Разработка и моделирование технологических процессов ремонта колесных пар вагонов

Железнодорожный транспорт играет важнейшую роль в транспортном комплексе России. Существенное влияние на качество работы железнодорожного транспорта оказывает состояние вагонного хозяйства. В настоящее время техническое состояние вагонов находится на низком уровне, с другой стороны, многие вагоноремонтные предприятия работают по малоэффективным технологиям, имеют устаревшие средства технологического оснащения, требуют технического перевооружения и реконструкции.

Сейчас, когда в вагонном хозяйстве происходят важные реформы, направленные на более экономное расходование ресурсов, особенно актуальной становится задача внедрения в производство новых ресурсосберегающих технологий.

Одним из приоритетных направлений ресурсосбережения в отрасли является перевод вагоноремонтных предприятий на современные высокоэффективные технологии, которые позволят улучшить качество ремонта вагонов, а следовательно, повысить безопасность движения поездов и снизить расходы на содержание подвижного состава.

Первым и основным этапом технологической подготовки производства при переводе предприятия на работу по новым технологиям является переработка старых и разработка новых технологических процессов. Этот этап является фундаментом для дальнейшей работы предприятия. Следующей важной задачей является количественная оценка технологического процесса. Чтобы из предлагаемых технологий выбрать такую, которая в наибольшей степени отвечает потребностям конкретного предприятия, нужно на стадии проектирования рабочих технологических процессов количественно оценить затраты ресурсов (трудовых, материальных, энергетических, финансовых и др.).

Однако уровень технологической подготовки производства на вагоноремонтных предприятиях существенно ниже, чем в других отраслях промышленности, в частности в машиностроении, и требует улучшения. В настоящее время вагоноремонтные предприятия выполняют проектирование новых и корректировку действующих технологических процессов либо ручным способом, либо ЭВМ автоматизирует лишь некоторые функции проектировщика. Например, автоматизирует лишь две из трех основных функций. Это «информационный поиск» и «оформление технологической документации». Третья функция — «количественная оценка технологического процесса» — либо не выполняется при проектировании, либо выполняется очень редко, так как расчеты ведутся вручную и требуют больших затрат времени. Существенного эффекта в этой части можно достичь за счет перехода к проектированию технологических процессов ремонта вагонов на основе современных информационных технологий. Во-первых, это не потребует значительных финансовых вложений, а во-вторых, даст следующие преимущества:

— на порядок повысится производительность труда технологов и других работников, занимающихся внедрением новых технологий в производственный процесс предприятия;

— существенно сократятся сроки внедрения новых технологических процессов и технических средств;

— повысится качество технологических документов за счет большей детализации и конкретизации описания операций и переходов, что, в свою очередь, позволит существенно повысить качество ремонта вагонов, сократить отцепки вагонов и задержки поездов;

— выбор рабочего технологического процесса будет выполняться на базе расчетов по критериям, обеспечивающим максимальную производительность при минимуме затрат.

Реализация задачи затрудняется рядом причин, таких как:

— отсутствие детализированного формализованного описания технического состояния узлов вагона (дефектов);

— отсутствие строгого формализованного соответствия дефектов и требуемых работ по их устранению, объему трудовых, материальных и временных затрат;

— отсутствие формализованного описания технологических операций ремонта, технологического оборудования, производственных мощностей, материальных и временных затрат.

Для применения современных информационных технологий необходимо систематизировать имеющиеся ремонтные технологические процессы, создать базы данных по перспективным технологиям, составить базы данных нормативных документов, на основе которых выполняется ремонт. Следует выполнить анализ рабочей технологической документации и фактических технологий, действующих в вагонных депо, на их соответствие требованиям нормативных документов. Затем необходимо разработать технологические процессы ремонта вагонов на основе современных информационных технологий, с использованием существующего и перспективного оборудования. Решению этих актуальных задач и посвящена диссертация.

Целью настоящей работы является разработка и исследование моделей технологических процессов ремонта колесных пар на основе вариантного рационального технологического проектирования и применения современных информационных технологий.

Для достижения намеченной цели и анализа состояния вопроса в результате теоретических и экспериментальных исследований решены следующие задачи:

— разработана методика моделирования на основе сетей Петри параллельно выполняемых технологических процессов;

— построены математические модели технологических процессов многовариантного ремонта колесных пар в депо;

— уточнена методика обследования и анализа действующих в депо технологических процессов ремонта колесных пар;

— создан банк данных, содержащий технологические процессы и операции, выполняемые при ремонте колесных пар вагонов;

— разработано и внедрено программное обеспечение, реализующее решение задач технологической подготовки производства;

— разработаны и внедрены для конкретных депо технологические процессы ремонта колесных пар вагонов.

