Разработка системы интерактивных средств обеспечения эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов
На правах рукописи
ТИХОНОВА ОЛЬГА БОРИСОВНА
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИНТЕРАКТИВНЫХ СРЕДСТВ
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
БЫТОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Специальность 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»
(коммунальное хозяйство и сфера услуг)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Шахты 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»
(ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»)
| Научный руководитель | доктор технических наук, профессор Першин Виктор Алексеевич | ||
| Официальные оппоненты: | Адигамов Касьян Абдурахманович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса», кафедра «Прикладная механика и конструирование машин», заведующий кафедрой Сумзина Лариса Владимировна кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», кафедра сервиса, заведующий кафедрой | ||
| Ведущая организация: | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет», г. Краснодар | ||
Защита состоится 25 мая 2012г. в 1230 часов на заседании диссертационного совета Д 212.313.01 при ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса» по адресу 346500, г. Шахты Ростовской области, ул. Шевченко, 147, ауд. № 2247
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса».
Текст автореферата размещён на сайте ЮРГУЭС: http: www.sssu.ru
Автореферат разослан «24» апреля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Куренова С.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Эксплуатационная эффективность – понятие, которое определяет степень соответствия показателей качества функционирования технических изделий, установленным уровням этих показателей в течение заданного ресурса. Эксплуатационная эффективность является определяющим свойством и для бытовых холодильных приборов (БХП), в частности компрессионного и абсорбционного типов, нашедших наибольшее распространение в России. В последние годы в России утвердилась тенденция интенсивного расширения парка БХП зарубежных моделей. Однако, в силу острой конкуренции между фирмами-производителями, сервисными и техноторговыми центрами, эксплуатационная эффективность оценивается, в том числе потребителями, с разной глубиной, полнотой, достоверностью и обеспечивается разными методами, средствами.
Нарушена централизация управления процессом оказания услуг по техническому обслуживанию и ремонту, отсутствует системный мониторинг эксплуатационной эффективности этого вида техники.
Очевидным выходом из создавшейся ситуации, решением проблемы непрерывного обеспечения эксплуатационной эффективности, является объединение с этой целью организационного, технического, технологического и информационного потенциала участников жизненного цикла БХП на основе общих правил, принципов, методик и средств. При этом в качестве базовой современной идеологии такого объединения может быть принята идеология CALS-технологий. Примеры внедрения CALS–технологий, с целью системного решения проблемы обеспечения эксплуатационной эффективности БХП, в настоящее время и в России и за рубежом практически отсутствуют.
Таким образом, проведенный анализ современного состояния и системного решения проблемы эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов показал значимость и актуальность создания системы интерактивных средств её обеспечения на всех этапах жизненного цикла этого вида техники.
Идея работы. Для обеспечения эксплуатационной эффективности современного парка зарубежных и отечественных бытовых холодильных приборов необходимы средства ее мониторинга, оценки и восстановления, позволяющие в интерактивном режиме, путем использования единых для участников жизненного цикла этого вида техники критериев и средств, принимать оперативные и квалифицированные решения.
Целью диссертационного исследования является создание системы обеспечения эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов на всех этапах жизненного цикла посредством использования интерактивных электронных технических руководств, многофункциональных тренажеров, единых средств контроля, принятия решений в условиях единой информационной среды системы «производство – реализация – сервис - потребитель».
Задачи диссертационного исследования. 1. Разработка структуры и основных теоретических принципов создания и функционирования системы интерактивных средств обеспечения эксплуатационной эффективности БХП в условиях единой информационной среды сопровождения.
2. Разработка обобщённой и частных моделей оценки и принятия решений по обеспечению заданных показателей эксплуатационной эффективности БХП в условиях единой информационной среды системы «производство – реализация – сервис - потребитель».
3. Разработка базовых вариантов интерактивных электронных технических руководств БХП, в том числе с блоком диагностики, интерактивного многоцелевого тренажера, алгоритмов и программ их сопровождения.
4. Разработка базовых средств количественной оценки и качественного анализа эксплуатационной эффективности с целью сохранения или повышения её показателей на этапах создания, реализации, использования по назначению, технического обслуживания и ремонта БХП.
5. Экспериментальные исследования и апробация базовых интерактивных средств обеспечения и повышения эксплуатационной эффективности БХП на постпроизводственных этапах жизненного цикла.
6. Разработка рекомендаций по использованию интерактивных средств обеспечения эксплуатационной эффективности БХП на этапах создания, реализации, использования по назначению, технического обслуживания и ремонта, повышения квалификации персонала.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются бытовые холодильные приборы компрессионного и абсорбционного типов. Предметом исследования являются интерактивные средства, обеспечивающие эксплуатационную эффективность в условиях единой информационной среды участников жизненного цикла бытовых холодильных приборов.
