TEMĂ
STUDII PRIVIND STABILIREA STRATEGIEI DE MENTENANŢĂ A AUTOMOBILELOR DIN DOTAREA TRUPELOR DE POMPIERI
Conducator stiintific:
Subcoperta
STRATEGIEI DE MENTENANŢĂ
A AUTOMOBILELOR DIN DOTAREA TRUPELOR DE POMPIERI
Conducator stiintific:
Cuprins
|
Cuprins…......……….................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ................... |
|
|
Introducere ………….................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ............. |
|
|
Consideratii privind starea actuala a automobilelor destinate interventiei în situatii de urgenta.................... 939i820j ............ |
|
|
1.1 Generalitati.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ........ |
|
|
Clasificarea mijloacelor tehnice pentru interventie în 5.4.3 Parametrii de diagnosticare………………………………….. |
|
|
5.4.5 Metode de diagnosticare.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j . |
|
|
6. Cercetari experimentale.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ....... |
|
|
Probleme generale.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ................ |
|
|
6.2 Echiparea autospecialelor pentru probe pe sosea.................... 939i820j .......... |
|
|
6.3 Planul de testari.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j . |
|
|
6.4 Caracterizarea generala a seriilor dinamice experimentale............... |
|
|
7. Analiza rezultatelor experimentale.................... 939i820j .................... 939i820j ........ |
|
|
7.1 Analiza în timp a rezultatelor experimentale.................... 939i820j ................ |
|
|
7.1.1 Analiza comparativa în timp a datelor experimentale................ |
|
|
7.1.2 Analiza de corelatie a datelor experimentale.................... 939i820j ......... |
|
|
7.2 Analiza spectrala a datelor experimentale.................... 939i820j .................... 939i820j . |
|
|
Analiza monospectrala a datelor.................... 939i820j .................... 939i820j ......... |
|
|
7.2.2 Analiza polispectrala a datelor.................... 939i820j .................... 939i820j ........... |
|
|
8. Stabilirea modelelor matematice pe baza datelor experimentale.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ...... |
|
|
8.1 Probleme generale.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ................. |
|
|
8.2 Serii dinamice discrete. Autoregresii.................... 939i820j .................... 939i820j ........ |
|
|
8.3 Modele matematice liniare.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j .... |
|
|
8.4 Modele matematice neliniare.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j |
|
|
8.5 Modele matematice polinomiale.................... 939i820j .................... 939i820j ............... |
|
|
8.6 Modele matematice având la baza retele neuronale.................... 939i820j ...... |
|
|
8.7 Modelul matematic al autovehiculului aflat în miscare rectilinie..... |
|
|
Validarea modelelor matematice si analiza incertitudinilor |
|
|
9.1 Elemente generale.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ................. |
|
|
9.2 Studiul experimental al dinamicitatii în conditii de incertitudine (metode clasice).................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j .. |
|
|
9.3 Studiul stochastic al dinamicitatii în conditii de incertitudine.......... |
|
|
9.4 Studiul dinamicii autospecialei prin aplicarea analizei robuste........ |
|
|
9.5 Studiul dinamicii autospecialei prin metoda intervalelor.................. |
|
|
9.6 Stabilirea timpului de demaraj a autospecialei pe baza analizei robuste.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ................. |
|
|
9.7 Influenta unor factori asupra dinamicitatii.................... 939i820j .................... 939i820j |
|
|
10. Concluzii finale. Contributii.................... 939i820j .................... 939i820j .................. |
|
|
Concluzii finale.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j .................. |
|
|
10.2 Contributii.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ...... |
|
|
11. Bibliografie.................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j .................... 939i820j ........ |
|
INTRODUCERE
Performantele deosebite obtinute de autovehiculele actuale nu ar fi fost posibile fara abordari teoretice temeinice, care sa patrunda în intimitatea proceselor dinamice si fara desfasurarea unor cercetari experimentale de finete, care sa permita investigarea fenomenelor din ce în ce mai complexe care însotesc functionarea acestora.
Utilizatorul oricarui tip de autovehicul este confruntat înca de la achizitionarea sa cu problema complexa a mentenantei acestuia. Complexitatea problemei consta în faptul ca aceasta prezinta mai multe componente dintre care cele mai importante sunt de natura manageriala, organizationala si institutionala, economico-financiara, tehnologica si de pregatire a personalului.
Managementul mentenantei produselor si utilajelor complexe a cunoscut abordari teoretice si îndeosebi practice diverse. S-a început cu realizarea unor interventii atunci când au aparut defectarile, procedeu înca utilizat si în prezent mai ales de catre persoanele fizice. Apoi au aparut interventiile planificate, mai ales în cazul organizatiilor mari si la produse foarte scumpe, procedeu care este utilizat si în prezent. Apoi s-a ajuns la o îmbinare nuantata a interventiilor planificate si a celor predictibile, acestea din urma fiind stabilite în baza unor diagnosticari complexe si de regula planificate.
Oricare procedeu este utilizat, scopul general este acelasi; obtinerea unei stari de operativitate corespunzatoare în timp cât mai scurt si cu eforturi economice si umane cât mai reduse. Împacarea acestor deziderate, de natura contradictorie, este posibila doar printr-un management inteligent, bine organizat si riguros. În prezenta lucrare sunt avute în vedere unele elemente ale dezideratelor mentionate.
Prezenta teza de doctorat este structurata pe 10 capitole. În cadrul ei sunt prezentate elementele principale ale stadiului actual cunoscut în domeniu, elementele teoretice necesare tratarii subiectului propus, cât si problematica achizitiei si prelucrarii datelor experimentale aferente cu produse software actuale si performante.
Practic lucrarea este compusa din doua parti. În prima parte (teoretica; -5) este prezentat stadiul actual privind mentenanta autospecialelor de stins incendii în cadrul reglementarilor existente, analiza tehnica si economica a procesului si sunt propuse modalitati si reglementari noi în domeniu. În partea doua (experimentala; 6-9) se prezinta o modalitate de diagnosticare a starii tehnice a motorului de tractiune a autospecialei având în vedere demarajul acesteia în etajul 2, cu plecarea de pe loc, cu masurarea timpului în care este parcurs un anumit spatiu, marcat în prealabil.
În cadrul tezei a fost utilizat sistemul englez de numeratie, cu (.) punct pe post de virgula zecimala si (,) virgula pe postul de separare a miilor/milioanelor.
Capitolul 1 este destinat unei analizei privind starea generala a parcului de
autovehicule existent în dotarea Inspectoratului General pentru Situatii
de Urgenta. Sunt de asemenea trecute în revista
reglementarile principale care stau la baza sistemului de
mentenanta utilizat în prezent.
Situatia la zi a sistemului poate fi sumar caracterizata astfel:
autospecialele de stins incendii noi (moderne), achizitionate recent, reprezinta un procentaj putin semnificativ în raport cu întregul parc existent;
desi au rulaje nu prea mari, autospecialele de stins incendii prezinta uzuri pronuntate si nu corespund din punct de vedere tehnic decât partial cerintelor actuale. Având o fiabilitate redusa (MTBF mic) acestea implica o anumita nesiguranta operationala;
mentinerea acestor autovehicule în utilizarea curenta se face cu mari cheltuieli, în special pe zona de mentenanta;
reglementarile actuale din zona mentenantei nu mai corespund tehnologiilor moderne;
cu toate aceste vicisitudini achizitia unor autospeciale moderne ar putea fi amânata pentru moment. Mentinerea înca un anumit timp la utilizator a autospecialelor existente (solutie provizorie) are o anumita justificare având în vedere ca:
rulajul efectiv la circa 70 % din autospeciale existente este sub 100,000 kmEC;
cheltuielile de utilizare, care le includ si pe cele de mentenanta, sunt mai mici în raport cu cele similare la autospecialele noi (carburanti-lubrifianti, piese si subansamble mai ieftine);
achizitia implica importuri, de autospeciale sau subansamble foarte scumpe care sunt greu de suportat din punct de vedere financiar;
pentru a mai mentine în stare operationala actualul parc, pâna ce el va fi înlocuit treptat, în zona mentenantei sunt necesare unele modificari organizatorice si de natura tehnologica, în special pe zona operatiunilor de diagnosticare preventiva;
de pe acum sunt necesare eforturi care sa permita ca operatiunile de mentenanta ce urmeaza a se efectua la noile autovehicule care intra deja în parcul inspectoratului, sa se execute în special prin metode de diagnosticare preventiva.
Capitolul 2 se ocupa în principal de problema strategiilor de mentenanta care se aplica la autospecialele de stins incendii, având în vedere ca acestea reprezinta circa 80 % din parcul auto al inspectoratului.
La început este prezentata o caracterizare generala a conditiilor de utilizare, acestea constând din faptul ca autospecialele de stins incendii stationeaza permanent încarcate la sarcina maxima; trebuie sa plece rapid în caz de urgenta; motorul de tractiune functioneaza frecvent la regimuri critice în primele momente ale deplasarii; sunt utilizate în diverse conditii de clima, relief, stare a vremii, fluctuatia conducatorilor auto este mare.
Apoi se prezinta cele trei niveluri de mentenanta care este aplicata în prezent la autospecialele de stins incendiu cu detalierea principalelor activitati ce se executa în cadrul acestora.
Capitolul 3 este destinat prezentarii mentenantei bazata pe fiabilitate, acesta fiind un instrument care permite optimizarea actiunilor de mentenanta. Criteriile avute în vedere sunt în general securitatea, disponibilitatea si costurile mentenantei.
Sunt prezentati apoi indicatorii de fiabilitate considerând ca una din cele mai convenabile si mai utilizate legi de repartitie în domeniul autovehiculelor este legea lui WEIBULL, în varianta biparametrica si respectiv triparametrica.
Sunt prezentate criteriile care trebuie respectate la culegerea datelor de la utilizatori precum si pregatirea acestora.
În cadrul capitolului este prezentat un studiu de caz, având în vedere rulajul, exprimat în kmEC, parcurs pâna la defectare considerând numai motoarele autospecialelor avute în observare si cuprinse în trei seturi de date considerate reprezentative, precum si un set de date pentru aceleasi motoare, dar care echipeaza autocamioane. Pentru prelucrarea respectivelor date a fost elaborat un program Matlab cu ajutorul caruia au fost determinati parametrii modelului WEIBULL precum si functiile de repartitie, de fiabilitate si de rata a defectarilor.
Concluziile rezultate în urma calculelor au pus în evidenta suficient de clar faptul ca motoarele care echipeaza autospecialele de stins incendii sunt mai solicitate în raport cu cele care sunt utilizate pe autocamioane. Atât motoarele de tractiune cât si autospeciala în ansamblu prezinta valori reduse ale MTBF.
Capitolul 4 este destinat analizei comparate a strategiilor de mentenanta care se utilizeaza frecvent la autovehicule. Sunt prezentate:
costurile si alti indicatori de natura economica;
indicatorii de fiabilitate si eficienta ai mentenantei;
parametrii tehnici.
Sunt prezentate concluziile care se desprind din analiza costurilor curente cu mentenanta, aferente unei unitati judetene de pompieri din care rezulta ca aproximativ 47 % din cheltuielile bugetare sunt destinate salarizarii. Evident ce ramâne nu este decât partial suficient pentru cheltuielile materiale si pentru servicii.
Situatia este si mai relevanta daca este avuta în vedere structura cheltuielilor materiale si serviciilor; în ultimii trei ani au fost cheltuite circa 50 % din fonduri au fost cheltuite pentru hranire si doar 13 % pentru mentenanta plus carburanti. Restul fondurilor au reprezentat 17 % cheltuieli pentru întretinere (încalzire, iluminat, apa, canal, salubritate, posta, telefon, etc.), 15 % echipament, 1 % cazarmare si 4 % alte cheltuieli.
Concluzia studiului arata ca optimizarea activitatii de mentenanta prin costuri în momentul de fata este o activitate dificila. Este avut în vedere faptul ca în primul rând fondurile alocate nu acopera nevoile reale.
Capitolul 5 este destinat analizei implicatiilor implementarii unei noi strategii de mentenanta la autospecialele de stins incendii precum si unele reglementari care sunt strict necesare în domeniu.
Sunt analizate, la nivelul unui an calendaristic, lucrarile principale care trebuiesc executate precum si necesarul de personal aferent, considerând trei variante de executare a respectivelor lucrari.
Este prezentata o scurta, dar sugestiva analiza financiara pe zona de mentenanta pentru perioada 1994-2005.
În cadrul capitolului este prezentata structura precum si descrierea sumara a capitolelor unui nou act normativ în domeniul mentenantei autovehiculelor din dotarea Inspectoratului General pentru Situatii de Urgenta.
O atentie aparte este data în acest capitol stabilirii starii tehnice a autovehiculelor de interventie în cadrul lucrarilor de mentenanta precum si sistemului de diagnosticare tehnica a autovehiculelor. Sunt trecute în revista diferite aspecte teoretice si practice precum si metode si proceduri de diagnosticare.
Se scoate în evidenta o concluzie importanta care a rezultat din experienta curenta. Aceasta arata ca circa 90 % dintre autovehiculele de interventie nu mai dezvolta puterea nominala a motorului de tractiune, în mare masura din cauza gradului avansat de uzura a grupului piston-cilindru, transmisiei, etc.
