39142

Повышение эффективности диагностирования изделий имеющих активно-индуктивную нагрузку в электрооборудовании автомобилей

Автореферат

Логистика и транспорт

Однако в условиях массового производства автомобилей когда производительность лимитирована ритмом сборочного конвейера в виду длительности процесса диагностирования всего комплекса автомобильного электрооборудования сплошной выходной контроль его качества существенно затруднен. Таким образом становится актуальной важная научнотехническая задача повышения качества и оперативности диагностирования автомобильного электрооборудования имеющего активноиндуктивную нагрузку решение которой позволит ввести сплошной выходной контроль в массовом...

Русский

2013-10-01

254.5 KB

4 чел.

PAGE  14

На правах рукописи

Уколова Анна Владимировна

Повышение эффективности диагностирования изделий имеющих активно-индуктивную нагрузку в электрооборудовании автомобилей

Направление 140600 – Электротехника, электромеханика и электротехнологии

Профиль 140607.68 – Электрические и электронные системы наземных транспортных средств

АВТОРЕФЕРАТ

магистерской диссертации на соискание академической

степени магистра техники и технологии

Тольятти 2012


Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тольяттинском государственном университете на кафедре «Электрооборудование автомобилей и электромеханика».

Научный руководитель:  кандидат технических наук, доцент

                                           Пьянов Михаил Александрович

Защита состоится 8 июня 2012 г.  на заседании ГАК в «Тольяттинском государственном университете» по адресу: 445020, Тольятти, ул. Ушакова 57, в ауд. Э–702.


                            Общая характеристика работы

Актуальность темы. Жесткая конкурентная борьба в автомобильной промышленности требует непрерывного совершенствования систем управления и контроля качества продукции. Одним из методов повышения качества, а значит и конкурентоспособности отечественного автомобиля, как на внутреннем, так и на мировом рынке, является применение сплошного выходного контроля. Однако, в условиях массового производства автомобилей, когда производительность лимитирована ритмом сборочного конвейера, в виду длительности процесса диагностирования всего комплекса автомобильного электрооборудования, сплошной выходной контроль его качества существенно затруднен.

Таким образом, становится актуальной важная научно-техническая задача повышения качества и оперативности диагностирования автомобильного электрооборудования имеющего активно-индуктивную нагрузку, решение которой позволит ввести сплошной выходной контроль в массовом производстве, обеспечивая выпуск качественной продукции в отечественном автомобилестроении. Выбор группы элементов с активно-индуктивной нагрузкой  из достаточно длинного перечня комплектующих изделий электрооборудования автомобиля связан с их значимостью.

Цель работы – повышение качества и оперативности диагностирования автомобильного электрооборудования путем использования параметров переходных процессов.

Задачи исследований, обеспечивающие реализацию поставленной цели:

  •  провести анализ современных методов диагностирования электрооборудования автомобиля;
  •  провести комплексные исследования переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования и разработать метод и алгоритм его диагностирования;
  •  оценить пригодность нового метода диагностирования с помощью статистического анализа и дать рекомендации по его применению.

Методика проведения исследований. Аналитические исследования переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования осуществлены графоаналитическим методом с использованием основных положений теории электрических цепей. Экспериментальные данные обработаны математически с использованием статистического анализа. Выявленные количественные и качественные взаимосвязи между параметрами исследуемых объектов представлены в аналитическом виде и графической интерпретацией. Результаты и выводы работы теоретически обоснованы и подтверждены расчетами.

Основные положения выносимые на защиту:

  •  новый метод диагностирования электрооборудования, отличающийся от известных ранее тем, что основан на анализе переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования;
  •  новый алгоритм диагностирования электрооборудования, отличающийся от известных ранее тем, что использует для определения исправности электрооборудования полученное значение постоянной времени тока переходного процесса при коммутации электрической цепи;
  •  результаты аналитических и расчетных исследований.

Научная новизна магистерской диссертации:

  •  предложен новый метод диагностирования, отличающийся от известных ранее тем, что основан на анализе переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования;
  •  предложен новый алгоритм диагностирования электрооборудования, отличающийся от известных ранее тем, что использует для определения исправности электрооборудования полученное значение постоянной времени тока переходного процесса при коммутации электрической цепи.

Практическая значимость. Разработаны метод и алгоритм для диагностирования электрооборудования автомобиля в условиях массового промышленного производства.

Публикации. Основные положения магистерской диссертации нашли отражение в 2 публикациях.