Методы исследования. Методической и теоретической основой исследования служат труды отечественных и зарубежных исследователей в области эффективности тепловых процессов в холодильной технике, основные положения CALS-технологий, методов: системного анализа, моделирования, подобия функционирования технических систем и термодинамического метода экспериментальных исследований.
Использованы также положения теории технической диагностики, ведущие разработки и рекомендации в области тренажеростроения, создания интерактивных электронных технических руководств, систем технического обслуживания и ремонта холодильной техники.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
1. Впервые установлены структура, принципы создания и функционирования в условиях единой информационной среды системы интерактивных средств оценки и обеспечения показателей эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов компрессионного и абсорбционного типов.
2. Выдвинута и теоретически обоснована возможность оценки эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов посредством оценки эффективности протекающих в них термодинамических процессов.
3. Создана обобщенная математическая модель количественной оценки эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов, позволяющая: рассчитывать или устанавливать экспериментальным путем по аналогу базовые значения критериев; формировать условия ограничений; устанавливать и учитывать условия оптимизации и принятия решений при исследовании одно- и многокритериальных задач; формировать частные математические модели при оценке бытовых холодильных приборов конкретных марок, а также при обосновании новых технических решений в этой области.
4. Теоретически и экспериментально установлены базовые критерии количественной оценки и качественного анализа эксплуатационной эффективности БХП на этапах создания, реализации, использования по назначению, технического обслуживания и ремонта по состоянию.
5. Разработана методика создания и использования эвристических математических моделей обоснования новых технических решений, повышающих эксплуатационную эффективность БХП.
Практическая значимость работы. Для системного обеспечения эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов отечественного и зарубежного производства в процессе их жизненного цикла особую практическую значимость имеют следующие результаты диссертационной работы:
- рекомендации по использованию системы интерактивных средств оценки и обеспечения показателей эксплуатационной эффективности на этапах создания, реализации, использования по назначению, технического обслуживания и ремонта БХП;
- базовые интерактивные электронные технические руководства БХП первого, второго и третьего классов и рекомендации по их созданию и использованию на соответствующих этапах жизненного цикла;
- многофункциональный тренажер по БХП с интерактивными базами данных, алгоритмами и программами, новыми техническими решениями (свидетельство Роспатента о регистрации программы №2011610748 от 11.01.2011г., патенты РФ на изобретения №2268446 от 20.01.2006г. и №2269077 от 27.01.2006г.);
- базовые количественные и качественные средства оценки эксплуатационной эффективности БХП и рекомендации для создания и использования типовых средств.
Результаты диссертационного исследования рекомендуются также в качестве методической базы для исследования и системного обеспечения эксплуатационной эффективности машин, агрегатов и процессов коммунального хозяйства и сферы услуг.
Достоверность и обоснованность результатов, полученных в ходе исследования, обеспечена:
- использованием в качестве фундаментальной базы исследования разработок отечественных и зарубежных авторов и фирм по вопросам оценки эксплуатационной эффективности холодильной техники и положений CALS-технологий;
- проведением экспериментов с использованием современных измерительных средств и методов обработки результатов исследований, типового и специально разработанного программного обеспечения;
- достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований;
- апробацией теоретических выводов и рекомендаций на научных конференциях, а также опубликованием результатов исследований в научных изданиях, в том числе, рекомендованных ВАК России.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались на Всероссийских научно-технических конференциях (г. Тамбов – 2008 г., г. Тула, 2008 г), на Международной научно-практической конференции Восточно-Украинского национального университета им. В. Даля (г. Луганск – 2008 г.), на межвузовских научно-технических конференциях Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса (г. Шахты – 2008, 2009, 2010, 2011 гг.), на Международной научно-практической конференции ««Поглед върху световната наука»» (г. София, Болгария – 2010 г.), на Международной Российско-Германской конференции «Малый и средний бизнес – образование – социальный эффект» (г. Шахты - 2010 г.), на VIII выставке инноваций «Высокие технологии XXI века» (г. Ростов-на-Дону – 2011г.). Результаты работы включены в отчет по НИР ЮРГУЭС 3.09.Ф «Разработка научных основ повышения энергетической эффективности бытовых холодильных машин», выполненной по заданию Рособразования по ведомственной программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009–2011г.г.), использовались в процессе стажировки автора в НИЦ CALS - технологий «Прикладная логистика» г. Москва (2008г.).
