2 элементами, они передаются в модуль оптимизации. Здесь обеспечивается выбор наилучших сочетаний пар статор-ротор. В модуле фильтрации проводится отбор деталей, которые удовлетворяют установленным требованиям.
На рис. 16 представлены гистограммы и графики, которые наглядно показывают разницу стабильности воздушного зазора при изготовлении стандартными методами и с применением селективной сборки.
В шестой главе определяются взаимосвязи между показателями эксплуатационной надежности и затратами на ее обеспечение для системы электрооборудования автомобиля и основных элементов.
Разработка аналитических уравнений, определяющих зависимость затрат на устранение отказов в функции надежности проводится с помощью полиномов 15 степени.
Рис.16. Гистограммы и графики отклонений воздушного зазора при селективной (а) и стандартной (б) сборке ЭП
Исходя из выше изложенного, распределение накопленных затрат, по j-му элементу (12), i-й системы, рассматриваемых семейств автомобилей в общем виде можно представить:
, (12)где zij – коэффициенты полиномиальных уравнений.
После определения взаимосвязи между надежностью и накопленными затратами на устранение отказов элементов, систем и автомобилей в целом, появляется возможность для построения моделей ремонтопригодности, отражающих зависимость затрат на обеспечение надежности от фактической надежности и эксплуатационного пробега. Построение таких моделей проведено на основе полученных в третьей главе уравнений, отражающих зависимость надежности от пробега и полученных в шестой главе уравнений зависимости затрат от надежности. При этом, образуется система из двух нелинейных уравнений.
Графическое изображение модели надежности автомобиля и системы электрооборудования Лада Калина представлено на рис. 17.
Рис.17. Модель надежности автомобиля Лада Калина (а) и ее системы электрооборудования (б)
Модель позволяет проводить прогнозирование изменения затрат в эксплуатации при внедрении мероприятий направленных на улучшение качества и надежности электрооборудования автомобилей.
На основе полученных результатов проведено прогнозирование изменения безотказности и ремонтопригодности, при внедрении инструментов комплекса научно – программных средств (табл.5).
Таблица 5
Прогнозные показатели изменения вероятности безотказной работы и ремонтопригодности электрооборудования при внедрении разработанных мероприятий для автомобилей Лада Калина
| Наимен. техн. устройства | ВБР до внедрения мероприятий | ВБР после внедрения мероприятий | Экспл. затраты до внедрения мероприятий усл. ден. ед. | Экспл. затраты после внедрения мероприятий усл. ден. ед. | Сниже-ние затрат, % |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| ЭМУР | 0,662 | 0,693 | 45061000 | 37952200 | 15,8 |
| Генератор | 0,564 | 0,605 | 4901300 | 4184140 | 14,7 |
| Стартер | 0,94 | 0,947 | 1259400 | 1103736 | 12 |
| Электростеклопод. | 0,959 | 0,965 | 1640700 | 1312560 | 20 |
| ЭП | 0,231 | 0,283 | 56368000 | 48386376 | 14 |
| Электрооборудование | 0,0512 | 0,097 | 74631000 | 66649376 | 10,7 |
| Автомобили | 0,00164 | 0,00353 | 127880000 | 119898376 | 6 |
На рис. 18 представлены диаграммы изменения вероятности безотказной работы основных элементов электрооборудования, и, автомобиля в целом, при внедрении мероприятий концепции в производственную деятельность.
Рис.18. Распределение надежности до и после внедрения мероприятий для автомобилей Лада Калина:
1 – для автомобилей до внедрения мероприятий; 2 – прогноз для автомобилей после внедрения мероприятий; 3 – для системы электрооборудования до внедрения мероприятий; 4 – прогноз для электрооборудования после внедрения мероприятий; 5 – для группы ЭП до внедрения мероприятий; 6 – прогноз для группы ЭП после внедрения мероприятий; 7 – для генератора до внедрения мероприятий; 8 – прогноз для генератора после внедрения мероприятий; 9 – для ЭМУР до внедрения мероприятий; 10 – прогноз для ЭМУР после внедрения мероприятий; 11 – для стартера до внедрения мероприятий; 12 – прогноз для стартера после внедрения мероприятий; 13 – для электростеклоподъемника до внедрения мероприятий; 14 – прогноз для электростеклоподъемника после внедрения мероприятий.
Результаты прогнозирования для автомобилей семейств Лада 2105, 2107 (Классика), Лада Самара и Лада 2110 также показывают существенное улучшение показателей безотказности и ремонтопригодности. Полученные результаты подтверждаются опытным анализом электрооборудования с помощью системы диагностики фирмы «GenRad», действующей в производственном процессе и данными экспертной комиссии ОАО «АВТОВАЗ». Действительно, повышение качества и стабильности производства по ключевым размерным параметрам активной зоны ЭП электрооборудования существенно повышает надежность этих компонентов, системы электрооборудования и автомобилей в целом, а также обеспечивает сокращение затрат на утилизацию несоответствующей продукции.
В заключении представлены выводы и основные результаты работы.
Приложение диссертации содержит таблицы коэффициентов полиномиальных уравнений показателей надежности электрооборудования автомобилей ОАО «АВТОВАЗ», таблицы позиций массовых отказов автомобилей в период с 1977 по 2009гг., фрагменты программы расчета коэффициентов влияния, документы об использовании результатов работы.