Printre metodele de diagnosticare prezentate este si cea cunoscuta si sub denumirea de „punere sub sarcina si viteza” , metoda care este avuta în vedere la realizarea partii experimentale a tezei.
Capitolul 6 are ca problematica pregatirea autospecialelor de stins incendiu pentru încercarile din teren, realizarea lantului de masurare necesar pentru executarea testelor propuse si prelucrarea generala a seriilor dinamice achizitionate. Este prezentat sumar planul încercarilor si codificarea probelor experimentale realizate în teren.
Sunt prezentate succint principalele componente ale lantului de masurare, cu caracteristicile si particularitatile lor. Lantul de masurare, conceput într-o maniera simpla, a permis achizitionarea în teren a trei fisiere de date în format digital. Respectivele fisiere au continut seriile dinamice, cu un numar mare de realizari ale:
a) vitezei absolute a autovehiculului, masurata cu o instalatie de tipul „roata 5-a”;
b) turatiei motorului de tractiune, masurata cu un traductor de turatie de tip inductiv;
c) pozitiei comenzii acceleratiei motorului, masurata cu un traductor rezistiv de tip „ruleta”.
Sunt prezentate unele aspecte referitoare la caracterizarea generala a rezultatelor obtinute experimental. Astfel seriile dinamice, nefiltrate la achizitionare, au fost în prealabil prelucrate în scopul caracterizarii generale a acestora precum si a verificarii corectitudinii si acuratetei lor. În acest scop, prin utilizarea unor produse software actuale si de înalta performanta, în mediul de programare Matlab, au fost executate prelucrari precum au fost cele de:
verificarea existentei în cadrul acestora a unor erori grosolane datorate în special modului în care a functionat lantul de masurare;
demonstrarea necesitatii exprese de a se executa o filtrare digitala în cadrul procesului de prelucrare a respectivelor serii dinamice precum si a celei mai potrivite proceduri de urmat pentru filtrare ;
verificarea intervalelor de încredere în care se situeaza realizarile seriilor dinamice;
verificarea încadrarii datelor în legea de distributie Gauss prin aplicarea testelor Kolmogorov-Smirnov si Lilliefors;
simularea nivelului de încredere între diverse corelatii a semnalelor din cele trei fisiere de date;
a fost stabilita o metodologie prin care datele experimentale achizitionate în teren sa poata fi utilizate ulterior cu ajutorul unor software-uri specializate.
Capitolul 7 prezinta rezultatele obtinute prin prelucrarea seriilor dinamice achizitionate în timpul executarii testarilor din teren. În cadrul sau sunt prezentate:
a) seriile dinamice experimentale prezinta autocorelari foarte bune;
b) exista corelari bune între diferite marimi si mai putin bune între altele. S-a constatat pe ansamblu o corelatie mai buna între viteza si turatie decât între viteza si pozitia pedalei de acceleratie;
c) seriile dinamice contin „zgomote” acceptabile; cu câteva exceptii acestea au valori ale semnalului util de peste 90 % din semnalul total;
d) exista componente neliniare în toate seriile experimentale, acestea fiind de circa 5-7 % în cazul vitezei absolute a autospecialei.
Analizele mentionate s-au executat utilizând produse software moderne, în speta mediul de programare Matlab si o serie de toolbox-uri adiacente. S-a apelat la acest mediu de programare având în vedere marile sale capabilitati de analiza precum si cele de reprezentari grafice foarte facile.
Principalele concluzii au constat în faptul ca seriile dinamice trebuie filtrate software si ca acestea contin multe neliniaritati, fapt ce impune tehnici de analiza adecvate.
Capitolul 8 prezinta proceduri si rezultate obtinute în stabilirea modelelor matematice pe baza datelor achizitionate în timpul experimentarilor din teren, modele necesare în special pentru analiza incertitudinilor care au aparut în procesul de achizitie a datelor.
Au fost utilizate mai multe modele matematice Au fost avute în vedere doua aspecte de baza si anume:
obtinerea unor erori cât mai mici între seria dinamica experimentala si seria care a fost predictionata (eroare COV minima);
obtinerea unor ecuatii diferentiale, în general de tip liniar, care sa reproduca cât mai fidel în functie de timp, seria dinamica experimentala.
Cât priveste algoritmii utilizati cu cele mai bune rezultate în procesul de identificare, acestia au fost ARMAX si cei neuronali (NNARMAX) În general modelele matematice obtinute nu sunt complexe, ordinul ecuatiilor diferentiale sau a structurilor utilizate fiind de 2 sau 3.
S-a demonstrat ca modelele matematice de tip polinomial si în special cele de tip retele neuronale prezinta cea mai buna calitate a identificarii (erorile COV cel mai reduse).
Au fost utilizate produse software (toolbox-uri) foarte actuale care au permis diverse optimizari în procesul de identificare.
A fost elaborat un model matematic simplificat în cazul miscarii rectilinie a autospecialei de stins incendii. În cadrul sau a fost elaborat un submodel pentru variatia, functie de viteza, a coeficientului global de rezistenta la rulare a autospecialei pe beton orizontal aflat în stare buna.
Capitolul 9 este destinat prezentarii unei probleme de importanta în practica cercetarii si în special în interpretarea rezultatelor experimentale, anume cea referitoare la analiza robusta a dinamicii autospecialei de stins incendii. În cadrul acestuia s-a determinat/precizat:
a) care este valoarea medie precum
si împrastierile timpului de demaraj pe distanta de 40 de
m, în etajul 2 cu plecarea de pe loc, luând în considerare incertitudinile
determinate ca în statistica clasica (regula 
);
b) existenta unei bune concordante între înregistrarile experimentale, simularile bootstrap a acestora precum si valorile determinate cu statistica clasica;
c) raspunsul dinamic al autospecialelor în probele de demaraj, considerând incertitudinile sub forma unor anvelope care marginesc domeniul acestora. Acest lucru a permis o mai buna clarificare a valorii medii a timpilor de demaraj necesari pentru estimarea starii tehnice a motorului de tractiune;
d) care este valoarea medie precum si împrastierile timpului de demaraj pe distanta de 40 de m, în etajul 2 cu plecarea de pe loc, luând în considerare incertitudinile ca împrastieri determinate sub forma unor anvelope. Cu aceasta ocazie s-a demonstrat ca experimentarile se pot executa si cu autospeciala goala dar manifestând o grija aparte fata de filtrarea seriilor dinamice experimentale;
e) care sunt influentele pozitiei pedalei de acceleratie si respectiv a turatiei asupra dinamicitatii autospecialelor în cazul probelor de demaraj, numai în etajul 2, prin analiza functiei de sensibilitate.
Capitolul 10 prezinta concluziile generale si contributiile principale aduse în studiul teoretic si experimental privind mentenanta autospecialelor de stins incendii.
Doresc sa aduc calduroase multumiri în mod deosebit conducatorului meu stiintific, domnul gl.bg.(r) prof.univ.dr.ing. Ioan FILIP, pentru ajutorul permanent acordat la întocmirea lucrarii de fata precum si pentru încurajarile adresate în unele momente de cumpana care au existat pe parcursul elaborarii ei.
Ţin sa aduc multumiri calduroase domnului mr.conf.univ.dr.ing. Valentin VÂNTURIs, pentru ajutorul neprecupetit pe care mi l-a dat la pregatirea si efectuarea probelor experimentale.
De asemenea, multumesc domnului colonel prof.univ.dr.ing. Minu MITREA, seful catedrei de Autovehicule Militare si Logistica, precum si cadrelor didactice din catedra, pentru sugestiile oferite în vederea finalizarii lucrarii de doctorat precum si pentru ajutorul acordat de catre catedra pe care o conduce, în logistica executarii partii experimentale .
În sfârsit, dar nu în ultimul rând, multumesc familiei mele care m-a sustinut permanent si mi-a creat conditiile necesare pentru elaborarea acestei teze de doctorat.
1. Consideratii privind starea actuala a automobilelor destinate interventiei în situatii de urgenta
1.1 Generalitati
Traim astazi într-o lume în care sunt resimtite tot mai frecvent urmarile dezechilibrelor cauzate de actiunile umane asupra mediului înconjurator. Dezastrele naturale s-au amplificat ca numar si în mod special prin amploarea urmarilor pricinuite de acestea. Colectivitatile umane, care continua sa devina din ce în ce mai aglomerate în orase-metropole, nu respecta anumite reglementari statuate si desfasoara tot mai des actiuni a caror urmari duc uneori la incendii catastrofale sau alte genuri de dezastre.
Pe de alta parte actiunile teroriste obliga institutiile publice cu atributiuni în domeniu sa desfasoare tot felul de interventii, adesea nemaiîntâlnite.
Iata numai câteva directii în care institutii abilitate ale statului trebuie sa intervina din ce în ce mai des. Acest lucru trebuie facut datorita de cele mai multe ori amploarei si urmarilor pe care fenomenul nedorit le produce în timp scurt sau în conditii si locatii neprielnice.
Orice interventie presupune neaparat personal si mijloace tehnice specializate. În acest sens a fost creat si functioneaza Inspectoratul General pentru Situatii de Urgenta.
În conformitate cu Hotarârea Guvernului României nr.1490 din 9 septembrie 2004 Inspectoratul General pentru Situatii de Urgenta asigura, la nivel national, punerea în aplicare într-o conceptie unitara a legislatiei în vigoare în domeniile apararii vietii, bunurilor si a mediului împotriva incendiilor si dezastrelor, precum si al realizarii masurilor de protectie civila si gestionarea situatiilor de urgenta.
Inspectoratul General pentru Situatii de Urgenta are printre atributiile sale si pe urmatoarele:
asigura coordonarea aplicarii unitare, pe întreg teritoriul tarii, a masurilor si actiunilor de prevenire si gestionare a situatiilor de urgenta;
coordoneaza planificarea resurselor necesare gestionarii situatiilor de urgenta la nivel national si elaboreaza proiectul planului de asigurare cu resurse umane, materiale si financiare pentru astfel de situatii;
elaboreaza regulamentul-cadru privind organizarea, atributiile, functionarea si dotarea comitetelor, centrelor operationale si centrelor operative pentru situatii de urgenta.
Pentru punerea în aplicare a celor mai multe dintre interventiile pe care le desfasoara, formatiunile sale care sunt dispuse în teritoriu, au nevoie de o multitudine de mijloace tehnice. Dintre acestea se detaseaza în prezent prin numar dar si prin costurile care rezulta în urma utilizarii, autospecialele de stins incendii precum si alte mijloace dispuse pe autovehicule rutiere.
1.2 Clasificarea mijloacelor tehnice pentru interventie în situatii de urgenta
Principalele categorii de mijloace tehnice pentru interventie în situatii de urgenta sunt autovehicule de interventie, nave, aeronave, utilaje, echipamente si accesorii. Dintre acestea autovehiculele au ponderea cea mai mare, numarul lor se situeaza în prezent la cifra de circa 2500 de unitati.
Autovehiculele de interventie sunt vehicule rutiere autopropulsate, de constructie speciala, care dispun de instalatii, echipamente, accesorii si materiale pentru interventia în situatii de urgenta. În cazul interventiilor la incendii, accidente, catastrofe si calamitati naturale acestea pot fi folosite direct (când se lucreaza cu agregatele din dotarea lor) sau indirect (când asigura îndeplinirea unor actiuni si operatii ajutatoare).
La clasificarea autovehiculelor de interventie se iau în considerare câteva criterii, cum ar fi capacitatea de încarcare cu substante de stingere, felul substantelor de stingere cu care se poate actiona, tipul sasiului de baza etc.
Utilajele de interventie au o constructie speciala, destinata sa asigure folosirea eficienta la interventie. Ele se transporta pe roti, prin remorcare cu autocamioane, autospeciale sau tractoare, iar pe distante scurte, prin împingere de catre oameni sau prin purtare pe brate.
Accesoriile de interventie reprezinta o gama larga de aparate, dispozitive, echipamente si produse care se folosesc în actiunile de stingere a incendiilor si de salvare a oamenilor de la incendii, accidente, catastrofe si calamitati.
În prezent parcul auto este format în proportie de 82 % din autovehicule de interventie si de 18 % din autovehicule de transport, ceea ce corespunde unui grad de înzestrare de 62 % (Fig.1.1).
Fig.1.1 - Structura parcului auto dupa destinatie
Din punct de vedere al vechimii în utilizare (exploatare) 8 % din autovehiculele de interventie sunt cuprinse între 0 si 5 ani, 12 % între 5 si 10 ani si 80 % au peste 10 ani vechime (Fig.1.2).
Din punct de vedere al rulajului 39 % sunt cuprinse între 0-50 mii kmEC, 31 % între 50-100 mii kmEC, 15 % între 100-150 mii kmEC, 6 % între 150-200 mii kmEC si 9 % peste 200 mii kmEC (Fig. 1.3).
Prin kilometrii echivalenti + cumulati (kmEC) se întelege suma dintre km efectivi parcursi înmultiti cu un coeficient de corectie si km cumulati (care reprezinta orele de functionare ale instalatiilor speciale transformate în kilometri)
Se observa ca desi majoritatea mijloacelor de interventie nu sunt foarte vechi ele sunt totusi grupate în primul interval de rulaj ceea ce presupune în primul rând o uzura morala si apoi una fizica.