Реализация результатов работы. Интерактивные средства и рекомендации использованы предприятиями: ЗАО «Прогресс» (г. Шахты), сервисный центр «Бытсервис» г. Тихорецк, техноторговый центр «Электролюкс» г. Шахты. Результаты работы нашли применение в учебном процессе ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС» при подготовке специалистов, бакалавров и магистрантов, в курсовом и дипломном проектировании, в дисциплинах «Основы CALS- технологий в сфере бытовой холодильной техники» и «Перспективные направления развития бытовых холодильных приборов» направления 151000 «Технологические машины и оборудование»
Публикации. Результаты проведенных исследований отражены в 15 печатных работах, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ; получено три патента РФ на изобретения и свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ; опубликована монография.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, приложений и содержит 155 страниц машинописного текста, 82 рисунка, 13 таблиц и списка литературных источников из 121 наименование.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цель и задачи, выбраны объект и предмет исследования, отмечена научная новизна и практическая значимость, обоснована достоверность исследований, приведены результаты апробации работы.
В первой главе выполнен анализ отечественного и зарубежного опыта в области исследования эксплуатационной эффективности технических изделий различного назначения и бытовых холодильных приборов. Значимы исследования таких ученых, как Patric Kotzaoglanian, Plank, R, Калнинь И.М. (оценка эффективности холодильных циклов холодильных машин), Архаров А.М. (оценка степени термодинамического совершенства холодильных машин), Мартыновский В.С. (основоположник методики сравнения холодильных машин), Нимич Г.В., Михайлов В.А., Бондарь Е.С. (принципы сравнения рабочих циклов холодильных машин), Кондратьев Г.М. (основоположник теории регулярного режима нагрева и охлаждения), Петросов С.П. (оценка энергетической эффективности бытовых холодильных приборов); Левкин В.В. (исследование термодинамических циклов БХП), а также исследования, проводимые фирмой «Danfoss».
В соответствии с целевыми функциями эксплуатационной эффективности принимаются и соответствующие им методы и средства ее оценки, повышения, обеспечения. Например, в качестве критериев могут служить: известные критерии: 
(Прандтля), 
(Био), 
(Фурье) Gr (Грасгоффа) и др., показатели: (холодильный коэффициент), Q (холодопроизводительность), N (потребляемая мощность), (коэффициент рабочего времени), представляющие достаточно сложные для практики расчетные выражения, типа:
,
где 
, 
- теплоемкость насыщенной жидкости и пара; Т0 – температура кипения; r0 –теплота парообразования; К и М – критерии; q – удельная холодопроизводительность; А – работа.
К графоаналитическим методам оценки эксплуатационной эффективности БХП относится методы наложения диаграмм, сравнительных графиков, номограммы и т.д. Например, исследуя процессы в реальном холодильном цикле путём измерения параметров в определённых точках бытового компрессионного холодильника, можно оценить отклонения lgP-i диаграммы от нормы и, исходя из этого, определить изменение, следовательно, и эффективность бытовых холодильных приборов
Однако эти показатели не позволяют выявить непосредственную причину несоответствия действительного уровня эксплуатационной эффективности ее заданному уровню. Оценка же эксплуатационной эффективности отдельных подсистем, термодинамических процессов бытовых холодильных приборов не проводится в силу отсутствия достаточно простых и доступных интерактивных средств.
Установлено, что в условиях конкуренции и разобщенности между участниками жизненного цикла этого вида техники, отсутствует системный подход к решению проблемы формирования, достижения, контроля и поддержания эксплуатационной эффективности, а специализированные средства фирм-производителей, способы измерений, расчетов, испытаний не всегда доступны, рентабельны и мало эффективны для использования сервисными, торговыми центрами и потребителями.
Эксплуатационная эффективность различными участниками жизненного цикла БХП оценивается с разной глубиной, полнотой, достоверностью и, следовательно, разными, не согласованными методами, средствами, критериями.
Не отвечает требованиям системного подхода организация технического обслуживания и ремонта БХП, которые в действительности проводятся бессистемно, по потребности.
Для системного решения проблемы обеспечения эксплуатационной эффективности современного парка отечественных и зарубежных бытовых холодильных приборов необходимо объединение технического, технологического и организационного потенциала всех участников жизненного цикла этого вида техники на основе использования в интерактивном режиме единых критериев и средств. Одной из современных идеологий такого системного подхода является идеология CALS–технологий сопровождения жизненного цикла технических изделий. При этом особое значение придается технологии создания и использования интерактивных электронных технических руководств, тренажеров.
Выполненный анализ исследования позволил определить цель, задачи и направления дальнейших исследований по выполнению актуальной темы диссертационной работы.
Во второй главе на основе сформулированных и обоснованных теоретических принципов предложена структурная схема (рис. 1) системы интерактивных средств обеспечения эксплуатационной эффективности, созданы базовые интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР), многофункциональный тренажер по бытовым холодильным приборам.
Рисунок 1- Структурная схема системы интерактивных средств обеспечения
эксплуатационной эффективности БХП
Организационным центром системы интерактивного обеспечения эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов является фирма-производитель определенной марки БХП, а ее составляющими элементами являются техноторговые и сервисные центры, потребители, связанные с этой фирмой договорными отношениями (двух- и многосторонними договорами), средствами связи (e-mail, факсами и др.).