Структура и объем диссертации. Результаты изложены на 90 страниц    машинописного текста, иллюстрированного 20 таблицами и 15 рисунками.

Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав с выводами по каждой главе, основных выводов и результатов, списка использованной литературы и приложения.

Содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности магистерской диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, выделены положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ современных методов диагностирования электрооборудования автомобиля, сформулированы цель и задачи, решаемые в диссертационной работе.

Одним из важнейших эксплуатационных свойств автомобиля является его надежность, на которую существенно влияет качество электрооборудования. По данным статистики на комплекс электрооборудования приходится самый большой процент брака из всех функциональных систем автомобиля, порядка 30% всех дефектов. На рис.1 представлена гистограмма структуры дефектов функциональных систем автомобилей, выпускаемых на Волжском автозаводе с 2000 по 2004 годы и эксплуатируемых на территории России согласно данным отдела статистики и анализа дефектов инженерно-технического центра АВТОВАЗтехобслуживания.

Рис. 1. Структура дефектов функциональных систем автомобилей, выпускаемых на Волжском автозаводе с 2000 по 2004 годы и эксплуатируемых на территории России

Жесткая конкурентная борьба в автомобильной промышленности требует непрерывного совершенствования систем управления и контроля качества продукции. Одним из методов повышения качества, а значит и конкурентоспособности отечественного автомобиля, является применение сплошного выходного контроля качества. Кроме того, для обеспечения надежной работы электрооборудования необходим контроль за его техническим состоянием в течение всего жизненного цикла автомобиля, что и является основной задачей диагностирования. По ГОСТ 25044-81 техническое диагностирование автомобилей проводится при вводе в эксплуатацию, при техническом обслуживании и при текущем или капитальном ремонте автомобиля. В соответствии с этим различают техническую диагностику – экспериментальное определение конструктивных и эксплуатационных свойств электрооборудования для выявления их соответствия техническим требованиям с целью повышения надежности комплекса электрооборудования и автомобиля в целом, и эксплуатационную диагностику – определение технического состояния изделий электрооборудования и выявление неисправностей с целью последующего ремонта.

Основной применяемый в настоящее время на ведущих автозаводах метод технического диагностирования заключается в измерении потребления тока изделием электрооборудования в установившемся режиме работы и сравнении его с номинальным значением, определяемым по техническим условиям. На основании этого анализа дается заключение о техническом состоянии изделия. Подробно этот метод рассмотрим на примере работы диагностического комплекса DSA, алгоритм работы которого приведен на рис.2.

В начале цикла диагностирования проводятся измерения тока потребления при отсутствии нагрузки I отс. за нормируемое время t отс., затем дважды замеряются установившиеся значения токов потребления под нагрузкой I коммут. Разность между среднеарифметическим значением этих замеров I изм. и током потребления при отсутствии нагрузки I отс. рассматривается как ток потребления изделием в установившемся режиме I. Это значение тока потребления сравнивается с допустимыми значениями на диагностируемое изделие, результат анализа заносится в базу данных.

Однако, в условиях массового производства автомобилей, когда производительность лимитирована ритмом сборочного конвейера, в виду длительности процесса диагностирования всего комплекса автомобильного электрооборудования существующими методами, сплошной выходной контроль его качества существенно затруднен.

Ввиду этого в диссертации были выполнены исследования по разработке нового метода диагностирования, основанного на анализе переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования, а также алгоритма и устройства, реализующих этот метод.

Вторая глава посвящена комплексным исследованиям переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования. В ней проведен анализ цепей электрооборудования с классификацией нагрузки, теоретически обоснован метод его диагностирования, основанный на анализе переходных процессов в электрических цепях при коммутации и разработан алгоритм диагностирования, реализующий предлагаемый метод.

В основе предлагаемого метода диагностирования автомобильного электрооборудования лежит высокоточное измерение потребляемого тока устройств электрооборудования при коммутации, дальнейшая обработка результатов измерений с целью получения значения постоянной времени тока переходного процесса, позволяющего определить комплектующие, вышедшие из строя. Кроме того, этот метод позволяет определить комплектующие, имеющие отклонения технических характеристик от заявленных производителем, и, как правило, приводящие к выходу из строя автомобиля в процессе эксплуатации.

На рис. 3 представлена упрощенная электрическая принципиальная схема подключения (а) изделия автомобильного электрооборудования, имеющего активно-индуктивную нагрузку, к источнику постоянного напряжения (аккумуляторной батарее) и осциллограмма тока переходного процесса в этой цепи (б).