Din punct de vedere al vechimii în utilizare 5 % din mijloacele de transport sunt cuprinse între 0 si 5 ani, 41 % între 5 si 10 ani si 54 % au peste 10 ani vechime (Fig.1.5).
Din punct de vedere al rulajului 20 % sunt cuprinse între 0-50 mii kmEC , 29 % între 50-100 mii kmEC, 21 % între 100-150 mii kmEC, 12 % între 150-200 mii kmEC si 18 % peste 200 mii kmEC (Fig.1.6).
O analiza tehnico-economica a situatiei actuale privitoare la autovehiculele de stins incendii din înzestrarea Inspectoratului General pentru Situatii de Urgenta este imperios necesara, dar ea nu constituie obiectul prezentei lucrari. În cele ce urmeaza sunt prezentate numai unele puncte de vedere privitoare la o astfel de analiza, fara pretentia unor concluzii absolut pertinente.
Având în vedere datele sintetice care rezulta din Fig.1.2 si Fig.1.5 se poate afirma fara nici o rezerva ca actualul parc de autovehicule ar trebui înlocuit din motive legate de vechimea acestuia. Însa o înlocuire a lui ridica în principal probleme de costuri. Deci într-o prima estimare costurile de înlocuire a parcului actual se cifreaza undeva într-o zona de circa 307,500,000 €. Suportarea acestei sume devine dificila chiar în conditiile repartizarii ei pe 5-6 ani. O durata mai lunga devine nerezonabila având în vedere pe de o parte cerintele operationale stringente, iar pe de alta parte o si mai mare îmbatrânire a parcului actual.
Mai trebuie avute în vedere si alte probleme. Una dintre ele consta în faptul ca actualul parc de autospeciale, cu toate ca are un numar mare de ani de utilizare, nu prezinta rulaje foarte mari. Conform Fig.1.3, circa 70 % dintre autospecialele din parc au în prezent un rulaj de pâna în 100,000 kmEC, care nu poate fi considerat foarte mare, cu atât mai mult daca este vorba de rulajul efectiv.
Daca starea tehnica a parcului actual este privita la modul general si este avut în vedere în mod special rulajul, se poate formula o concluzie anume ca ar fi rational ca acesta sa mai poata fi utilizat în continuare un anumit interval de timp. În contradictie însa cu acest punct de vedere se situeaza în special fiabilitatea redusa a autospecialelor aflate în prezent în serviciu (a se vedea unele detalii în §3). Sunt multiple cauze care conduc la aceasta situatie, evident legate de conceperea si proiectarea lor precum si de materialele si tehnologiile care au fost utilizate la producerea acestora când au fost fabricate.
Având în vedere cele de mai sus se impune cu tarie o concluzie, anume ca daca s-ar asigura o mentenanta mai riguroasa (adecvata) bazata în special pe diagnosticarea preventiva, coroborata cu asigurarea unor lucrari de reparatii de buna calitate si cu folosirea de materiale si piese corespunzatoare precum si cu o utilizare executata de un personal calificat, este posibila folosirea în continuare a parcului existent pentru un anumit interval de timp, aceasta reprezentând o solutie provizorie.
Este evident ca pentru a se formula o decizie finala referitoare la acest punct de vedere sunt necesare analize mai detaliate si înainte de toate trebuie avute în vedere cerintele de perspectiva apropiata si mai îndepartate precum si posibilitatile si oportunitatile financiare.
Având în vedere cele mentionate anterior, prezenta lucrare încearca o analiza relativ exhaustiva a mentenantei autospecialelor existente în parcul actual, atât ca tehnologie cât si ca reglementari. Astfel în lucrare se prezinta necesitatea stringenta a executarii unor lucrari de diagnosticare preventiva, în special la motorul de tractiune, la care trebuie asociate si actiuni de utilizare a unor materiale tehnice, inclusiv carburanti-lubrifianti de buna calitate.
Problema capitala consta însa în pregatirea personalului si în mod deosebit în schimbarea opticii privind mentenanta în ansamblul ei atât de catre factorii de decizie dar si de catre personalul operational si cel din mentenanta (propriu sau care executa lucrari externalizate).
Este necesar un studiu detaliat referitor la costuri în special, dar si la unele elemente de natura tehnologica privind activitatile de mentenanta. În paralel cu acestea sunt necesare si activitati de pregatire a personalului si a logisticii aferente pentru asigurarea mentenantei la autospecialele noi care desi putine, acestea exista în înzestrarea inspectoratului.
1.3 Strategia actuala de mentenanta a autovehiculelor destinate interventiei în situatii de urgenta
Chiar daca diversitatea parcului nu este prea mare, uzura pronuntata a acestuia precum si starea de operativitate cvasipermanenta a lui fac ca activitatile de mentenanta, cu deosebire a autospecialelor, sa se execute cu unele dificultati. Daca la cele de mai sus se mai adauga si o finantare insuficienta în domeniu se poate aprecia ca respectivele activitati se desfasoara cu mari greutati.
Acesta este principalul motiv pentru care în prezenta teza se încearca gasirea unor proceduri relativ simple, de scurta durata, dar satisfacatoare, prin care sa se poata estima starea de uzura a motoarelor care echipeaza majoritatea autospecialelor de stins incendii.
Mentenanta autovehiculelor destinate interventiei în situatii de urgenta, asa cum este prezentata în actele normative în vigoare în prezent, cuprinde doua mari categorii de lucrari:
1. lucrari de asistenta tehnica;
2. lucrari de reparatii.
Asistenta tehnica a autovehiculelor este definita ca totalitatea verificarilor, operatiilor de întretinere si lucrarilor periodice care se executa cu scopul de a preîntâmpina si înlatura defectiunile si dereglarile mecanismelor si ansamblelor componente, pentru mentinerea acestora în stare operativa un timp cât mai îndelungat si folosirea lor în deplina siguranta si cu maxima eficienta.
Repararea autovehiculelor este definita ca totalitatea lucrarilor ce se efectueaza pentru restabilirea, în cel mai scurt timp, a starii tehnice a autovehiculelor defecte sau deteriorate, la nivelul conditiilor tehnice stabilite.
În prezent lucrarile de mentenanta se executa conform prevederilor a doua acte normative:
a) „Norme tehnice privind exploatarea, întretinerea, repararea, scoaterea din functiune, declasarea si casarea autospecialelor, aparaturii, mijloacelor si echipamentelor de prevenire si stingere a incendiilor”, pentru autovehiculele de interventie din urmatoarele grupe: de lucru cu apa si spuma, de lucru cu pulberi, de lucru cu jet de gaze arse, pentru evacuarea fumului, gazelor si de luminat si pentru interventie si salvare de la înaltimi;
b) „Normativele tehnice privind înzestrarea unitatilor Ministerului Administratiei si Internelor cu mijloace de transport, exploatarea si repararea acestora”, pentru celelalte grupe de autovehicule de interventie, cum ar fi: autospeciale stat major, autospeciale control tehnic de prevenire a incendiilor, autocamioane de interventie etc.
1.3.1. Sistemul de mentenanta al autovehiculelor de interventie conform “Normelor tehnice privind exploatarea, întretinerea, repararea, scoaterea din functiune, declasarea si casarea autospecialelor, aparaturii, mijloacelor si echipamentelor de prevenire si stingere a incendiilor”
Lucrarile de asistenta tehnica, au caracter preventiv, planificat si obligatoriu, lucru ce implica urmarirea executarii lor neconditionat, la îndeplinirea normelor de timp (rulaj) stabilite. In cadrul lucrarilor de asistenta tehnica sunt incluse doua categorii de operatii:
a) operatii de întretinere, prin care se asigura îngrijirea curenta a autovehiculelor în scopul mentinerii lor în stare normala de functionare si curatenie pe timpul exploatarii;
b) operatii preventive, care descopera si înlatura la timp eventualele defectiuni de ordin functional si uzuri fizice ale pieselor, pentru evitarea oricaror ramâneri în pana pe timpul utilizarii la interventii.
Operatiile de întretinere si cele preventive, periodicitatea executarii lor, precum si personalul care le executa sunt prezentate în detaliu în teza.
In prezent, introducerea în reparatie, conform normativelor în vigoare, se face cel mai târziu la aparitia uzurilor maxime admisibile, stabilite în documentatiile tehnice, deoarece exploatarea mijloacelor respective dupa aparitia unor uzuri avansate este apreciata ca neeconomicoasa si chiar periculoasa sub aspectul sigurantei în functionare.
Reparatiile se executa de regula, dupa îndeplinirea normelor de functionare, stabilite diferentiat pentru fiecare tip de produs, pe baza recomandarilor facute de întreprinderile constructoare si a experientei acumulate pe timpul exploatarii autovehiculelor în conditii specifice activitatii de prevenire si stingere a incendiilor.
Activitatea de reparatii se organizeaza si se desfasoara pe baza planului anual de asistenta tehnica si reparatii întocmit la nivelul unitatii.
v reparatii periodice;
v reparatii generale;
v reparatii capitale.
Periodicitatea lucrarilor de reparatii care se executa la autovehiculele de interventie este prezentata în detaliu în teza.
Necesitatea reparatiilor se stabileste de catre seful serviciului logistic la propunerea sefului de garaj, pe baza starii tehnice reale a autovehiculelor, având în vedere normele de functionare aferente fiecarei categorii de reparatii.
Reparatiile capitale si reparatiile generale se executa în cadrul Bazei de Reparatii a Tehnicii de Interventie sau în alte unitati specializate din economia nationala, în limita fondurilor financiare aprobate. Reparatiile periodice mici si reparatiile accidentale se executa în atelierele proprii ale unitatilor.
1.3.2. Sistemul de mentenanta al autovehiculelor de interventie conform “Normativului privind asigurarea tehnica de autovehicule a unitatilor Ministerului Administratiei si Internelor”
Normativul tehnic privind asigurarea tehnica de autovehicule a unitatilor Ministerului Administratiei si Internelor stabileste urmatoarele lucrari de întretinere:
a) întretinerea tehnica (ITZ);
b) ziua de verificare si întretinere a tehnicii (ZVITA)
c) revizia tehnica 1 (RT 1);
d) revizia tehnica 2 (RT 2).
Periodicitatea executarii acestor lucrari ca si personalul care le executa este prezentata în detaliu în teza.
Din cele prezentate mai sus se pot desprinde cu usurinta câteva concluzii privitoare la starea generala a parcului existent de autovehicule din dotarea Inspectoratului General pentru Situatii de Urgenta:
în mod deosebit autospecialele de stins incendii prezinta uzuri pronuntate si nu corespund din punct de vedere tehnic decât partial cerintelor actuale;
mentinerea acestor autovehicule în utilizarea curenta se face cu mari cheltuieli, în special pe zona de mentenanta a acestora;
reglementarile actuale în special din zona mentenantei nu mai corespund tehnologiilor moderne;
pentru a mai mentine în stare operationala actualul parc, pâna ce el treptat va fi înlocuit, sunt necesare unele modificari organizatorice si de natura tehnologica;
de pe acum sunt necesare eforturi care sa permita ca operatiunile de mentenanta ce urmeaza a se efectua la noile autovehicule care intra deja în parcul inspectoratului, sa se execute în special prin metode de diagnosticare preventiva.
Având în vedere aceste concluzii de baza, lucrarea îsi se propune câteva scopuri cum sunt cele care urmeaza:
analiza succinta a fiabilitatii si a actualului sistem de mentenanta, luând în considerare autospecialele de stins incendii produse în tara noastra;
propunerea unor îmbunatatiri a reglementarilor în domeniul organizarii si desfasurarii lucrarilor de mentenanta;
demonstrarea teoretica si în special prin încercari experimentale prelucrate cu produse software actuale, privind posibilitatea estimarii prin proceduri simple si la îndemâna echipajului autospecialei, a starii tehnice a motorului de tractiune a acesteia
2. Sisteme si strategii de mentenanta utilizate frecvent în domeniul automobilelor
activitati de mentenanta de nivel 1
activitati de mentenanta de nivel 2
activitati de mentenanta de nivel 3
a. Activitati de mentenanta de nivel 1
b. Activitati de mentenanta de nivel 2
c. Activitati de mentenanta de nivel 3
3.1 Elemente generale
Mentenanta este considerata de mult timp ca un rau necesar. Interesul mentenantei se bazeaza pe faptul ca defectiunea reprezinta un lucru negativ, nedorit si ca ea trebuie înlaturata cu orice pret. Pentru autovehiculele de interventie, a caror capacitate de interventie trebuie mentinuta permanent la cote apropiate de cele maxime, se pune problema identificarii unor minime lucrari de mentenanta care sa asigure performantele autovehiculului. De asemenea aici trebuie avut în vedere si asigurarea securitatii personalului care deserveste instalatiile acestuia.
Majoritatea lucrarilor de specialitate trateaza mentenanta din punctul de vedere al unor unitati de productie si mai putin din cel al unor unitati de utilizare (exploatare) [B2, B3, B4, B6, B7, C10, C11, C12, C13, C14, C16, G2, H4].
Mentenanta bazata pe fiabilitate este un instrument care permite optimizarea actiunilor de mentenanta. Criteriile avute în vedere sunt în general securitatea, disponibilitatea si costurile mentenantei.
Aplicarea demersului mentenantei bazate pe fiabilitate poate provoca o scadere a activitatilor de mentenanta preventiva, carora le pot lua locul activitatile de mentenanta corectiva, cu implicatiile corespunzatoare asupra elementelor organizatorice, de resurse umane si financiare.