Обязательным условием функционирования системы интерактивных средств обеспечения является использование единой эксплуатационной и ремонтной документации, выполненной в электронном виде.
С учетом положений CALS-технологий и особенностей бытовых холодильных приборов как объектов техники разработаны три класса базовых ИЭТР. Базовые варианты рекомендуются фирмам-производителям для разработки типовых ИЭТР.
ИЭТР первого класса (ИЭТР-1), представляющее собой отсканированную электронную версию (на CD, DVD и других носителях) технического руководства фирмы-производителя, рекомендуется для комплектации БХП на стадии его передачи (продажи) потребителю. В ИЭТР-1 дополнительно включается контактная информация фирмы для торгующих организаций, сервисных центров, потребителей.
В ИЭТР второго класса (ИЭТР-2) данные хранятся как объекты внутри хранилища информации, имеющего иерархическую структуру. Поиск информации по документу базируется на подготовленной развитой системе диалоговых окон и функций перехода по ссылкам к нужной информации в зависимости от содержания руководства. Фрагменты базового ИЭТР-2 представлены на (рис. 2). ИЭТР-2 содержат блок диагностики, в котором, кроме состава неисправностей и рекомендуемых методов устранения их причин, приведены инструкции и алгоритмы диагностики с базовыми значениями критериев оценки и базовыми графиками для анализа эффективности термодинамических процессов, характерных для конкретной модели БХП. ИЭТР-2 ориентированы для использования техноторговыми и сервисными центрами; они разрабатываются фирмами-производителями и передаются в центры для использования.
.
Рисунок 2 – Фрагмент базового ИЭТР-2 бытового компрессионного
холодильника
ИЭТР третьего класса (ИЭТР-3) разрабатывается как унифицированное техническое руководство по всем выпускаемым фирмой моделям одной марки БХП. Это руководство предназначено для использования как самой фирмой, так и крупными дилерами, сервисными центрами. В ИЭТР-3, в отличие от ИЭТР-2 добавлены электронные модули: «Технические характеристики модельного ряда холодильника»; «Каталог запасных частей и взаимозаменяемость». В ИЭТР-3 подготовленная техническая информация хранится в базе данных и обеспечивает свободный доступ к ней в диалоговом режиме. ИЭТР-3 позволяет наиболее эффективно проводить операции по поиску неисправностей в изделии, локализации сбоев, подбору запасных частей. В ИЭТР-3 включаются дополнительные материалы – обучающие тесты (программы), фото-, аудио- и видеоматериалы, позволяющие составить более полное представление о работе и назначении унифицированных подсистем марки холодильника.
Подготовлены рекомендации фирмам-производителям бытовой холодильной техники по созданию на основе разработанных в диссертации своих вариантов (классов) ИЭТР.
Для системного интерактивного сопровождения эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов создан многофункциональный тренажер (рис. 3).
Рисунок 3 –Многофункциональный тренажер
по бытовым холодильным приборам
Тренажер оснащен компьютером, принтером, универсальным термометром FLUKE 568 (США) с программным обеспечением; переносным стендом СХ-2 для типовой диагностики холодильников; прибором BC-TW4 для измерения температуры и влажности окружающей среды и бытовым холодильником (диагностируемым в сервисном или техноторговом центре или исследуемым в процессе обучения). Компьютер комплектуется дисками (типа CD, DVD) с модулями «Проектирование», «Диагностика», «Техническое обслуживание и ремонт», «Обучение», «Контактные данные и реквизиты участников». Модули снабжены необходимыми базами данных, алгоритмов, программ, интерактивными электронными техническими руководствами тренажера и бытовых холодильных приборов, тестами для подготовки кадров и входного контроля лиц, выполняющих диагностику, техническое обслуживание, ремонт холодильника. Обязателен доступ в сеть Internet для связи пользователей тренажером с фирмами, выпускающими бытовые холодильные приборы, и для поиска нужной информации.
Тренажер запатентован (патент РФ №96638 от 10.08.10г), информация о нём имеется в сети Internet. В тренажере используется разработанная и зарегистрированная в Роспатенте РФ (свидетельство №2011610748 от 11.01.2011г) программа оценки состояния бытовых компрессионных холодильников.
В третьей главе приведены теоретические положения по созданию обобщенной и частных математических моделей количественной оценки и качественного анализа эксплуатационной эффективности БХП на стадиях предпродажной подготовки, обслуживания и ремонта, экспериментальной отработки и модернизации.
Количественная оценка эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов выполняется с использованием обобщенной модели (1) и критериев оценки.
;
;
;
;
;
;
; 
.