а) б)

Рис. 3. (а) – схема подключения изделия электрооборудования

с активно-индуктивной нагрузкой; (б) – осциллограмма переходного процесса

Аналитическая зависимость мгновенных значений тока переходного процесса:

,  (1)

где  - постоянная времени тока переходного процесса,

- значение тока в установившемся режиме.

Для расчета постоянной времени тока переходного процесса по результатам измерений мгновенных значений тока необходимо было получить аналитическую зависимость .

Исходная система уравнений, согласно (1):

.

Исходя из начальных условий коммутации ,  и  >  следует, что , . В рассматриваемом случае решением этой системы будет следующая зависимость:

. (2)

Выполняя замену переменных , получаем уравнение (2) в виде: . (3)

Поскольку , уравнение (3) принимает вид:

.

Данное уравнение имеет два решения:

.

Возвращаясь к исходным переменным, получаем:

.

Таким образом, решение системы (2) относительно  имеет вид:

.

Первый корень уравнения (2)  является вырожденным, следовательно, для расчета значения постоянной времени тока переходного процесса по замеренным мгновенным значениям тока следует использовать следующую зависимость:

. (4)

Таким образом, постоянная времени тока переходного процесса устройств автомобильного электрооборудования при коммутации не зависит от режима работы электрической цепи, а её величина однозначно характеризует состояние диагностируемого объекта. Анализируя полученное на основании измерительной информации значение постоянной времени и сравнивая его с известным для эталонного изделия, можно делать вывод об исправности диагностируемого электрооборудования.

Для оценки эффективности разработанного метода были использованы согласно ГОСТ 20911-89 следующие критерии:

  •  продолжительность диагностирования — интервал времени, необходимый для проведения диагностирования всего комплекса электрооборудования одного автомобиля;
  •  достоверность диагностирования — степень объективного соответствия результатов диагностирования действительному техническому состоянию изделия электрооборудования;
  •  полнота диагностирования — характеристика, определяющая возможность выявления неисправностей в изделии электрооборудования при выбранном методе его диагностирования.

На основании предлагаемого метода был разработан новый алгоритм диагностирования, представленный на рис.4.

Новый алгоритм диагностирования отличается от известных ранее тем, что в качестве дополнительного диагностического параметра, кроме тока потребления в установившемся режиме, для определения исправности электрооборудования используется рассчитанное значение постоянной времени тока переходного процесса при коммутации электрической цепи. Для синхронизации работы диагностического комплекса служит изменение первой производной тока по времени , точкой начала отсчета принимается момент времени, когда . Четыре измерения мгновенного значения тока переходного через минимальные промежутки времени, определяемые техническими возможностями измерительной системы, являются исходными данными для расчета по формуле (4) трех значений постоянной времени тока переходного процесса , среднее арифметическое которых принимается за измеренное. При необходимости окончание переходного процесса определяется так же по значению первой производной тока по времени (). В установившемся режиме измеряется ток потребления . Полученные значения постоянной времени тока переходного процесса  и тока потребления в установившемся режиме  используются в качестве параметров для сравнения при определении исправности диагностируемого изделия электрооборудования.


 


Таким образом, применение постоянной времени тока переходного процесса в качестве дополнительного параметра позволяет уменьшить продолжительность диагностирования из-за отсутствия необходимости ожидания достижения током установившегося значения, и повысить полноту диагностирования за счет выявления большего числа дефектов, зачастую приводящих к скрытым отказам в процессе эксплуатации, а, следовательно, и качество диагностирования.

В третьей главе проведен статистический анализ результатов экспериментального исследования, статистическая оценка пригодности измерительного процесса, даны рекомендации по использованию нового метода диагностирования автомобильного электрооборудования в условиях массового промышленного производства.

Статистическая оценка пригодности измерительного процесса проводилась по схеме, приведенной на рис. 8. Для оценки стабильности измерительного процесса были использованы контрольные карты Шухарта.



Поскольку все точки -карты находятся в пределах контрольных границ, отсутствуют тренды и другие признаки неслучайного поведения, измерительный процесс следует считать стабильным.