Termenul de fiabilitate este definit în STAS 8174/1-74 ca fiind aptitudinea unui produs de a-si îndeplini functia specificata, în conditii date si de-a lungul unei durate date.
În strânsa legatura cu fiabilitatea este definita si mentenabilitatea ca aptitudinea unui produs, în conditii de date de utilizare, de a putea fi mentinut sau restabilit în starea de a-si îndeplini functia specificata, atunci când mentenanta se efectueaza în conditii date, cu procedee si remedii prescrise [XX14, XX15].
O alta notiune aflata în strânsa corelatie cu primele doua este disponibilitatea, care conform STAS 8174/3-77 este aptitudinea unui produs de a-si îndeplini functia specificata, la un moment dat sau într-un interval de timp dat.
Indicatorii de fiabilitate sunt definiti în STAS 10307-75, în care se prezinta si formulele de calcul teoretic si de estimare statistica pentru acestia. În cazul încercarilor efectuate pe parcurs prin parametrul timp se întelege rulajul parcurs, exprimat în kmEC (kilometri echivalenti cumulati).
Din punct de vedere al teoriei fiabilitatii autovehiculul reprezinta un sistem complex, cu numeroase subsisteme structurate predominant în serie, motiv pentru care defectarea unei singure verigi importante întrerupe starea de functionare a autovehiculului. Considerat în ansamblu autovehiculul este un sistem reparabil, dar multe din sistemele lui sunt nereparabile, astfel ca în caz de defectare trebuiesc înlocuite. Din aceasta cauza, atât unii indicatori de fiabilitate, cât si metodele de încercare apar sub aspecte diferite, dupa cum se refera la autovehicul ca un tot sau la componentele acestuia.
Cel mai intuitiv indicator pentru aprecierea fiabilitatii unui autovehicul este timpul (rulajul) mediu de functionare între doua defectari constructive „m”; în cazul componentelor nereparabile acest indicator devine timpul (rulajul) mediu de functionare pâna la defectare. Acest indicator are semnificatie concreta atât în faza de fabricare cât si în cea de utilizare a autovehiculului si se poate determina pe baza datelor de evidenta a defectarilor survenite în timp, în raport cu rulajul efectuat.
Un element de baza în determinarea indicatorilor de fiabilitate îl reprezinta functia de repartitie a timpului de functionare. Una din cele mai convenabile si mai utilizate legi de repartitie în domeniul autovehiculelor este legea lui WEIBULL. În varianta biparametrica [I4], legea este exprimata cu ajutorul relatiei:
în care:
t - este parametrul timp în sensul mai larg (ore, kilometri, cicluri) ;
- parametrul de
forma a modelului (valoare constanta) ;
- parametrul de
scara (valoare constanta).
Pornind de la relatia (3.1) rezulta urmatorii indicatori de fiabilitate în cazul repartitiei Weibull biparametrice:
rata (intensitatea) de defectare:
media timpului de functionare, care pentru situatiile când repararea poate fi asimilata cu înlocuirea, reprezinta valoarea medie a timpului de functionare între doua defectari succesive (MTBF):
unde 
este functia
gamma a lui Euler.
Constantele 
si 
ale repartitiei
Weibull, corespunzatoare unui set de rezultate experimentale, se pot
determina analitic sau utilizând diagrama probabilistica Weibull. În cele
ce urmeaza s-a utilizat numai metoda analitica, aceasta prezentând o
acuratete si o grafica net superioare metodei grafice.
Culegerea datelor se va face în conformitate cu STAS 10911-77.
Având în vedere ca unul din elementele posibile ale unui program de fiabilitate îl constituie încercarile de fiabilitate voi efectua o încercare de determinare a fiabilitatii operationale pe trei loturi de autovehicule de interventie. Informatiile vor fi culese de la autospeciale de lucru cu apa si spuma folosite în actiuni de stingere a incendiilor de orice natura si salvari de persoane.
Se are în vedere analiza defectarilor care pot conduce la situatia în care autospeciala de stins incendiu:
3.3.2 Estimarea parametrilor modelului Weibull
Se considera forma modelului biparametric [I4]. Initial se procedeaza la estimarea parametrilor b si l
În vederea liniarizarii se aplica operatia de dubla logaritmare relatiei (3.1) si prin aplicarea metodei celor mai mici patrate (MCMMP) rezulta în final:
Parametrul
rezulta din
relatia (3.8):
În relatiile (3.6-3.7) toate sumele se calculeaza în limitele 1 la n, unde n reprezinta numarul de evenimente din setul de date analizat.
3.3.3 Pregatirea datelor pentru prelucrare
Pentru culegerea datelor primare s-a utilizat un model de „Fisa de urmarire în exploatare”, respectând recomandarile din STAS 10911-77 privind continutul raportului de exploatare. Pe baza acestor informatii s-a întocmit raportul de încercare în conformitate cu STAS R12007/1-81.
În Tab.3.4 se prezinta rulajul cumulat, exprimat în kmEC, parcurs pâna la defectare de autospecialele avute în observare, precum si un set de date pentru autocamioane echipate cu acelasi motor. Autospecialele precum si autocamioanele au fost considerate ca ansamblu.
Rulajul cumulat, în kmEC, parcurs pâna la defectare de autospecialele avute în observare, precum si un set de date pentru autocamioane echipate cu acelasi motor, ca si valorile pentru motoarele autovehiculelor avute în observare, este prezentat în detaliu în teza.
Fig.3.1 - Repartitia defectiunilor pe grupe constructive
În scopul sustinerii celor prezentate mai sus, s-a efectuat si o analiza a unui set de autocamioane, care fata de autovehiculele de interventie au un regim de utilizare mai putin sever. si în cazul autocamioanelor a rezultat ca grupa motor prezinta cele mai frecvente defectari. De asemenea se poate remarca ponderea relativ mare a grupelor motor si pornire, dar si o crestere si o grupare a defectiunilor pe transmisie, alimentare si racire, fata de cele constatate la autovehiculele de interventie. Aceasta se datoreaza si misiunilor specifice de transport.
3.3.4 Estimarea indicatorilor de fiabilitate
Pentru determinarea indicatorilor de fiabilitate
se pleaca de la estimarea parametrilor modelului Weibull, pentru început în
varianta biparametrica. În acest scop a fost elaborat un program
sursa MATLAB, care pe lânga valorile respectivilor parametrii
realizeaza si grafica functiilor în cauza. Valorile respectivilor
parametrii (
si ) sunt înscrise direct pe grafice, la fel ca valoarea MTBF. Ulterior va fi avuta în
vedere si varianta triparametrica a modelului.
În ceea ce priveste activitatea de reparatii care se executa centralizat, din analiza efectuata pe baza datelor existente se observa ca în perioada anilor 1992-2005 necesarul de lucrari nu a putut fi acoperit decât într-o foarte mica masura (maxim 17 %). Aceasta se datoreaza atât lipsei capacitatilor de reparatii proprii, cât si nealocarii fondurilor necesare executarii lucrarilor în ateliere specializate din economie. Peste toate acestea îsi pune bineînteles amprenta si sistemul de mentenanta folosit, prin periodicitatea lucrarilor planificate.
5.3 Actele normative
Schimbarea sistemului de mentenanta ar aduce si în acest domeniu modificari, începând cu categoriile de lucrari ce se executa, continuând cu tehnologiile de executie, care în prezent aproape lipsesc si terminând cu normele de dotare a atelierelor de asistenta tehnica si reparatii.
6. Cercetari experimentale
6.1 Probleme generale
Dupa cum a rezultat din capitolul trei al tezei, motorul autospecialei pentru interventie în caz de incendiu este foarte solicitat din punct de vedere dinamic si termic. Drept consecinta el prezinta si cele mai frecvente defectiuni care nu pot fi remediate de catre echipaj la locul de interventie.
Uzurile cele mai frecvent întâlnite sunt cele ale grupului piston-cilindru, sesizabile în general prin diminuarea puterii furnizata de catre motor organelor de transmisie si propulsie.
Sunt cunoscute mai multe metode de determinare a nivelului de uzura a grupului piston-cilindru [A3, B2, G6, H1, H2, I5, M2, N3, S4]. În lucrare se propune o procedura foarte simpla de determinare a respectivului parametru, anume masurarea timpului de demaraj, cu plecarea de pe loc în treapta doua, pâna la parcurgerea unui spatiu de 40 m. Respectiva masurare sta la îndemâna echipajului autospecialei. A fost aleasa aceasta distanta din considerentul ca pentru parcurgerea ei este necesar un timp mediu de 10-11 secunde, asa cum se va vedea la analiza si prelucrarea rezultatelor înregistrate experimental. Tot cu aceasta ocazie se va observa ca în mod practic cresterea acceleratiei autospecialei are loc în medie pe circa primele 5 secunde dupa plecarea de pe loc, dar atât timpul mentionat cât si spatiul, evident mai mic, se masoara mai greu în teren.
Demarajul trebuie sa aiba loc pe un drum asfaltat, în stare buna si cât mai orizontal cu putinta. Conditiile impuse pentru demaraje ca probe experimentale nu sunt greu de realizat în oricare unitate de pompieri. Având în vedere ca acestea se executa pe distante foarte scurte, nu sunt prea costisitoare din punctul de vedere a consumului de carburanti. Nici marimea spatiului nu este prohibitiv.
În lucrare se va demonstra ca masurarea timpului de parcurgere a spatiului mentionat va permite formularea unei concluzii suficient de pertinenta referitoare la starea tehnica a grupului piston-cilindru. În acest scop se va face o analiza complexa a dinamicii longitudinale a autovehiculului, considerând demarajul acestuia cu plinul de apa pentru stingerea incendiilor asigurat complet sau la demarajul autospecialei goala.
Pentru o analiza completa a dinamicii longitudinale trebuie cunoscute o serie de constante ale autovehiculului precum si minimum trei fisiere care caracterizeaza parametrii de miscare în timp a acestuia. Aceste fisiere trebuie sa contina date digitale care caracterizeaza variatia în timp a:
turatiei motorului de tractiune;
pozitiei comenzii pompei de injectie;
vitezei absolute de deplasare a autovehiculului.
Pentru realizarea acestor fisiere autovehiculul a trebuit sa fie echipat cu traductoare de masurare corespunzatoare, care vor fi descrise sumar în cele ce urmeaza.
6.2 Echiparea autospecialelor pentru probe pe sosea
Traductoarele de masurare utilizate sunt plasate pe autospeciala asa cum se poate observa în Fig.6.1. Echiparea autospecialelor s-a facut cu aparatura existenta în laboratoarele Catedrei de Autovehicule Militare si Logistica din cadrul Academiei Tehnice Militare.
Pentru testari au fost utilizate doua autospeciale R12215, prima cu un rulaj de 21,421 kmEC, considerata ca având starea tehnica buna si a doua cu un rulaj de 22,673 kmEC, relativ în aceiasi stare. Scopul unei astfel de alegeri a fost acela de a se vedea daca totusi poate fi facuta decelarea între doua motoare care au fost solicitate aproximativ la fel. Fiecare dintre ele a fost testata în varianta goala, când a avut masa de 12,500 kg si în varianta plina cu apa, când a avut masa totala de 21,500 kg.
Fig.6.1 – Dispunerea pe autospeciala a traductoarelor de masurare
Masurarea cursei cremalierei pompei de injectie s-a executat cu ajutorul unui traductor de tip potentiometric, de constructie „ruleta”, amplasat pe timoneria de comanda a pompei (Fig.6.2).
Fig.6.2 – Amplasarea traductorului pentru masurarea deplasarii
cremalierei pompei de injectie
Pentru masurarea vitezei absolute a fost utilizata o instalatie „roata a 5-a” (Fig.6.3). Respectiva roata a actionat un traductor de turatie, asa cum se observa în figura, identic cu cel utilizat pentru masurarea turatiei motorului.
Fig.6.3 – Dispunerea pe autospeciala a „rotii a 5-a”
Masurarea turatiei motorului s-a executat cu traductorul de turatie, actionat de cablul de antrenare a turometrului de bord (Fig.6.4).
Cu precizarile de mai sus lantul de masurare utilizat are configurarea schematica din Fig.6.5.
Fig.6.5 – Configurarea de ansamblu a lantului de masurare
În Fig.6.6 este reprodusa partial dispunerea pe autospeciala a aparaturii utilizate la achizitia datelor experimentale.
Fig.7.7 – Autocorelarea datelor din seria dinamica
a vitezei absolute (proba A2P2)
Valoarea coeficientilor de autocorelatie a seriilor dinamice ale vitezei absolute a autospecialelor, serii dinamice obtinute în procesul de demaraj, cu plecarea de pe loc, în etajul 2, este unitara pentru toate probele. Acest fapt confirma o corecta instrumentare, achizitie a datelor si o corecta filtrare a lor.
De asemenea, mai trebuie precizat faptul ca existenta unor autocorelari temporale bune asigura garantia utilizarii în calcule de dinamica statistica a expresiilor functiilor de autocorelatie si a modelelor matematice stabilite, ce descriu dinamica autovehiculului.