где 
- номинальные значения параметров j-х подсистем бытового холодильного прибора, соответственно, термодинамического процесса, конструктивные и внешних воздействий; 
- численные значения критериев подобия эксплуатационной эффективности j-х подсистем по i – м параметрам; 
-значения коэффициентов, устанавливающих допустимые области определения (изменения значений) i -х параметров в процессе жизненного цикла БХП.
Критерии могут быть получены расчетным путем в заводской лаборатории фирмы или определены по аналогу в процессе эксплуатации БХП. Обобщенная математическая модель количественной оценки и принятия решения по анализу эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов (1) включает: критериальные уравнения для yj – ых критериев; условия ограничений gj ; критерий оптимальности 
; условия однозначности аналога U, критерий принятия решений Вальда (W) или Сэвиджа (S).
В качестве критериев оценки эксплуатационной эффективности бытовых компрессионных холодильников приняты (в скобках показан вектор оптимизации критерия): критерий энергоэффективности – отношение часового расхода электроэнергии за рабочую часть цикла к разности температур в холодильной камере в моменты включения и выключения мотора компрессора (min), т.е. 
; критерии эффективности охлаждения среды в холодильной 
и морозильной 
камерах (min), т.е. 
; критерий переохлаждения жидкого хладагента в конденсаторе (min), т.е. 
; критерий эффективности (интенсивности) конденсации (max), т.е. 
; критерий эффективности снятия перегрева в конденсаторе (max), т.е. 
; критерий перегрева хладагента в компрессоре (min), т.е. 
. В приведенных выражениях: 
- средняя мощность за период времени 
рабочей части цикла, 
- величина изменения температуры хладагента в процессах и 
- средняя температура окружающей среды за время испытаний.
Модель (1) может быть использована как при однокритериальной задаче (
) оценки эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов и принятия решения, так и при многокритериальной задаче 
. При многокритериальной задаче, после определения значений 
>1), лицу принимающего решение, необходимо сформулировать определенную стратегию анализа ситуации и формулирования выводов. Для этого в диссертации обосновано использование критериев Вальда W или Сэвиджа S т.е. или принимается стратегия (W), при которой наихудшее значение 
-го критерия из всех j-критериев должно быть не менее допустимого значения по аналогу, определяющего нижний порог заданной эффективности, или принимается стратегия (S), при которой гарантируется минимум максимального риска 
, установленного по аналогу. В последнем случае худшим считается не минимально допустимый уровень эксплуатационной эффективности, а максимальный риск ошибочно считать эксплуатационную эффективность достаточной для ее положительной оценки.
Для определения граничных значений условия ограничений gj в области допустимых значений k параметров xi, zi, si использовался метод максимума – минимума. При сравнении эксплуатационной эффективности исследуемого бытового холодильного прибора по аналогу значения всех коэффициентов ki аналога принимаются равными единице. При определении типовых значений критериев эффективности при заводских параметрических испытаниях модель используется полностью, с проведением статистической обработки результатов на оптимальность и область допустимых значений критериев подобия 
и 
.
При исследовании эксплуатационной эффективности БХП по аналогу на постпроизводственных этапах жизненного цикла вся правая часть модели (1) замещается значением 
, полученным при экспериментальной отработке аналога, т.е. зависимость (1) представляется в виде 
(где 
– численное значение критерия по аналогу).
В диссертационной работе представлены частные модели для критериев эксплуатационной эффективности термодинамических процессов, протекающих в разных подсистемах БХП компрессионного и абсорбционного типов. Например, для термодинамического процесса сжатия хладагента в компрессоре БХП модель имеет вид:
(2)
где: ст – толщина стенки змеевика конденсатора; Lк – длина змеевика конденсатора, Тк – температура конденсации хладагента х – коэффициент теплоотдачи от хладагента к стенке конденсатора, в – коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке конденсатора, – коэффициент теплопроводности трубы конденсатора; 
– температура газообразного хладона на входе в конденсатор; Тов – температура окружающего воздуха; Fк – теплопередающая поверхность конденсатора, Qk – тепловая нагрузка на конденсатор; qF – плотность теплового потока, dp – диаметр ребер; dн – наружный диаметр змеевика конденсатора; Sтp, Sрб – соответственно шаг труб и шаг ребер конденсатора, Qk – тепловая нагрузка на конденсатор.
Таким образом, принимая во внимание сделанные при выводе формул (1) и (2) допущения и промежуточные выводы следует сделать такое, важное заключение: эксплуатационную эффективность БХП можно оценивать показателями (критериями), характеризующими термодинамическое состояние хладагента и среды в подсистемах холодильного прибора по отношению к состоянию в подсистемах аналога. В приведенном примере коэффициент Yсж является критерием эффективности термодинамического процесса сжатия хладагента в компрессоре БХП холодильника Indesit.
Кроме моделей количественной оценки в работе предложено и обосновано использование метода сравнения графиков термодинамических процессов исследуемых БХП с базовыми графиками их аналогов.