В качестве истинного значения измеряемого параметра диагностируемого образца было принято значение, полученное при исследованиях образца с помощью лабораторной установки. Истинные значения постоянной времени тока переходного процесса при коммутации исследуемых образцов сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Истинные значения постоянной времени тока переходного процесса

№ образца

1

2

3

4

5

Истинное значение , мс

16,193

16,647

17,1

17,278

17,741

Оценка статистических характеристик измерительного процесса была проведена по измерениям пяти контрольных образцов двумя операторами. Результаты расчетов статистических характеристик измерительного процесса сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Результаты расчета статистических характеристик

Статистическая характеристика

Значение статистической характеристики

Допускаемый предел статистической характеристики

Вывод о приемлемости

1

Стабильность

Приемлемо

2

Смещение %В

8,76 %

Приемлемо

3

Линейность %L

8,53 %

Приемлемо

4

СКО воспроизводимости

3,33 10-4

5

Сходимость и воспроизводимость

0,1 %

Приемлемо

Таким образом, все статистические характеристики измерительного процесса не превысили допускаемого предела (10%) и по результатам анализа были признаны приемлемыми, дальнейший анализ причин изменчивости результатов измерений не потребовался.

Основные результаты и выводы:

  1.  Анализ современных методов диагностирования автомобильного электрооборудования показал, что существующие методы и устройства не в состоянии обеспечивать сплошной выходной контроль качества в массовом производстве, когда время диагностирования лимитировано ритмом сборочного конвейера. В магистерской диссертации выполнены исследования по разработке новых метода и алгоритма , повышающих качество и оперативность диагностирования электрооборудования;
  2.  Предложен новый метод и алгоритм диагностирования электрооборудования, отличающийся от известных ранее тем, что основан на анализе переходных процессов в электрических цепях автомобильного электрооборудования. В качестве диагностического параметра используется постоянная времени тока переходного процесса, однозначно определяющая состояние диагностируемого изделия;
  3.  Получена аналитическая зависимость для расчета постоянной времени тока переходного процесса по мгновенным значениям тока в электрической цепи изделия автомобильного электрооборудования;
  4.  Проведенный статистический анализ результатов экспериментального исследования позволяет утверждать, что предлагаемый измерительный процесс приемлем для оценки соответствия допуску, поскольку он стабилен, относительные значения смещения и линейности смещения измерительного процесса не превышают 9 %, а значение относительной сходимости и воспроизводимости менее 1 %;
  5.  Проведенные экспериментальные исследования позволили установить, что: предельная погрешность определения диагностических параметров изделия автомобильного электрооборудования диагностическим комплексом не превышает 5 % поля допуска на параметр; влияние оператора – диагноста на процесс диагностирования электрооборудования практически отсутствует, что доказывается высокой воспроизводимостью результатов ();
  6.  Экспериментально определено, что при наличии нескольких короткозамкнутых витков активное сопротивление первичной обмотки модуля зажигания изменяется на 2,82 %, что не превышает допуска на параметр, а постоянная времени тока переходного процесса изменяется на 15,79 % и позволяет диагностировать эту неисправность, приводящую к скрытому отказу в процессе эксплуатации; продолжительность диагностирования при применении разработанного комплекса сокращается на 23,1 % относительно существующей системы, причем на 1,4 % — за счет применения нового метода;
  7.  Разработанные новый метод и алгоритм диагностирования могут быть рекомендованы для диагностирования автомобильного электрооборудования в условиях массового промышленного производства автомобилей, когда время диагностирования лимитировано ритмом сборочного конвейера.

Основные положения магистерской диссертации опубликованы в следующих работах:

  1.  Уколова, А.В. Контроль качества продукции в автомобиле строении / А.В. Уколова //  Компьютерные технологии и информационные системы в электротехнике.-Тольятти: изд-во ТГУ, 2011.- с. 172-173
  2.   Уколова А.В. Алгоритм технического диагностирования автомобильного электрооборудования / А.В. Уколова //  Компьютерные технологии и информационные системы в электротехнике.-Тольятти: изд-во ТГУ, 2011.- с. 174-175


Рис. 2. Алгоритм работы, где:

I отс. – ток при отсутствии нагрузки;

t отс. – время измерения при отсутствии нагрузки (100 мс);

I коммут. – ток коммутации;

t стаб. наг. – время стабилизации тока при наличии нагрузки;

I изм. – ток измерения;

t изм. – время измерения;

I – ток потребления;

I коммут. пад. – ток коммутации падения;

t  стаб. пад. – время стабилизации тока падения.