Proprietatile statistice a doua procese aleatoare X(t) si Y(t) sunt caracterizate de functia de intercorelatie (functia de corelatie mutuala), notata Rxy(t1,t2), care pentru fiecare pereche de valori arbitrar aleasa a argumentelor t1 si t2 se determina cu ajutorul expresiei:
(7.13)
în care x(t) si y(t) reprezinta oricare doua realizari, una a procesului aleator X(t) si cealalta a procesului Y(t), problema fiind aceeasi pentru doua serii dinamice deterministe.
Functia de intercorelatie caracterizeaza legatura statistica dintre doua procese aleatoare X(t) si Y(t) la diferite momente de timp, aflate unul fata de celalalt la departarea t. Valoarea Rxy(0) caracterizeaza aceasta legatura la acelasi moment de timp. Daca procesele aleatoare X(t) si Y(t) sunt independente statistic si au valorile medii nule, atunci functia lor de intercorelatie este zero; afirmatia inversa nu este totdeauna adevarata. Aspectele sunt valabile si pentru doua serii dinamice deterministe.
În mod similar, daca cele doua procese aleatoare (doua serii dinamice) au medii nule, atunci se obtine functia de intercovarianta Cxy (functia de covarianta mutuala).
Cele prezentate la functia de autocorelatie ramân valabile si aici; asadar, daca graficul functiei de intercorelatie este simetric fata de originea timpului discret si tinde lent catre valoarea medie, respectiv valoarea nula, atunci exista o buna intercorelare temporala a datelor experimentale.
În Fig.7.10 este prezentat graficul care reprezinta valorile coeficientului de intercorelatie între viteza absoluta si turatia motorului pentru toate probele de demaraj numai în etajul 2.
Analiza spectrala a datelor experimentale
Analiza spectrala a datelor include analiza în frecventa, analiza de coerenta si analiza în timp-frecventa a acestora.
Analiza în frecventa a datelor experimentale reprezinta o extindere a analizei seriilor dinamice experimentale. În principal ea asigura urmatoarele [G9, S7, T3]:
stabilirea componentelor armonice cu aport energetic ridicat din seriile dinamice experimentale, adica a acelor armonici care au rol important în dinamica autovehiculului (seria Fourier fiind teoretic infinita);
compararea comportarii în domeniul frecventei pentru diferite conditii de deplasare ale autovehiculului;
determinarea frecventei de esantionare în vederea stabilirii modelelor matematice ce descriu comportarea în regim dinamic în timp continuu a autovehiculului (a ecuatiilor diferentiale);
evidentierea caracterului neliniar al comportarii în regim dinamic a autovehiculului.
În mod uzual, în literatura de specialitate din domeniul autovehiculelor se utilizeaza analiza monospectrala a datelor. Deoarece în lucrarea de fata se urmareste si evidentierea neliniaritatilor care însotesc functionarea autovehiculelor, se vor aborda si probleme de analiza bispectrala a datelor.
7.2.1 Analiza monospectrala a datelor
În acest caz datele experimentale se prelucreaza prin aplicarea transformatei Fourier clasice. Prin aceasta, se adopta doua ipoteze simplificatoare: se apreciaza ca autovehiculul constituie un sistem liniar si se efectueaza analiza spectrala a seriilor dinamice experimentale considerate stationare, deci inclusiv cu spectrul de frecvente invariabil în timp. În cadrul lucrarii de fata ambele ipoteze vor fi eliminate, prima prin aplicarea analizei bispectrale, iar a doua prin utilizarea analizei în timp-frecventa.
Fig.7.11 – Spectrul de putere relativ si rezultatul filtrarii
trece-jos a vitezei absolute (proba A1P3)
În Fig.7.11a se prezinta spectrul de putere relativ (valorile curente împartite la cea maxima) pentru viteza absoluta a autospecialei la proba A1P3.
Prin utilizarea toolbox-ului „magnify”, în partea din
dreapta a Fig.7.11a, se prezinta un detaliu prin care s-a putut stabili
mai precis frecventa de esantionare la care se obtine o
plaja admisa de 3 % ; în cazul concret 
. Daca respectiva frecventa este mai mare nu
exista nici un impediment, cu conditia sa nu apara
fenomenul de „antiliassing”.
7.2.2 Analiza polispectrala a datelor
În practica a fost dovedit faptul ca sistemele tehnice sunt preponderent neliniare si ca în seriile dinamice experimentale, care redau anumite procese care apar la functionarea acestora, apar inerent zgomote generate de aparatura de masurare, traductoarele încorporate etc. Din aceste motive a aparut necesitatea folosirii si a altor tehnici de investigare decât transformata Fourier clasica si anume a analizei polispectrale a datelor.
Analiza polispectrala utilizeaza momente statistice de ordin superior si consta în generalizarea autocorelatiei seriilor dinamice, prin folosirea cumulantilor, care reprezinta combinatii neliniare ale acestor momente.
Cea mai importanta consecinta a existentei unei componente neliniare în datele experimentale o constituie necesitatea ca dinamica autovehiculului sa fie descrisa si de modele matematice neliniare.
8. Stabilirea modelelor matematice
pe baza datelor experimentale
8.1 Probleme generale
Este dovedit practic ca autovehiculele se utilizeaza într-o plaja foarte mare de regimuri functionale. De aceea, oricât de mare ar fi amploarea cercetarilor experimentale, nu pot fi surprinse toate situatiile posibile de functionare în care acestea se pot gasi în timpul utilizarilor.
Din aceste motive, dinamica oricarui ansamblu sau subansamblu a autovehiculului se trateaza dupa o metodologie conforma cu teoria sistemelor. Aceasta abordare utilizeaza ecuatia de functionare a sistemului analizat, caruia i se aplica la intrare aceleasi tipuri de marimi si se determina raspunsul acestuia în timp, în frecventa si în timp-frecventa; se obtin astfel performantele dinamice ale sistemului. În acest mod se asigura compararea performantelor a doua autovehicule de acelasi tip, daca acestea sunt perturbate cu aceleasi marimi la intrare. Din acest unghi trebuie privita si încercarea din lucrarea de fata. Analiza si interpretarea rezultatelor se efectueaza având la baza multe elemente si tehnici actuale din teoria si identificarea sistemelor precum si algoritmi de calcul specifici.
La stabilirea modelului matematic au fost avute în vedere mai multe ipoteze simplificatoare, cum sunt:
nu exista patinari în ambreiajul autospecialei;
lipsesc alunecarile dintre propulsor si sol;
pedala de comanda a ambreiajului autospecialei se elibereaza instantaneu.
Utilizând modelul matematic este posibila obtinerea unor predictii, care reprezinta o simulare prin care se încearca reproducerea unui proces de un anumit numar de ori, în conditii identice de desfasurare
Pentru calcule sunt necesare:
seriile de date ale marimilor de intrare si iesire rezultate din determinari experimentale anterioare;
modelul matematic al procesului, obtinut printr-o metoda (toolbox) de identificarea a sistemelor;
orizontul de predictie; el stabileste de câte ori se reproduce procesul.
Pe parcursul capitolului sunt utilizate cele mai reprezentative toolbox-uri de identificare a sistemelor din cele multe care sunt utilizate în prezent [A1, C6, D1, D3, D4, F4, H3, K1, L4-7, N1, P1, Q1, XX4].
În prezent, procedeul când initial se elaboreaza un model matematic si apoi prin testari experimentale se constata gradul de concordanta dintre acestea si model, este pe cale de a fi abandonat. Principalul motiv consta în faptul ca elaborarea unui model sofisticat devine foarte laborioasa si deseori implica adoptarea a prea multe ipoteze simplificatoare, care altereaza mai mult sau mai putin rezultatele.
În cadrul acestui capitol se urmareste în mod deosebit demonstrarea faptului ca practic se pot aplica o serie de algoritmi care permit stabilirea de modele matematice credibile, care sa justifice o metoda simpla, la îndemâna organelor tehnice de specialitate, sa predictioneze, cu o probabilitate suficient de ridicata, gradul de uzura al grupului piston-cilindru a motorului autospecialei de stins incendii. Pe baza modelarii matematice, asa cum se va demonstra în 9, va rezulta un anumit grad de încredere în valoarea timpului care se masoara în procesul de demaraj pe o distanta de 40 m, în baza caruia sa se poata predictiona gradul de uzura a motorului de tractiune a autospecialei.
8.2 Serii dinamice discrete. Autoregresii
Datele experimentale constituie serii discrete finite carora de regula nu li se poate stabili o expresie a termenului general. Din acest motiv în domeniul discret se apeleaza la relatii de recurenta si la regresii. O serie experimentala discreta se poate exprima sub o forma generala, de exemplu pentru o marime oarecare x:
Dupa cum se constata, valoarea curenta a marimii x se exprima în functie de valorile din trecut ale acesteia. Relatia (8.1) poate fi o recurenta liniara sau neliniara; fiecare termen al expresiei (8.1) constituie un regresor.
În plus, pe grafic sunt prezentati coeficientii ai ai autoregresiilor, precum si eroarea COV obtinuta din recurenta.
8.3 Modele matematice liniare
Pentru studiul teoretic al dinamicii autovehiculului trebuie stabilit mai întâi modelul matematic care descrie functionarea acestuia în conditiile existentei unor perturbatii impuse din conditiile de utilizare sau apreciate de catre specialist.
La stabilirea modelului matematic se adopta însa unele ipoteze simplificatoare si se fac aproximatii asupra parametrilor sistemului analizat, ceea ce conduce la descrieri matematice incomplete (asa-numita dinamica neglijata) si la îndepartari fata de realitate. Pentru a se elimina aceste neajunsuri, în mod frecvent stabilirea modelului matematic se prefigureaza teoretic si se definitiveaza pe baza datelor obtinute la încercarile experimentale.
Cu problematica stabilirii modelului matematic pe baza datelor experimentale se ocupa identificarea sistemelor (proceselor); modelele matematice obtinute pot fi liniare sau neliniare, discrete (ecuatii cu diferente) sau continui (ecuatii diferentiale), parametrice (expresii analitice) sau neparametrice (grafice).
În lucrarea de fata vor fi prezentate succint modele parametrice liniare si neliniare, în domeniul discret si în cel continuu [C5-C7, C1, F2, U1].
Pentru un sistem SISO (Single Input Single Output), cu marimea de iesire y si cu marimea de intrare u (ambele masurate, deci cunoscute), recurenta (8.1) ia urmatoarea forma generala:
(8.5)
unde 
.
Pentru un sistem MISO (Multiple Input Single Output), cu marimea de iesire y si cu variabilele de intrare u si u toate trei fiind masurate, recurenta (8.1) devine:
În schema structurala din Fig.8.3 sunt prezentate marimile de intrare si de iesire, functiile de transfer aferente si este aplicat principiul superpozitiei (principiul suprapunerii efectelor), propriu sistemelor liniare:
(8.15)
în care apar marimile respective si functiile de transfer corespunzatoare, explicitate în schema din Fig.8.3.
Se vor exemplifica în continuare algoritmii de identificare a sistemelor prin stabilirea unor modele matematice pe baza datelor experimentale obtinute la încercarile în teren a autospecialei de stins incendii.
Pentru început se va stabili ecuatia diferentiala care exprima variatia în timp a vitezei de deplasare a autovehiculului V în functie de pozitia pedalei de acceleratie x , la proba A2P3, adoptând un model matematic parametric liniar cu ajutorul algoritmului de identificare ARMAX. La acesta, se adopta ordinul optim al ecuatiei cu diferente, adica cel care asigura minimizarea functiei obiectiv (8.8). Trebuie remarcat ca identificarea asigura si cea mai adecvata structura a modelului matematic al dinamicii autovehiculului.
Conform rezultatelor obtinute prin executia toolbox-ului „n4sid”, respectivul ordin este 2 (s-au ales na = 2; nb = 2; nc = 1; nk = 0).
Cu aceste precizari se executa ARMAX cu „Identificarea sistemelor” din Matlab. Rezultatele sunt prezentate în Fig.8.5. Pe grafic sunt redati si coeficientii functiei de transfer, în cele doua situatii discret (argument z) si continuu (argument s).
Pe baza coeficientilor din Fig.8.5, se pot scrie functiile de transfer, ecuatia cu diferente si ecuatia diferentiala ce descriu dinamica autospecialei în cazul probei A2G3.
Plecând de la valorile coeficientilor care sunt afisati implicit de catre toolbox-ul ARMAX, se poate obtine imediat ecuatia cu diferente (8.19) precum si ecuatia diferentiala (8.20).
(8.22)
Pentru
stabilirea modelului matematic al dinamicii autospecialei care implica
si stabilirea vitezei absolute 
în functie de
pozitia pedalei de acceleratie 
si de
turatia motorului n, se considera proba A2P4. Fiind
doua marimi de intrare se utilizeaza relatia valabila
pentru un sistem MISO, unde coeficientii B1 apartin turatiei, iar B2 sarcinii motorului, rezultatul identificarii
fiind prezentat în Fig.8.7.
Ca si în cazurile anterioare, în grafic sunt prezentati coeficientii descrierii matematice în domeniul discret (cu argumentul z) si în cel continuu (cu argumentul s), precum si eroarea de modelare când se considera rezidualul.