Сформулированы основные положения формирования математических моделей и требования по процедуре изменения (повышения) эксплуатационной эффективности БХП посредством модернизации, а также алгоритм решаемых при этом задач принятия решений.
В четвертой главе представлены результаты и анализ сравнительных экспериментальных исследований и апробации системы интерактивных средств обеспечения эксплуатационной эффективности БХП.
Сформулированы и решены задачи экспериментальных исследований: разработка методики и планирование эксперимента, выбор средств измерений; экспериментальное определение по принятому аналогу базовых критериев количественной оценки и характеристик качественного анализа эксплуатационной эффективности БХП; экспериментальная оценка и анализ эксплуатационной эффективности исследуемых БХП; сравнительный анализ эксплуатационной эффективности исследуемого бытового холодильного прибора с эксплуатационной эффективностью аналога; сравнительный анализ эксплуатационной эффективности БХП разных марок; формирование баз данных по критериям оценки и анализа эксплуатационной эффективности БХП для включения в базовые ИЭТР-1 и ИЭТР-2. Задачи экспериментов специально приняты по аналогии с практическими задачами сравнительной оценки эксплуатационной эффективности, решаемыми сервисными и техноторговыми центрами.
Экспериментальный стенд представляет собой (рис. 4) комплекс в составе: бытового холодильного прибора: аналога или исследуемого на эффективность; средств измерения: FLUKE 568 (США); переносной стенд СХ-2; прибор BC-TW4; персональный компьютер с необходимым программным обеспечением и базами данных.
Эксперименты проведены на бытовых компрессионных холодильниках: одно- и двухкамерных; с хладагентами марок R-12; R134а, R600; с различным полезным объемом (от 122 дм3 до 314 дм3), отечественных и зарубежных фирм-производителей (Beko, Bosch, Indesit, Liebherr, Samsung, Атлант, Саратов, ЗИЛ); отепленных (температура камер выровнена с температурой окружающей среды) и неотепленных (в процессе рабочих циклов); без полезной загрузки (пустых) и с загрузкой; исправных и неисправных.
Рисунок 4 – Структурная схема экспериментального стенда
Эксплуатационная эффективность бытовых холодильников оценивалась по всем установленным в главе 3 критериям. Анализ эксплуатационной эффективности выполнялся путем сравнения графиков термодинамических процессов рабочих циклов исследуемого холодильника и его аналога, в качестве которого принимался, в зависимости от задачи, или холодильник с априори наивысшей эффективностью, или исследуемый холодильник в заданном (исправном) состоянии.
Получены базовые значения критериев оценки эксплуатационной эффективности термодинамических процессов для неотепленных и отепленных бытовых холодильников (таблица 1).
Получены базовые графики оценки эксплуатационной эффективности термодинамических процессов с использованием программного обеспечения Fluke View Forms прибора Fluke 568 (5,а; 6,а) и среды Microsoft Office Excel в случае использования прибора СХ-2 (рис.5,б; 6,б).
а) б)
Рисунок 5 – Базовые графики процесса охлаждения морозильной камеры (средняя полка)
неотепленного БКХ «Bosch» (рабочая часть цикла)
а) б)
Рисунок 6 – Графики для анализа качества процесса снятия перегрева хладагента в конденсаторе неотепленного БКХ «Bosch» (рабочая часть цикла):
а) базовый; б) исследуемый холодильник
Аналогичные экспериментальные графики получены, с учетом влияния на эффективность различных факторов (стр. 19), для процессов: процесс сжатия хладагента; процесс переохлаждения жидкого хладагента в конденсаторе; процесс охлаждения морозильной и холодильной камер, процесс интенсивности конденсации. При оценке результатов использованы критерии Стьюдента и Фишера, подтвердившие их достаточную сходимость и адекватность критериев. Адекватность критериев оценки эксплуатационной эффективности по критерию Фишера (Fрасч<Fтабл=0,4931<5,41) и достаточную сходимость результатов измерений при различных факторах по критерию Стьюдента (tэмп>tкр=46,81>2,66).