Объектом исследования являются технологические процессы ремонта колесных пар в вагоноремонтных депо.

Предметом исследований являются методические подходы и модели технологических процессов многовариантного ремонта колесных пар вагонов.

Достоверность основных результатов исследования подтверждается их теоретической аргументацией и эффективностью внедрения в практическую деятельность вагонных депо, а также соответствием расчетных и экспериментальных параметров производственных процессов ремонта колесных пар в депо.

Методы исследования. Методика проведения исследований основана на теории систем, в частности теории моделирования систем и математического программирования. Моделирование технологических процессов ремонта вагонов основывается на структурно-параметрическом методе и производится с использованием элементов теории графов и теории реляционных баз данных.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке методики моделирования и математических моделей на основе сетей Петри параллельно выполняемых технологических процессов многовариантного ремонта колесных пар вагонов.

Практическая значимость. Практическая значимость исследований состоит в следующем:

— создан банк данных, содержащий технологические операции, выполняемые при ремонте колесных пар вагонов;

— создано информационное обеспечение технологической подготовки производства на участках по ремонту колесных пар;

— разработано и внедрено программное обеспечение «АРМ-технолога КРУ», облегчающее труд технологов и обеспечивающее поддержку технологического проектирования информацией о современных технологических процессах и средствах технологического оснащения на участках ремонта колесных пар вагонов;

— внедрены разработанные с помощью «АРМ-технолога КРУ» комплекты технологической документации на ремонт колесных пар вагонов.

5.3. Выводы по главе 5.

1. По результатам исследований диссертации разработаны методические материалы, направленные на повышение эффективности работы участков по ремонту колесных пар вагонов за счет перехода на более высокий уровень обеспечения технологической готовности производства:

— методика экспериментального исследования структуры и параметров технологических процессов ремонта колесных пар вагонов;

— математические модели технологических процессов ремонта и колесных пар;

— программное и информационное обеспечение автоматизированного рабочего места технолога производственного участка по ремонту колесных пар «АРМ-технолога КРУ».

2. Существенными составляющими экономического эффекта от внедрения «АРМ-технолога КРУ» являются:

— повышение производительности труда технологов, метрологов, инженеров по нормированию. Повышение достигается за счет применения ЭВМ при проектировании, оформлении и внесении изменений в рабочие технологические документы;

— экономия расходов за счет внедрения рациональных технологических процессов в результате выбора из нескольких вариантов технологических процессов. В результате сокращается трудоемкость их выполнения, продолжительность, материалоемкость и энергоемкость;

— улучшение качества ремонта колесных пар за счет большей детализации и конкретизации описания операций и переходов, что, в свою очередь, позволяет повысить качество ремонта колесных пар вагонов, как следствие этого, сократить количество неплановых ремонтов и отцепок вагонов;

— сокращение выходов из строя вагонов в пути следования по причине неисправности колесных пар приведет к улучшению качественных показателей их использования;

— сокращение сроков технического перевооружения и реконструкции участков ремонта колесных пар и адаптации их к современным технологиям ремонта, новому оборудованию, расширению номенклатуры ремонтируемого подвижного состава и к новым требования к ремонту и техническому обслуживанию.

3. Внедрение «АРМ-технолога КРУ» в вагонном депо дает экономию расходов на заработную плату инженерно-технических работников, занятых подготовкой вагоноремонтного производства: технологов, метрологов, инженеров по нормированию, инженеров по неразрушающему контролю, инженеров по охране труда, в размере 193 тысяч рублей.

4. По результатам экспериментальной оценки, после внедрения автоматизированных рабочих мест средний уровень технологической подготовки 4 вагоноремонтных депо повысился на 6,5%.

Заключение

и общие выводы.

Результаты выполненных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований позволяют уменьшить трудоемкость и сократить сроки разработки технологических процессов ремонта колесных пар вагонов и повысить качество технологических документов за счет большей детализации и конкретизации описания операций и переходов. В свою очередь, это позволяет повысить качество ремонта вагонов, сократить отцепки вагонов и задержки поездов, что имеет существенное значение для экономики страны.

В диссертационной работе сделаны следующие основные выводы:

1. Как показало обследование вагоноремонтных депо, состояние технологической подготовки производства в области ремонта колесных пар вагонов требует серьезного улучшения. Степень глубины разработки и детализации многих технологических процессов находится на уровне маршрутного описания, а в некоторых случаях на уровне технологических инструкций. Оформление технологической документации не всегда соответствует требованиям стандарта.