Conform
Fig.8.7, ecuatia diferentiala care ofera valorile vitezei
absolute în functie de pozitia
a pedalei de
acceleratie si de turatia motorului 
, respectiv derivatele acestora, în cazul probei A2P4, este:
(8.23)
Eroarea de modelare (identificare), în cazul de mai sus a fost considerata eroarea la norma 2. Este de observat valoarea, practic nula, a acesteia. Ca si în cazurile anterioare, identificarea s-a facut cu o precizie foarte ridicata. Acest fapt înseamna ca seriile dinamice experimentale, care au fost filtrate înainte de identificarea modelului respectiv, pot fi considerate veridice si corect filtrate
Este de mentionat faptul ca în identificare este important daca se utilizeaza sau nu rezidualul. Drept exemplu în Fig.8.8 se prezinta rezultatele simularii vitezei absolute a autospecialei în procesul de demaraj a acesteia în etajul 2, cu plecarea de pe loc, cu rezidual si fara rezidual. Este de observat ca eroarea COV este sensibil mai redusa atunci când se utilizeaza rezidualul.
Fig.8.8 - Identificarea cu si fara rezidual
Fig.8.10 – Erorile de simulare a vitezei absolute, fara considerarea rezidualului
În Fig.8.10 se prezinta o sinteza a simularii fara rezidual în cazul vitezei absolute a autospecialei, luând în considerare toate probele de demaraj a acesteia în etajul 2, cu plecarea de pe loc. În Fig.8.11 se prezinta o sinteza similara daca este luat în considerare si rezidualul.
Din Fig.8.11 se constata ca erorile de simulare sunt acceptabile la COV, de 0.42 % sau mai reduse, când se tine cont de rezidual, în timp ce (Fig.8.10) cu doar doua exceptii, respectivele erori COV, când nu se are în vedere rezidualul, nu pot fi considerate ca acceptabile.
Fig.8.11 - Erorile de simulare a vitezei absolute, când se tine cont de rezidual
Trebuie neaparat remarcat faptul ca erorile care rezulta în procesul de simulare, chiar daca se tine cont de rezidual, sunt mai mari în raport cu cele care au rezultat în procesul de modelare (identificare).
Modelele matematice neliniare sunt prezentate în detaliu în teza.
8.5 Modele matematice polinomiale
În acest caz modelele neliniare ce descriu dinamica autovehiculului se obtin în mod similar celor liniare, prezentate anterior la identificarea parametrica liniara. În consecinta, în cazul neliniar, algoritmii de identificare sunt corespondenti celor liniari. Spre exemplu, modelului parametric liniar ARMAX îi corespunde modelul parametric neliniar NARMAX (Neliniar AutoRegresiv cu Medie Alunecatoare controlat cu intrari eXogene). Modul de stabilire a ecuatiilor neliniare si determinarea erorii de identificare sunt similare celor din domeniul liniar.
Pentru un sistem neliniar, la care marimea de iesire y(t) si marimea de intrare u(t) se cunosc, constituind serii dinamice experimentale discrete, modelul parametric neliniar NARMAX are forma generala [C4, C8, D3, D4].
(8.24)
unde:
(8.25)
în care ny este limita superioara pentru sumarea factorilor în regresorii y(k-ni), iar nu constituie limita superioara pentru sumarea factorilor în regresorii u(k-ni).
În expresia (8.24), q(.) reprezinta vectorul
necunoscut al parametrilor, (q
este termenul liber), care se obtine pe baza datelor experimentale y(k).
În plus, se constata ca în cazul general fiecare termen de ordinul m poate contine un factor de
ordinul p în regresorii y(k-ni) si un factor de
ordinul (m-p) în regresorii u(k-ni);
de asemenea, se remarca faptul ca recurenta (8.25) contine
o suma de termeni neliniari în gama 
.
Fig.8.14 – Viteza absoluta functie de pozitia pedalei de acceleratie
model neliniar, proba A1P2
În Fig.8.14 este prezentat rezultatul identificarii cu un model neliniar a vitezei absolute a autospecialei, în conditiile prezentate pe grafic, unde sunt redati si coeficientii respectivi pentru o structura de model p*m = 2*1 în expresia generala (8.24); aceasta înseamna ca sunt un numar de coeficienti (p+1)*(m+1) = 3*2 = 6 (ca în Fig.8.14), ultimul fiind q
De asemenea, în Fig.8.14 sunt prezentate erorile de modelare în cazul modelului neliniar si al celui liniar; se constata ca nu se poate accepta un model liniar, eroarea de identificare la un model liniar de 52 % fiind mult prea mare.
În
plus, în partea inferioara a graficului este prezentata expresia
modelului polinomial neliniar ce descrie dinamica autospecialei în cazul probei
A1P2. Dupa cum se remarca, conform structurii adoptate a modelului,
exista un regresor curent 
(k) al marimii
de intrare – pozitia clapetei de acceleratie si un regresor
imediat anterior V(k-1) celui curent V(k) al marimii care
rezulta, adica viteza autovehiculului.
8.6 Modele matematice având la baza retele neuronale
În prezent retelele neuronale sunt foarte mult utilizate în identificarea si controlul sistemelor (proceselor) de orice tip. Folosirea frecventa a retelelor neuronale la procesele neliniare se justifica prin faptul ca au capacitatea de „autoorganizare (autoinstruire)”; din acest motiv se si spune ca retelele neuronale sunt cele ce definesc cel mai bine sistemele „inteligente”, ceea ce de altfel justifica si denumirea de „neuronal”, de la denumirea neuronului biologic.
În principiu, algoritmii care utilizeaza retele neuronale pentru stabilirea modelelor matematice (pentru identificarea sistemelor) sunt aceeasi ca cei proprii metodelor parametrice liniare; spre exemplu, corespondentul algoritmului ARMAX este NNARMAX (Neural Network AutoRegressive Moving Average with eXogenous Inputs).
Deosebirea esentiala dintre cele doua categorii de algoritmi este aceea ca retelele neuronale utilizeaza diversi algoritmi de învatare (autoinstruire), prezentând astfel flexibilitate în identificare (flexibilitate la variatia marimilor). Consecinta foarte importanta a acestei proprietati este ca la retelele neuronale coeficientii descrierilor matematice sunt variabili în timp (ca la functiile spline), nu constanti ca la modelele parametrice liniare.
Modelarea cu RN are o particularitate care consta în faptul ca la fiecare rulare a programului, fara ca datele de intrare a seriei dinamice analizate sa se modifice, rezultatele obtinute difera. Acest fapt are loc deoarece toolbox-ul care rezolva problema se „autoinstruieste” de la o rulare la alta.
Fig.8.20 – Rezultatul optimizarii TRAINLM, identificare
cu structura 5*5 (proba A1P1)
Optimizarea identificarii se poate face cu toolbox-ul TRAINLM, care pentru fiecare valoare de performanta aleasa, cicleaza un anumit numar de rulari (Fig.8.20).
Din analiza datelor se constata ca în general erorile de modelare COV sunt foarte mici ( de la 0.0000008 la 0.0009871) si practic pot fi acceptate pentru oricare dintre structuri. Trebuie facuta remarca ca valorile COV au fost determinate dupa prima rulare si în consecinta este de asteptat ca respectivele valori sa se modifice dupa alte rulari. Oricum, identificarea cu RN conduce la rezultate foarte bune din punct de vedere a calitatii identificarii.
Dupa prezentarea mai multor algoritmi de modelare (de obtinere a modelelor matematice) se poate pune întrebarea fireasca, la ce pot fi utile astfel de analize în cadrul prezentei teze ? Raspunsul este unul simplu; cu ajutorul modelelor se poate stabili cât este de realista metoda propusa de stabilire experimentala a parametrilor motorului de pe autospeciale prin încercari de demaraj în etajul 2, cu plecarea de pe loc.
Practic afirmatia anterioara se va demonstra în §9 în cadrul caruia se vor analiza incertitudinile (gradul de precizie, de siguranta) care apar în procedura de determinarea a timpului de demaraj a autospecialei, pe asfalt orizontal si în stare buna, pe spatiul de 40 m. În analiza incertitudinilor se utilizeaza algoritmul de identificare liniara (modelare) a sistemelor ARMAX, care a fost prezentat în mod detaliat în §8.3. Tot atât de bine se pot utiliza si alti algoritmi de identificare cum ar fi de exemplu cei de identificare care au la baza retelele neuronale.
8.7 Modelul matematic al autovehiculului aflat în miscare rectilinie
Se considera pentru început modelul cu o masa inertiala (modelul cu un volant), foarte mult utilizat în literatura de specialitate [G4, G5, P2, P3], dar care nu ia în considerare actiunea conducatorului auto (deci nu este o abordare sistemica), jocurile din elementele mecanice, elasticitatea arborilor si/sau amortizarea la rasucire (frecarea uscata si/sau vâscoasa), functionarea ambreiajului, patinarea rotilor etc.
Modelul matematic cu o masa inertiala este exprimat prin ecuatia diferentiala:
(8.28)
în care: v – viteza de deplasare; d – coeficientul maselor în miscare de rotatie; Ga – greutatea automobilului; it – raportul total de transmitere; ht – randamentul transmisiei; y – coeficientul total de rezistenta la rulare; Ra – rezistenta aerului; rr – raza de rulare; Me – momentul motor efectiv.
Dupa cum se constata din ecuatia (8.28), s-a avut în vedere ca automobilul este echipat cu transmisie mecanica, iar rezistentele la deplasare variaza în timp. S-a mai considerat ca ipoteze simplificatoare faptul ca lipsesc patinarile din ambreiaj si dintre pneu si sol. În consecinta viteza de deplasare este tocmai viteza absoluta a autospecialei.
Cu
datele cunoscute ale motorului D2156 HMN8 [XX16], au fost determinati
coeficientii caracteristicii statice prin modelarea acesteia sub forma
functionala printr-un polinom de gradul doi. Prin utilizarea comenzii
„mm2pdfit” din toolboxul Mastering al
programului de prelucrare Matlab, s-a obtinut expresia generala a
momentului static, având în ordine coeficientii 
si 
. Plecând de la respectivii coeficienti s-au calculat
caracteristicile statice ale motorului.
În Fig.8.25 este reprezentata caracteristica statica plana a momentului motorului D2156 HMN8.
În Fig.8.29 se prezinta demarajul teoretic al autospecialei executat în treapta II-a pâna realizeaza o viteza de 5-6 m/s, viteza care asigura o deplasare de cel putin 40 m. Se poate remarca o asemanare satisfacatoare cu graficul din Fig.8.7.
Având în vedere cele prezentate mai sus se constata ca dinamica longitudinala a automobilului trebuie descrisa de o ecuatie diferentiala cu coeficienti variabili.
La finalul acestui capitol pot fi formulate câteva concluzii, dintre care cele mai importante sunt:
modelul matematic poate fi util la analize diverse cum ar fi cele utilizate în cadrul analizei robuste, a analizelor privind incertitudinile care apar la achizitionarea seriilor dinamice experimentale a unor procese, etc. ;
în prezent sunt cunoscute si aplicate o multitudine de algoritmi precum si toolbox-uri adiacente care realizeaza identificarea. O identificare este cu atât mai performanta cu cât eroarea COV a acesteia este mai redusa. Unele toolbox-uri conduc la erori de identificare, practic apropiate de zero;
dintre modelele cele mai uzitate în prezent, se pot cita aici cele neliniare precum si cele care au la baza retelele neuronale. În cadrul acestora din urma are loc si o optimizarea a identificarii care se face cu toolbox-ul TRAINLM. Cu acest toolbox, pentru fiecare valoare de performanta aleasa, se realizeaza o ciclare a numarului de rulari pentru realizarea unei valori minime a erorii de identificare.
Validarea modelelor matematice
si analiza incertitudinilor
9.1 Elemente generale
Dupa cum se cunoaste solicitarea puternica a motorului de tractiune a autovehiculului apare în procesul de demaraj. Dintre parametrii care caracterizeaza acest proces complex, cel mai usor de masurat sunt timpul si spatiul de demaraj. Acestia vor fi avuti în vedere cu predilectie în continuare.
Pentru început în scopul obtinerii unor parametrii informativi, se executa o prelucrare simpla a mai multor serii dinamice care reprezinta acelasi proces de demaraj.
Acest gen de prelucrare sugereaza ca în practica sa se execute testari suficient de simple în urma carora sa se poata decela rapid starea tehnica, în special a motorului de tractiune. Stabilind valori suficient de precise pentru timpul de demaraj în etajul 2, cu plecarea de pe loc, urmata apoi de parcurgerea a 40 m, se pot face corelatii între respectivii timpi si starea tehnica a motorului de tractiune.
Asa cum se va observa în graficele care urmeaza, timpul de 11-12 s în care se parcurge un spatiu de 40 m, pare mare. Dar nu trebuie scapat din vedere faptul ca autovehiculul are o masa mare si o putere specifica a motorului mica.
Fig.9.3- Demaraj pe 40 m (probele A2G1-A2G4, autospeciala 2, goala)
valorile medii pentru cele doua autospeciale, o indica pe cea de a doua ca având un timp de demaraj mai scurt în raport cu prima ;
în cazul probelor individuale (nr.crt. 1-15) decelarea între cele doua autospeciale este destul de greu de facut. Totusi cea de a doua este favorita în raport cu prima;
Se poate formula totusi o concluzie preliminara, anume ca pentru rezolvarea în bune conditii a sarcinii propuse, este necesar sa se dispuna de o autospeciala noua, o autospeciala „etalon”.