Таблица 1 – Результаты экспериментальной оценки эксплуатационной эффективности БХП «Bosch» с пониженной герметичностью холодильной камеры
| Критерии эксплуатационной эффективности процессов | БКХ «Bosch» отепленный | БКХ «Bosch» неотепленный | ||
| норма | Условный зазор (2мм) | норма | Условный зазор(2мм) | |
| Процесс сжатия хладагента компрессором | 0,94 | 0,95 | 0,8 | 1,0 |
| Процесс снятия перегрева хладагента в конденсаторе | 0,57 | 0,52 | 0,55 | 0,45 |
| Процесс конденсации (интенсивность) | 0,5 | 0,45 | 0,39 | 0,33 |
| Процесс переохлаждения жидкого хладагента в конденсаторе | 0,36 | 0,39 | 0,29 | 0,34 |
| Процесс охлаждения морозильной камеры | 0,31 | 0,33 | 0,42 | 0,49 |
| Процесс охлаждения холодильной камеры | 0,56 | 0,58 | 0,7 | 0,83 |
| Критерий энергоэффективности | 0,17 | 0,24 | 0,054 | 0,059 |
Экспериментальные исследования показали (табл. 1) возможность оценки эксплуатационной эффективности БХП путем сравнения действительных количественных значений критериев и оценки эксплуатационной эффективности и графиков анализа термодинамических процессов с базовыми значениями и графиками. Базовые значения критериев и базовые графики включены в блоки диагностики ИЭТР-2 как элементы системы интерактивного обеспечения эксплуатационной эффективности БХП (рис.8). Здесь же приведены инструкции по их применению, в том числе время диагностики.
На основе обобщенной математической модели разработаны эвристические модели по обоснованию и оценке эксплуатационной эффективности новых технических решений: абсорбционно-компрессионного холодильника (патент РФ № 226844 от 20.01.2006г) и стенда для испытания абсорбционно- компрессионного холодильного агрегата (патент РФ № 2269077 от 27.01.2006г). В диссертации разработаны рекомендации и инструкции по практическому использованию полученных результатов техноторговыми и сервисными центрами по техническому обслуживанию и ремонту БХП.
| Термодинамические процессы | Базовыезначения критерииев | Базовые диагностические графики (прибор Fluke с программой Fluke View Form) | № реперной точки |  |
| Процесс снятия перегрева хладагента (в конденсаторе) | К=0,55 |  | 2 | |
| Процесс переохлаждения жидкого хладагента (в конденсаторе) | =0,42 |  | 5 | |
| Процесс изменения температуры хладагента на выходе из компрессора | =0,94 | 8 |
а) б)
Рисунок 8 – Пример типовой диагностической карты БХП «Bosch»:
а) базовые критерии и базовые графики: б) схема реперных точек.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Анализ этапов создания, реализации, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта бытовых холодильных приборов отечественного и зарубежного производства показал на отсутствие системности в обеспечении их эксплуатационной эффективности вследствие наличия конкуренции между фирмами – производителями, техноторговыми и сервисными центрами.
Установлено, что решение этой актуальной проблемы должно выполняться путем создания системы средств интерактивного обеспечения эксплуатационной эффективности всеми участниками жизненного цикла бытовых холодильных приборов.
2. Предложена обобщенная математическая модель количественной оценки эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов, позволяющая: рассчитывать или устанавливать экспериментальным путем по аналогу базовые значения критериев оценки; формировать условия ограничений; устанавливать и учитывать условия оптимизации и принятия решений при исследовании одно- и многокритериальных задач; формировать частные математические модели при оценке бытовых холодильных приборов конкретных марок, а также при обосновании новых технических решений в этой области.
3. Созданы и отработаны на конкретных образцах бытовых холодильных приборов базовые интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР) трех классов, рекомендованные для использования на этапах создания, применения по назначению, техноторговыми и сервисными центрами.
4 Создан и рекомендован к использованию многофункциональный интерактивный тренажер по бытовым холодильным приборам (патент РФ № 96638) с модулями «Проектирование», «Диагностика», «Техническое обслуживание и ремонт», «Обучение» и необходимыми базами данных, алгоритмами, программами для ПЭВМ, ИЭТР тренажера и бытовых холодильных приборов, выходом в глобальную сеть Internet.
5. Получены и использованы частные математические модели при оценке эксплуатационной эффективности новых технических решений: абсорбционно – компрессионного холодильного агрегата (по патенту РФ № 2268446); стенда для испытаний абсорбционно – компрессионного холодильного агрегата (по патенту РФ № 2269077).
6. Экспериментальные исследования показали адекватность критериев оценки эксплуатационной эффективности по критерию Фишера (Fрасч<Fтабл=0,4931<5,41) и достаточную сходимость результатов измерений при различных факторах по критерию Стьюдента (tэмп>tкр=46,81>2,66).
7. Подготовлены и направлены фирмам-производителям бытовых холодильных приборов методики по оснащению интерактивными техническими руководствами выпускаемой ими продукции, а также сервисных и техноторговых центров.
Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:
Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах:
1. Тихонова О.Б. Принципы создания и использования интерактивных электронных технических руководств в сфере бытовой холодильной техники /В.А. Першин, О.Б. Тихонова //Известия высших учебных заведений: Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2010. № 9. С. 36-37.
2. Тихонова О.Б. Проблемы преподавания основ CALS-технологий для специальностей сферы сервиса машин и оборудования/ В.А. Першин, О.Б. Тихонова //«Современные проблемы методического и информационного обеспечения высшего образования»: доклады Всерос. науч.-технич. конф./ под общей ред. чл.-корр. РАН В. П. Мешалкина и д. т. наук, проф. Э.М. Соколова. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. –с.23.