2. По сравнению с машиностроительной отраслью отмечается значительное отставание применяемых методов и средств технологического проектирования. Такое отставание прямо влияет на экономические показатели вагоноремонтного производства.

3. Одним из методов повышения качества и уменьшения сроков технологической подготовки производства ремонта колесных пар вагонов является переход на новые информационные технологии.

4. Технологические процессы ремонта колесных пар вагонов содержат операции определения технического состояния изделия или операции контроля, после которых происходит разветвление возможного прохождения технологического процесса. Моделирование технологического процесса ремонта колесных пар с использованием сетей.

Петри позволяет производить оценку технологического процесса в каждом случае прохождения ремонта колесной пары.

5. В рамках диссертации разработана новая методика моделирования технологических процессов ремонта и обслуживания вагонов. Целей моделирования технологического процесса ремонта и обслуживания вагонов определено три:

— обеспечение заданного качества ремонта и обслуживания;

— определение технико-экономических показателей технологического процесса;

— формирование, хранение и поиск технологической документации.

6. Математическая модель с использованием сетей Петри технологического процесса ремонта колесных пар вагонов определяется следующим набором множеств:

В — множество позиций;

0 — множество переходов;

1 — множество входных функций или функций вершин;

О — множество выходных функций или функций переходовЕ — множество свойств метокС — множество свойств вершинМ — множество меток или маркировка сети.

7. Математическая модель с использованием сетей Петри в общем случае является алгоритмической и не выражается в аналитическом виде.

8. К достоинствам данной математической модели, характеризующим ее новизну и отличия от ранее разработанной, относятся:

— оценка технологического процесса при наличии параллельно выполняемых операций;

— учет фактического состояния детали;

— учет различных вариантов прохождения технологического процесса в зависимости от состояния делали;

— возможность статистической оценки параметров технологического процесса при большом объеме ремонтируемых изделий.

9. Автоматизировать в полном объеме творческие операции выполняемые технологом не представляется возможным. Однако современные информационные технологии, основанные на использовании баз данных и баз знаний, позволяют оказывать технологу существенную помощь в принятии решений, предлагая ему на выбор допустимые альтернативы в тех случаях, когда процесс проектирования не поддается формализации.

10.Разработанные модели технологических процессов ремонта колесных пар использовались для создания информационных баз данных и программного обеспечения автоматизированных рабочих мест.

11. Сформулированные в диссертации требования к программному обеспечению технологического проектирования позволили реализовать практические предложения в рамках специализированного модуля, который служит основой для вновь создаваемой системы разработки технологических процессов ремонта и технического обслуживания.

12.В рамках диссертации был разработан пакет программных модулей «АРМ-технолог КРУ», который содержит в себе элементы описанного программного обеспечения, пользуясь которым, технолог колесно-роликового участка может эффективно разрабатывать новые и применять на своем участке существующие прогрессивные технологические процессы. В состав программного пакета входят модули, созданные в качестве приложений СУБД «Microsoft Access», а также модуль оформления технологической документации, созданный автором в виде приложения, написанного в среде «Borland Builder С++», взаимодействующего с базой данных СУБД «Microsoft Access» .

13.Автоматизированное рабочее место технолога производственного участка по ремонту колесных пар вагонов «АРМ-технолога КРУ» призвано сократить трудоемкость разработки технологических процессов и повысить качество ремонта колесных пар вагонов в депо.

14.По результатам экспериментальной оценки, после внедрения автоматизированных рабочих мест средний уровень технологической подготовки 4 вагоноремонтных депо повысился на 7%.

15.Внедрение «АРМ-технолога КРУ» в вагонном депо дает экономию расходов на заработную плату инженерно-технических работников, занятых. подготовкой вагоноремонтного производства: технологов, метрологов, инженеров по нормированию, в размере 193 тысяч рублей.

16.По результатам исследований диссертации разработаны методические материалы, направленные на повышение эффективности работы участков по ремонту колесных пар вагонов за счет перехода на более высокий уровень обеспечения технологической подготовки производства:

— методика экспериментального обследования структуры и параметров технологических процессов ремонта колесных пар вагонов;

— математические модели технологических процессов ремонта колесных пар;

— программное и информационное обеспечение автоматизированного рабочего места технолога производственного участка по ремонту колесных пар «АРМ-технолога КРУ».