Dupa cum se cunoaste, în studiul dinamicii autovehiculelor, a sistemelor reale în general, apar incertitudini de diferite tipuri. Astfel, valorile parametrilor constructivi sunt apreciate cu aproximatii si variaza pe timpul functionarii (de exemplu datorita uzurilor), iar perturbatiile din partea caii de rulare sunt necunoscute, ceea ce conduce la incertitudini si în aprecierea marimilor functionale; se poate spune deci ca în studiul dinamicii autovehiculului nimic nu se cunoaste cu precizie. Este suficient, de exemplu, sa se aminteasca faptul ca datele referitoare la masa autovehiculului, coeficientul aerodinamic, raza de rulare, suprafata frontala, rezistentele la deplasare, coeficientul maselor în miscare de rotatie, elasticitatea arborilor transmisiei si la altele sunt apreciate cu o anumita aproximatie, deoarece valorile reale nu sunt niciodata cunoscute precis.
În literatura de specialitate, dinamica autovehiculelor este descrisa de modele matematice mai simple sau mai complexe, în functie de scopul propus de catre cercetator. Astfel, daca se doreste o analiza simpla, atunci si modelul matematic va adopta mai multe ipoteze simplificatoare, iar rezultatele vor fi mai putin conforme cu realitatea. În schimb, atunci când se urmareste o abordare sistemica, o analiza calitativa a unui proces sau cu patrunderi în intimitatea fenomenologica a acestuia, modelul va avea un grad sporit de complexitate, dar totodata va creste amploarea incertitudinilor asupra adoptarii parametrilor modelului si din acest motiv este necesara o validare pe cale experimentala.
9.2 Studiul experimental al dinamicitatii în conditii de incertitudine (metode clasice)
În aceasta situatie se utilizeaza în mod nemijlocit datele experimentale si se au în vedere diferite incertitudini asupra marimilor functionale, aplicând concepte ale statisticii clasice. Conform acesteia, incertitudinile sunt luate în considerare prin diferite forme, cel mai adesea prin operarea cu intervale de încredere [Ţ1].
Dupa cum se cunoaste din statistica, cel mai frecvent se impune un nivel de semnificatie a = 0.05, adica se adopta nivelul de încredere de 95 %. Daca se considera o variabila oarecare x, cu mx si D constituind media si dispersia ca estimatori nedeplasati ai acesteia, atunci, intervalul de încredere, de exemplu pentru media m a marimii x (care are n valori), este data de probabilitatea:
(9.1)
sau, aplicând teorema limita centrala, de exemplu pentru o distributie normala:
(9.2)
Cum în cadrul tezei este avut în special în vedere demarajul autospecialei în etajul 2, cu plecarea de pe loc, analiza se concentreaza asupra marimilor de baza care-l caracterizeaza anume spatiul, viteza si acceleratia.
Daca se are în vedere viteza absoluta a autospecialei, existenta intervalelor de încredere pentru viteza medie (deci luarea în considerare a incertitudinilor asupra acesteia), conduce în mod evident la dinamicitati diferite. Astfel, de exemplu pentru proba A2G3 (Fig.9.7), intervalul superior este caracterizat de o dinamicitate superioara celei experimentale cu 10.24 %, iar cel inferior cu o înrautatire identica. Pentru aceasta proba, prin luarea în considerare a incertitudinilor, viteza medie nu constituie o singura valoare, ci se gaseste în plaja 3.372 – 3.544 m/s. Cele prezentate sunt reliefate în Fig.9.7, unde s-au utilizat definirea si aprecierea cantitativa a incertitudinilor din STAS 2872/1-86, aici cu 2s, unde s reprezinta abaterea medie patratica.
Fig.9.7 - Intervale de încredere în cazul 2s pentru viteza absoluta (proba A2G3)
Daca se doreste o apreciere si mai drastica a incertitudinilor, deci o situatie si mai acoperitoare privind dinamicitatea în conditii reale de utilizare, atunci se pot aplica plaje de valori 3s sau 4s .
Estimarea incertitudinilor precum si analiza principalelor urmari care le genereaza se face în scopul de a se pregati precum si de a executa masuratorile care se efectueaza în vederea estimarii rapide a starii tehnice a motorului de tractiune a autospecialei de stins incendii, în deplina cunostinta de cauzele care le produc sau le influenteaza.
9.3 Studiul stochastic al dinamicitatii în conditii de incertitudine
Anterior au fost analizate dinamicitatea în conditii de incertitudine prin aplicarea conceptelor statisticii clasice, respectiv cu ajutorul intervalelor de încredere. Trebuie însa observat ca aceste intervale de încredere sunt bazate strict pe datele experimentale ale unei probe oarecare, deci fara a efectua nici-un fel de predictii asupra altor probe desfasurate în aceleasi conditii.
De asemenea, mai trebuie reamintit faptul ca statistica clasica se bazeaza pe legea numerelor mari, care solicita foarte multe valori; asadar, în cazul unor probe mai reduse ca numar sau chiar unicat, rezultatele obtinute pot fi mai mult sau mai putin îndoielnice.
În sfârsit, mai trebuie observat ca statistica clasica opereaza cu un numar de legi de distributie cunoscute. Dar, asa cum s-a mai mentionat, în prelucrarea datelor experimentale (§ 6.4) a aratat ca acestea nu se supun unor legi de repartitie din cele cunoscute în statistica clasica.
Au fost enumerate astfel trei motive pentru care abordarile actuale ale dinamicii unui sistem apeleaza la tehnici neconventionale de studiu, cele mai folosite fiind algoritmii bootstrap si tehnicile bayesiene [C9, E1, M6], în continuare abordându-se doar primii.
Tehnicile bootstrap, adoptate relativ recent în cazurile în care statistica clasica nu se poate aplica, constau în reesantionarea seriei dinamice experimentale (reesantionarea fiind o alta denumire pentru bootstrap) pe baza unor legi de distributie stochastice, deci nu din cele clasice uzual folosite (normala, Weibull etc.); cele mai utilizate au la baza procese Markov, metoda Monte Carlo s.a. Dupa cum se remarca, algoritmii bootstrap considera fiecare proba ca fiind irepetabila, ceea ce este adevarat, fiind cunoscut faptul ca niciodata nu se pot obtine doua rezultate absolut identice.
Pentru a permite o comparatie asupra
stabilirii intervalelor de încredere prin algoritmul bootstrap si prin
statistica clasica considerând , în Fig.9.14 este prezentata analiza robusta a
probei A2P4 pentru turatia motorului în procesul de demaraj. Dupa cum
se remarca din grafic, algoritmul bootstrap stabileste intervalele de
încredere cu o precizie mai mare, curbele aferente statisticii clasice fiind în
exteriorul celorlalte. Din valorile medii înscrise în grafic se poate formula
aceiasi concluzie. În urma analizei bootstrap se observa ca
valorile medii oscileaza cu circa o rotatie pe minut în raport cu
valoarea medie a probei experimentale, în timp ce analiza prin statistica
clasica, având în vedere , diferentele respective sunt de circa 50 RPM.
Pe marginea celor prezentate anterior se poate concluziona ca analiza bootstrap poate fi un ajutor pretios în caracterizarea seriilor dinamice experimentale din punctul de vedere a nivelului de încredere.
Fig.9.14 - Valori medii - turatia motorului, înregistrare experimentala,
simulari bootstrap si determinate cu statistica clasica (proba A2P4)
9.4 Studiul dinamicii autospecialei prin aplicarea analizei robuste
Dupa cum se cunoaste studiul sistemic impune stabilirea modelului matematic pe baza datelor experimentale, folosind algoritmi de identificare specifici. În plus, prin luarea în considerare a incertitudinilor, coeficientii modelului matematic (ecuatie cu diferente, ecuatie diferentiala, functie de transfer etc.) sunt situati în anumite intervale de valori; ca urmare si solutia ecuatiei diferentiale (viteza, consumul de combustibil etc.) se gaseste într-un interval de valori.
Fig.9.15 - Raspunsul demarajului autospecialei 1, goala/plina
Din graficul din Fig.9.15 se mai pot remarca valori destul de mari a incertitudinilor, privind vitezele absolute a autospecialei puse în evidenta în special în zona cresterii acestora de la începutul demarajului, adica pâna la scurgerea unui timp de 5-6 s.
Cea mai importanta concluzie consta în faptul ca dupa scurgerea timpului de 5-6 s, adica dupa cvasiuniformizarea miscarii, incertitudinile se reduc substantial. Deci timpul pentru masurarea spatiului de demaraj trebuie în principiu sa aiba cel putin astfel de valori.
Alta observatie este ca se poate utiliza cu succes si testarea autospecialelor goale, cu respectarea timpilor de demaraj corespunzatori.
si în cazul în care la identificare se tine seama de seria experimentala a turatiei motorului, concluziile anterioare sunt aproape identice. Se micsoreaza doar marimea incertitudinilor, din cauza faptului ca seria experimentala este mai „linistita” în raport cu cea a care reprezinta pozitia pedalei de acceleratie.
9.5 Studiul dinamicii autospecialei prin metoda intervalelor
Asa cum s-a mentionat, în studiul dinamicii automobilului se adopta diversi parametri sau marimi, care de cele mai multe ori se apreciaza cu o anumita aproximatie, asa cum este cazul coeficientului aerodinamic, suprafetei frontale, momentelor de inertie, razei de rulare, masei automobilului etc; în plus, anumiti parametri se modifica pe timpul utilizarii, influentând astfel dinamica automobilului.
Asadar, este logic sa se adopte parametrii în anumite limite, deci într-un interval real; spre exemplu, masa automobilului nu este totdeauna cea nominala, prevazuta în cartea tehnica, ci variaza în functie de numarul pasagerilor si de încarcatura transportata la un moment dat.
Rezulta deci ca pentru a studia dinamica automobilului ar trebui utilizate ecuatii diferentiale cu coeficientii încadrati în anumite intervale. O asemenea descriere utilizeaza conceptul de interval aritmetic real, precum si regulile de operare cu asemenea intervale [C6].
Spre exemplu, ecuatia diferentiala neliniara (8.32), care este reprodusa în chenarul de mai jos fiind scrisa sub doua forme:
poate fi rescrisa
si într-o forma care are termenii 
, acestia continând niste valori incerte, asa cum acestea vor fi
definite în continuare
(9.6)
În
continuare se exemplifica cele prezentate mai sus folosind datele
autospecialei R12215 DFA, considerând o deplasare a acesteia în treapta a II-a,
cu raportul total de transmitere it
= 57.34268 si având raza de rulare 
.
Daca în ecuatia diferentiala (9.6) daca se adopta:
randamentul transmisiei ht htm htp
coeficientul aerodinamic k=[km;kp]=0.2-0.3;
greutatea autovehiculului depinde de masa proprie (masa autospecialei goale) si masa totala (masa autospecialei pline); în cartea tehnica masa ma este situata în plaja de valori 12,500-21,500 kg (si Ga = mag = [Gam;Gap] = 12,2625-210,915 N.
Considerând unghiul de panta a = 0 si ca demarajul are loc pe o sosea asfaltata, în stare buna, ecuatia diferentiala (9.6) devine:
La cele prezentate mai sus trebuie mentionat ca intervalele de valori ale parametrilor (care sugereaza incertitudini) pot rezulta din considerente de performante, din experienta/practica, din impunerea anumitor conditii (de exemplu pentru limitarea unor valori maxime ale consumului de combustibil, noxelor, solicitarilor etc.).
În Fig.9.18 este prezentat graficul obtinut prin aplicarea relatiei (9.6), în care momentul motor variaza dupa o lege impusa (se poate adopta si constant sau oricum altfel, în acest exemplu fiind constant pe portiuni de timp, dar variabil pe ansamblu; se observa si în medalion).
Din aspectarea graficului din Fig.9.18 se pot constata în principal ca alura acestuia este numai în parte asemanatoare cu graficele din Fig.9.15-9.17. Acest lucru este firesc deoarece ecuatia (9.20) reprezinta în ultima instanta asumarea tuturor ipotezelor dinamicii longitudinale ale autovehiculului considerat cu o masa inertiala (modelul cu un volant);
9.6 Stabilirea timpului de demaraj a autospecialei pe baza analizei robuste
Asa dupa cum s-a mai prezentat, din punct de vedere practic în aceasta teza se urmareste ca printr-o procedura simpla sa se poata furniza un raspuns suficient de pertinent privind starea tehnica a motorului de tractiune care echipeaza autospecialele de stins incendii de tipul R12215 DFA. Proba consta într-un demaraj, numai în etajul 2, cu plecarea de pe loc. Acesta are loc pe un drum asfaltat, în stare buna si pe teren orizontal. Dupa plecarea de pe loc se cronometreaza timpul de demaraj pe primii 40 de metri. Functie de rezultatul obtinut, echipajul poate sa concluzioneze asupra starii tehnice si de uzura a motorului de tractiune.
Daca spatiul de 40 m se poate masura si jalona în teren, suficient de precis iar cu eforturi minime se poate masura si timpul, chiar executând mai multe probe si mediind timpii obtinuti, se pune totusi problema cât de precisa trebuie sa fie masurarea timpului de demaraj, care asa cum s-a vazut în 6.2 trebuie sa fie în zona de 11-13 s.