Патенты и свидетельства о регистрации программного продукта:
3. Патент РФ № 2268446 МПК F 25 В 25/02. Абсорбционно – компрессионный холодильный агрегат/ Левкин В.В., Тихонова О.Б. и др.; заявитель и патентообладатель Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС). - № 2003137554/06; заявл. 25.12.2003; опубл.20.01.2006, Бюл. № 02
4. Патент РФ № 2269077 МПК F 25 В 25/02 (2006.01). Стенд для испытаний абсорбционно – компрессионного холодильного агрегата /Левкин В.В., Блатман Г.М., Тихонова О.Б. и др.; заявитель и патентообладатель Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС). - № 2004103726/06; заявл. 09.02.2004; опубл.27.01.2006, Бюл. № 3.
5. Патент РФ № 96638 МПК F25B 49/00. Квазивиртуальный многофункциональный тренажер по бытовым холодильным приборам /Першин В.А., Тихонова О.Б. и др., по заявке № 2010111283 от 24.03.2010г., Бюл. №22, 2010.
6. Система формирования и оценки технического состояния бытовых компрессионных холодильников / Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011610748 //Тихонова О.Б., Першин В.А., Кушнир И.Б. и др. Зарегистрировано 11.01.2011г.
Публикации в журналах, сборниках трудов, материалах конференций:
7. Тихонова О.Б. Обобщенные модели математического обеспечения непрерывной поддержки заданного технического состояния изделий в процессе их жизненного цикла / Першин В.А., Тихонова О.Б. и др.// Альманах современной науки и образования. – Тамбов, №1 (8), 2008. – С. 151-157.
8. Тихонова О.Б. Использование метода подобия функционирования систем при создании интерактивных электронных технических руководств пятого класса/ Першин В.А., Тихонова О.Б.// ВIСНИК Схiдноукраїнського нацiонального унiверситету iменi Володимира Даля, №2(120) – Луганск, 2008. –с.245-249.
9. Тихонова О.Б. Разработка интерактивных электронных технических руководств по сложной бытовой технике / Тихонова О.Б., Першин В.А., Русляков Д.В. и др.// Актуальные проблемы техники и технологий: сб.нуч. тр./редкол.: Н.Н. Прокопенко [и др.].- Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2008. – с.20-22.
10. Першин В.А.. Использование метода подобия функционирования технических систем при создании виртуальных лабораторных работ / Першин В.А., Тихонова О.Б. и др. // Современные проблемы машиностроения, информационных технологий и радиотехники: межвузовский сб. науч. тр. / редкол.: С.А. Кузнецов [и др]; ГОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса». – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2008.-с.34-35
11. Першин В.А. Подготовка и переподготовка специалистов сферы жилищно-коммунального хозяйства на основе и в аспекте CALS-технологий / Першин В.А., Петросов С.П., Тихонова О.Б.// «Малый и средний бизнес – образование – социальный эффект: Международная Росс.-Германская науч-практ. конф./редкол.: А.Г. Сапронов, Н.Н. Прокопенко, И.Ю Бринк [и др.]. – Шахты: ГОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2010. -142с.
12. Першин В.А. Квазивиртуальный многофункциональный тренажер по бытовым холодильным приборам / Першин В.А., Тихонова О.Б., Русляков Д.В.// Актуальные проблемы техники и технологий: сб. науч. трудов / редкол.: Н.Н. Прокопенко [и др.]; ГОУ ВПО «ЮРГУЭС». – Шахты: ГОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2010.–С. 85-87.
13. Тихонова О.Б. Разработка системы интерактивных средств сопровождения жизненного цикла бытовых холодильной техники / Тихонова О.Б.// Материали за 6-а международна научна практична конференция, «Поглед върху световната наука»,- 2010. Том 25. Технологии. София. «Бял ГРАД-БГ» ООД.с.21-26.
14. Тихонова О.Б. Структурно-функциональные диагностические модели подобия функционирования бытовой холодильной техники / Тихонова О.Б., Першин В.А.//«Актуальные проблемы техники и машиностроения»: сб. науч. трудов/ редкол. Н.Н. Прокопенко [и др]; ГОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса». – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2011.-с. 23-24.
15. Першин В.А. Концепция CALS-технологий в сфере бытовых машин и приборов: монография / Першин В.А., Петросов С.П., Тихонова О.Б. и др.// Шахты. Изд-во ЮРГУЭС, 2010. – 108с.
Личный вклад диссертанта в работах, опубликованных в соавторстве:
[1, 2, 6-9] – 80% работы; [3,4] - 20%; [5, 12]– 45% работы; [10,11] – 60% работы, [13] – 100%; [14] - 60%; [15] – 45%.