Рис. 4. Алгоритм диагностирования

EMBED Equation.DSMT4  

Коммутация

Начало

змерение тока  EMBED Equation.DSMT4  

Конец

Запись результата в базу данных Access

Оценка полученных параметров  EMBED Equation.DSMT4  ,  EMBED Equation.DSMT4  

в соответствии с допуском

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

Измерение тока  EMBED Equation.DSMT4  

Измерение тока  EMBED Equation.DSMT4  

Измерение тока  EMBED Equation.DSMT4  

Измерение тока  EMBED Equation.DSMT4  

Нет

Да

%

Да

Да

Нет

Нет

Контрольная карта

Конец

Начало

Оценивание измерительного процесса на стабильность

Процесс стабилен?

Оценивание сходимости (С)

и воспроизводимости (В)

результатов измерений

Анализ пригодности

измерительного процесса

СиВ

приемлемы?

Оценивание смещения и

линейности

измерительного процесса

Снижение влияния обычных причин изменчивости измерительного процесса, дополнительные исследования

Устранение особых

причин изменчивости

измерительного процесса

Конструкторско-технологическая документация

Протоколы анализа измерительного процесса

Протокол анализа

измерительного процесса. Оценка смещения и

линейности

Протокол анализа

измерительного процесса. Оценка сходимости и

воспроизводимости

Отчет об анализе измерительного процесса

Измерительный процесс

Выходы

Алгоритм

Входы

Рис. 8. Схема первоначального оценивания статистических характеристик измерительного процесса

годы

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

970. Проект реконструкции автомобильной дороги федерального значения 999 KB
  Характеристика основных условий реконструкции автомобильной дороги. Климатические параметры холодного периода года. Инженерно-геологические условия. Дорожно-строительные материалы. Обустройство дороги и безопасность движения. Расчет количества рабочих дней для устройства дорожной одежды. Строительство искусственных сооружений. Расчет транспортных средств на возведение земляного полотна.
971. Культура Індії 43 KB
  Індійська культура є однією з найстаріших і найрізноманітніших культур світу. Архітектура Індії в ісламський період. Важливий етап розвитку індійської музики. В індуїзмі, танці завжди відігравали важливу роль в побуті.
972. Фізична й економічна географія України 72.5 KB
  Для степової зони характерні трави і стрічкові лісонасадження. Більшість українського населення міст, особливо сходу й півдня, розмовляє російською мовою. Відповідно до західних оцінок, національний дохід України на душу населення в 1970-х роках був вищий, ніж в Італії.
973. Анализ норматива оборотных средств предприятия 46.5 KB
  Определение потребности предприятия в оборотных средствах и анализ показателей использования оборотных средств, отражающих скорость оборачиваемости этих средств в процессе производства и реализации продукции.
974. Безопасность жизнедеятельности 177.5 KB
  История возникновения БЖД. Определение, цели, задачи, предметы изучения науки БЖД. Загрязнение среды обитания. Виды, источники и уровни негативных производственной и бытовой среды. Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека.
975. Методи та способи запису інформації 305.5 KB
  Поняття документування, методу і способу запису інформації. Розвиток способів і засобів запису інформаці. Кодування інформації. Знаковий метод фіксування інформації. Фотодокументування, кінодокументування, відеозапис, фоно(аудіо)документування, його особливості та сфери застосування. Документування із використанням електронно-обчислювальної техніки.
976. Міжнародна кримінальна відповідальність фізичних осіб 512 KB
  Створення військових трибуналів ad hoc як етап становлення міжнародної кримінальної відповідальності фізичних осіб. Універсальні механізми регулювання міжнародної кримінальної відповідальності фізичних осіб. Порядок притягнення фізичних осіб до міжнародної кримінальної відповідальності. Міжнародний кримінальний суд як головний орган у сфері міжнародної кримінальної відповідальності.
977. Планирование основных показателей работы предприятия 506 KB
  Содержание внутрифирменного планирования как функции управления промышленным предприятием. Актуальность планирования на современных машиностроительных предприятиях. План производства и реализации продукции. Расчет потребности предприятия в сырье, полуфабрикатах, основных материалах, вспомогательных материалах.
978. Завод дорожных плит производительностью 70 тысяч метров кубических в год 3.25 MB
  Технико-экономическое обоснование местоположения и мощности проектируемого предприятия. Охрана окружающей среды при производстве строительных материалов, изделий и конструкций. Экономическая оценка природоохранных мероприятий проектируемого предприятия. Архитектурно- планировочное и конструктивное решение проектируемого корпуса. Теплотехнический расчет щелевой пропарочной камеры. Хранение и дозировка комплексной добавки СУПЕРПЛАСТ С-3.