În acest scop prin aplicarea analizei robuste se stabileste modelul matematic al dinamicii autospecialei (identificare ARMAX urmata de o simulare cu rezidual) iar pe baza unor probe experimentale finite ca numar, se extrapoleaza concluziile pentru orice alte încercari în conditii asemanatoare de deplasare a autospecialei.
Problematica elaborarii unui model matematic al demarajului autospecialei a fost pe larg tratata în 8. Aici trebuie sa se demonstreze cât de precis trebuie masurat timpul de demaraj pe distanta de 40 de metri si în mod deosebit care trebuie sa fie certitudinea/incertitudinea asupra valorii obtinute.
În acest scop se executa o analiza a incertitudinilor asupra timpului de demaraj masurat pentru serii de probe executate în aceleasi conditii generale, adica pentru aceiasi autospeciala în situatia demarajului goala/plina. Sunt avute astfel în vedere grupele de probe A1G1-A1G4, A1P1-A1P3, A2G1-A2G4 si respectiv A2P1-A2P4 (Tab.6.1).
Pentru început se prezinta (Fig.9.19) acceleratia în procesul de demaraj pentru grupul de probe A2G1-A2G4 (4 probe), stiut fiind faptul ca valorile acceleratiei hotarasc în ultima instanta timpul de demaraj.
Fig.9.21 Incertitudinea timpului de demaraj (probele A1G1-A1G4)
Analiza incertitudinilor privind timpul
de demaraj (Fig.9.21) permite concluzionarea ca pentru deplasarea pe un
spatiu de 40 m este suficient de cert un timp de 11.9 s (rotunjit 
). Respectivul timp reprezinta media timpului de demaraj
pentru cele 4 probe analizate. El poate fi considerat cert prin faptul ca
abaterile valorilor date de anvelopele incertitudinilor sunt egale ca valoare
în norma 2 si foarte apropiate, ca valoare, de media de timp
mentionata.
10.1 Concluzii finale
în conditiile actualei crize economico-financiare mentenanta autovehiculelor de interventie a cunoscut un proces de involutie;
strategiile de mentenanta folosite în prezent urmaresc în mod special supravietuirea serviciului;
este necesara o analiza continua a mentenantei, care sa stea la baza deciziilor privind desfasurarea în viitor a acestei activitati;
conceptul de „Mentenanta bazata pe Fiabilitate” este putin cunoscut, secvente din el fiind aplicate sporadic în activitatea zilnica;
managementul mentenantei se desfasoara cu accent doar pe latura tehnica a activitatii;
strategia care poate conduce la rezultate bune în activitatea de mentenanta este cea a mentenantei bazate pe fiabilitate, care presupune actiuni sustinute pe cele patru componente: tehnica, economica, resurse umane si organizationala;
datele privind istoricul comportarii în utilizare a autovehiculelor de interventie se evidentiaza sporadic si deseori incomplet, fara a fi centralizate si ulterior analizate;
costurile mentenantei nu se cunosc decât ca valoare globala; o evidenta detaliata a acestora nu exista;
criteriul de baza în achizitionarea autovehiculelor noi îl constituie pretul, eventual unele performante tehnice si în mica masura sau de loc fiabilitatea, disponibilitatea etc;
nu se constituie un buget al mentenantei, astfel încât deciziile în domeniu nu au de cele mai multe ori suport economic;
fondurile alocate mentenantei nu sunt corect directionate, majoritatea consumându-se în salarii si mai putin în modernizarea activitatii;
nu se evalueaza mentenanta prin indicatori specifici;
cu toate aceste vicisitudini, ca o solutie provizorie, este posibil ca actualul parc sa fie utilizat în continuare un interval scurt de timp. În acest scop în zona mentenantei sunt necesare în schimb unele masuri de natura organizatorica si tehnice;
Se poate considera ca o cauza a acestor neajunsuri o constituie lipsa de informare si pregatirea neconforma cu cerintele actuale a cadrelor de specialitate din domeniul mentenantei.
definirea a patru indicatori bugetari de calcul a eficientei activitatii de mentenanta a autovehiculelor de interventie în situatii de urgenta;
Problemele cu care se confrunta personalul de mentenanta sunt complexe, iar dificultatea lor este accentuata de nivelul scazut al fondurilor financiare alocate acestei activitati. În prezent se încearca micsorarea cheltuielilor efectuate la nivelul ordonatorilor tertiari de credite, pe seama reducerii cheltuielilor de mentenanta. Aceasta tendinta duce treptat la scaderea coeficientului de operativitate a autovehiculelor de interventie si la cresterea riscului neîndeplinirii misiunilor specifice.
Din aceste motive apreciez ca mentenanta este o problema a tuturor factorilor de raspundere din unitati, dar si din institutiile statului care sustin într-un fel sau altul aceasta activitate si ar fi necesare urmatoarele masuri:
introducerea în institutiile de învatamânt postliceal si superior a disciplinei „mentenanta” si continua perfectionare a acestora acolo unde ele exista;
completarea disciplinelor tehnice cu capitole actualizate privind strategiile de mentenanta a autovehiculelor;
actualizarea capitolelor din disciplinele cu profil managerial si economic cu concepte privind managementul mentenantei;
elaborarea si editarea de carti, manuale care sa familiarizeze personalul care îsi desfasoara activitatea în domeniul autovehiculelor cu noile concepte ale mentenantei;
mai buna informare a personalului de mentenanta cu probleme specifice prin cursuri postuniversitare sau de perfectionare a pregatirii;
stabilirea unor obiective si strategii clare ale mentenantei autovehiculelor de interventie, pornind de la importanta îndeplinirii misiunilor;
demararea unui proces continuu de ameliorare a mentenantei
Este necesar sa se stabileasca proceduri de complexitate diferita care sa permita diagnosticarea rapida si suficient de precisa a starii tehnice a autovehiculelor de interventie în situatii de urgenta. Aceste proceduri trebuie sa se execute flexibil în functie de rulaj; planificat sau atunci când exista suspiciunea aparitiei unor defectiuni. În atentie trebuie sa se afle în primul rând motoarele de tractiune.
În lucrare se prezinta o procedura de diagnosticare a starii tehnice a motoarelor de tractiune, simpla si la îndemâna echipajului/atelierului de unitate. Ea consta în demaraje executate numai în etajul 2, cu plecarea de pe loc si masurarea timpului în care demarajul are loc pe o distanta de 40 m.
Obtinerea de date cu suficienta relevanta nu a fost posibila decât partial, din cauza faptului ca nu s-a dispus de autospeciale „etalon” atât în stare noua cât si cu diverse grade de uzura a motorului de tractiune.
10.2 Contributii
A fost executata o analiza suficient de exhaustiva a actualului sistem de mentenanta aplicat la autovehiculele de interventie în situatii de urgenta aflate în înzestrarea Inspectoratului General pentru Situatii de Urgenta. Plecând de la situatia la zi au fost propuse unele masuri de natura manageriala si tehnice în scopul perfectionarii activitatilor de mentenanta la respectivele autovehicule;
S-a demonstrat necesitatea largirii conceptului de mentenanta bazata pe fiabilitate sub patru componente: tehnic, organizational, economic si al resurselor umane;
A fost demonstrata procedura de organizare a culegerii si prelucrarii unor seturi de date care sa ofere rapid informatii despre valorile ratei defectarii motoarelor de tractiune a autospecialelor precum si a altor parametri caracteristici, prin utilizarea legii de distributie Weibull (variantele biparametrica si triparametrica);
În scopul fundamentarii teoretice dar mai cu seama practica a unei proceduri de determinare a starii tehnice a motorului de tractiune tipul D2156 HMN8 al unei autospeciale de stins incendiu, a fost conceput un lant de masurare simplu si un plan de desfasurare a testarilor care a permis achizitionarea în teren a trei fisiere de date în format digital. Respectivele fisiere au continut seriile dinamice, cu un numar mare de realizari (2048 sau mai mare) ale:
i. vitezei absolute a autovehiculului, masurata cu o instalatie de tipul „roata a 5-a”;
ii. turatiei motorului de tractiune, masurata cu un traductor de turatie de tip inductiv;
iii. pozitiei comenzii acceleratiei motorului, masurata cu un traductor rezistiv de tip „ruleta”.
Seriile dinamice nefiltrate la achizitionare, au fost în prealabil prelucrate în scopul caracterizarii generale a acestora precum si a verificarii corectitudinii si acuratetei lor. În acest scop, prin utilizarea unor produse software actuale si de înalta performanta, în mediul de programare Matlab, au fost executate prelucrari precum au fost cele de:
verificare a existentei în cadrul acestora a unor erori grosolane datorate în special modului în care a functionat lantul de masurare;
demonstrarea necesitatii exprese de a se executa o filtrare digitala în cadrul procesului de prelucrare a respectivelor serii dinamice precum si a celei mai potrivite proceduri de urmat pentru filtrare ;
verificarea intervalelor de încredere în care se situeaza realizarile seriilor dinamice;
verificarea încadrarii datelor în legea de distributie Gauss prin aplicarea testelor Kolmogorov-Smirnov si Lilliefors;
simularea nivelului de încredere între diverse corelatii a semnalelor din cele trei fisiere de date;
a fost stabilita o metodologie prin care datele experimentale achizitionate în teren sa poata fi utilizate ulterior cu ajutorul unor software-uri specializate.
Seriile dinamice au fost apoi prelucrate prin analiza lor: în timp, în frecventa si în timp frecventa, utilizând toolbox-uri adecvate acestor genuri de prelucrari. Cu aceasta ocazie s-a demonstrat ca:
a) seriile dinamice experimentale prezinta autocorelari foarte bune;
b) exista corelari bune între diferite marimi si mai putin bune între altele. S-a constatat pe ansamblu o corelatie mai buna între viteza si turatie decât între viteza si pozitia pedalei de acceleratie;
c) seriile dinamice contin „zgomote” acceptabile; cu câteva exceptii acestea au valori ale semnalului util de peste 90 % din semnalul total;
d) exista componente neliniare în toate seriile experimentale, acestea fiind de circa 5-7 % în cazul vitezei absolute a autospecialei.
Au fost elaborate mai multe modelari (identificari) matematice pentru legea de variatie în timp a vitezei absolute a autospecialei. S-a demonstrat necesitatea acestei activitati având în vedere ca respectivele modele sunt necesare la studii de analiza robusta a dinamicitatii autospecialei si de determinare a împrastierii valorilor timpului de demaraj, în etajul 2, pe distanta de 40 m.
S-a demonstrat ca modelele matematice de tip polinomial si în special cele de tip retele neuronale prezinta cea mai buna calitate a identificarii (erorile COV cele mai reduse).
Au fost utilizate produse software (toolbox-uri) foarte actuale care au permis diverse optimizari în procesul de identificare.
A fost elaborat un model matematic simplificat în cazul miscarii rectilinie a autospecialei de stins incendii. În cadrul sau a fost elaborat un submodel pentru variatia, functie de viteza, a coeficientului global de rezistenta la rulare a autospecialei pe beton orizontal aflat în stare buna.
S-a executat un studiu de analiza robusta a dinamicitatii autospecialei de stins incendii, cu care ocazie s-a determinat/precizat:
a) care este valoarea medie precum
si împrastierile timpului de demaraj pe distanta de 40 m,
în etajul 2 cu plecarea de pe loc, luând în considerare incertitudinile
determinate ca în statistica clasica (regula );
b) existenta unei bune concordante între înregistrarile experimentale, simularile bootstrap a acestora precum si valorile determinate cu statistica clasica;
c) raspunsul dinamic al autospecialelor în probele de demaraj, considerând incertitudinile sub forma unor anvelope care marginesc domeniul acestora. Acest lucru a permis o mai buna clarificare a valorii medii a timpilor de demaraj necesari pentru estimarea starii tehnice a motorului de tractiune;
d) care este valoarea medie precum si împrastierile timpului de demaraj pe distanta de 40 de m, în etajul 2 cu plecarea de pe loc, luând în considerare incertitudinile ca împrastieri determinate sub forma unor anvelope. Cu aceasta ocazie s-a demonstrat ca experimentarile se pot executa si cu autospeciala goala dar manifestând o grija aparte fata de filtrarea seriilor dinamice experimentale;
e) s-au clarificat modalitatile de determinare a unor nomograme pentru stabilirea starii tehnice a motorului de tractiune al autospecialelor cu o anumita uzura;
f) care sunt influentele pozitiei pedalei de acceleratie si respectiv a turatiei asupra dinamicitatii autospecialelor în cazul probelor de demaraj, numai în etajul 2, prin analiza functiei de sensibilitate.
Teza de doctorat prefigureaza si unele posibile directii de analiza teoretica si încercari experimentale precum si de aprofundari ulterioare. Printre acestea pot fi enumerate:
BIBLIOGRAFIE
|
|
Untaru, M, s.a. - DNAMICA AUTOVEHICULELOR PE ROŢI, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1981; |
|
|
Ursu, M. - CONTRIBUŢII LA STUDIUL DINAMICII AUTOVEHICULE-LOR UTILIZÂND PROCEDEE DE IDENTIFICARE A SISTEMELOR, Teza de doctorat, Academia Tehnica Militara, 2004; |
|
|
Wong, J. - THEORY OF GROUND VEHICLES, John Wiley and Sons, New York, 1978; |
|
|
Welch, G. s.a. - AN INTRODUCTION TO THE KALMAN FILTER, Department of Computer Science University of North Carolina,2001; |
|
