Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические и методологические основы оценки и оптимизации надежности техники 10
1.1. Надежность машин как экономическая категория 10
1.2. Экономическая эффективность и оптимизация надежности техники 23
1.3. Оценка экономической эффективности повышения надёжности в различных отраслях народного хозяйства 36
1.4. Оптимизация надёжности техники в условиях эксплуатации 64
Глава 2. Анализ затрат на обеспечение надежности техники в условиях эксплуатации 82
2.1. Влияние условий эксплуатации, обслуживания и ремонта машин на показатели их надежности 82
2.2. Изменение выработки машин и показателей надежности техники в зависимости от их срока службы 90
2.3. Затраты на капитальный и текущий ремонты машин 100
Глава 3. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта техники 110
3.1. Обоснование метода оптимизации доремонтного и межремонтных ресурсов тракторов 110
3.2. Зависимость величины доремонтного и межремонтных ресурсов тракторов от условий эксплуатации 116
3.3. Оптимальные ресурсы тракторов 125
Заключение 131
Литература 135
- Надежность машин как экономическая категория
- Экономическая эффективность и оптимизация надежности техники
- Влияние условий эксплуатации, обслуживания и ремонта машин на показатели их надежности
- Обоснование метода оптимизации доремонтного и межремонтных ресурсов тракторов
Введение к работе
Проблема обеспечения качества продукции всегда привлекала внимание ученых, производственников и эксплуатационников. Еще более остро она стоит в настоящее время в связи с переходом на рыночные условия хозяйствования, обострением конкуренции отечественных товаропроизводителей, как между собой, так и иностранными фирмами. Особое значение имеет повышение качества продукции в отрасли машиностроения, уровень которой определяет темпы технического прогресса во всех остальных отраслях. При этом повышение качества продукции должно осуществляться с учетом экономической целесообразности, так как границы повышения качества определяются в конечном итоге не техническими возможностями, а экономической эффективностью.
Одним из важнейших разделов сложной и многогранной проблемы повышение качества продукции является его оценка. Объясняется это тем, что нельзя эффективно работать над повышением качества не имея научно-обоснованных методов формирования и расчета его показателей. Актуальность проблемы оценки качества продукции в машиностроении обуславливается тем, что до настоящего времени составляющие надежности — безотказность и долговечность, уровень которых для этих изделий является основным при оценке их качества, не имеют удовлетворительных методов расчета за исключением использования статистики отказов изделий.
В наибольшей степени это относится к долговечности, которая должна оцениваться оптимальными сроками службы машин, которые определяют рациональное использование этой важнейшей части производственного потенциала страны, повышения эффективности производства за счет повышения производительности труда и снижение затрат на производство продукции.
Основой для экономической оценки и установления оптимальных сроков службы машин количественно выражающих их долговечность являются данные об изменении текущих и капитальных затрат при использовании техники из-за физического и морального износа. Экономические последствия этого в общих чертах изучены, однако практически отсутствует теоретическое обоснование зависимостей изменения затрат во времени, конкретный вид этих функций, недостаточная дифференциация этих затрат по статьям калькуляции.
Установление оптимальных сроков машины и оценку их надежности необходимо рассматривать совместно с системой ремонта, так как она определяет скорость физического износа машин, а отсюда безотказность и долговечность. В связи с этим в данной работе уделяется большое внимание методологии построения оптимальной системы ремонта.
Обеспечение надежности машин - проблема комплексная. Она начинается на этапе проектирования машины, закладывается при ее производстве, реализуется на этапе эксплуатации и поддерживается с помощью системы технического обслуживания и ремонта до окончания срока службы машины [75,76,86].
При низкой надежности машин происходит увеличение простоев, брака изготавливаемой продукции, затрат на обслуживание и ремонт, а следовательно, снижение производительности и повышение себестоимости продукции. Кроме того, в ряде отраслей, например, сельском хозяйстве и производстве продуктов питания, это ведет к безвозвратной потере урожая, молока и других продуктов питания.
При отсутствии необходимого уровня надежности техники происходит преждевременное выбывание ее из процесса производства, т. е. преждевременное списание. Для того чтобы обеспечить задачи стоящие перед конкретной отраслью, например, сельским хозяйством, транспортом, строительством, необходимо будет увеличить производство машин, что практически невозможно сделать в современных условиях из-за отсутствия капитальных дополнительных вложений и недостатка оборотных средств у предприятий.
В то же время, если даже на этапах проектирования и производства удалось заложить и обеспечить необходимую надежность машин, то реализация этой потенциально высокой надежности зависит от условий эксплуатации техники и, прежде всего от системы ее обслуживания и ремонта и качества их проведения.
Для полной реализации потенциальной надежности необходимо управлять процессом эксплуатации машин за счет создания и использования оптимальной системы их технического обслуживания и ремонта и научно-обоснованных до ремонтного, межремонтных и полных ресурсов и сроков их службы изделий. Полная реализация надежности техники, заложенной на этапах проектирования и производства позволит повысить ее производительность , а следовательно и улучшить все экономические показатели работы без использования капитальных дополнительных вложений и значительного увеличения оборотных средств.
Все вышеизложенное позволяет определить надежность техники как важнейшую экономическую категорию и увязать ее с системой обслуживания и ремонта , оптимальными сроками службы машин, обеспечить оптимальное управление этой важнейшей составляющей качества в условиях эксплуатации. Установление и соблюдение оптимальных сроков службы машин - одно из главных условий повышения эффективности производства как в отдельно взятом предприятии, так и в отраслях производства в целом.
Из всех свойств надежности наибольшее влияние на конечные экономические результаты работы машин и оборудования оказывает долговечность и безотказность, поскольку их уровень определяет величину затрат на капитальные и текущие ремонты, на устранение отказов в процессе эксплуатации техники, а отсюда показатели экономической эффективности ее применения.
Другие свойства, являющиеся составляющими частями надежности: ремонтопригодность и сохраняемость, закладываются, в основном, на этапе проектирования и существенно повлиять на них в процессе эксплуатации машины затруднительно. Поэтому в рамках данной работы они не исследуются.
Обширная литература отечественная и зарубежная главным образом посвящена вопросам общей экономической оценки влияния физического и морального износа на экономические результаты работы машин [12, 34]. При этом зачастую не учитываются особенности конструкции машин, системы обслуживания, структура ремонтного цикла и оптимальные сроки службы машин. Методически правильное решение задачи возможно только, когда исследование проводится с учетом вышеупомянутых факторов, поскольку для различных типов машин и разных сфер их использования существуют значительные отличия в подходах к обеспечению надежности в процессе их эксплуатации, например, авиация, наземный транспорт, сельское хозяйство и т.п.
Целью исследования является разработка методологических основ оценки экономической эффективности использования мобильной техники и ее надежности в условиях эксплуатации путем оптимизации системы обслуживания и ремонта. В соответствии с этим, в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
- раскрыть различные подходы и экономическое содержание понятий надежности, долговечности машины;
- провести анализ различных подходов к оценке экономической эффективности и оптимизации надежности техники;
- определить возможные методологические подходы к управлению надежностью машин в условиях эксплуатации на основе оптимизации системы их обслуживания и ремонта;
- исследовать динамику затрат на капитальный и текущий ремонты, устранение случайных отказов и техническое обслуживание.
- обосновать целевую функцию оптимизации и методику управления доремонтным, межремонтным и полным ресурсами тракторов с учетом интенсивности их использования ;
- определить оптимальные ресурсы и сроки службы основных марок тракторов в условиях рядовой эксплуатации при их различной годовой наработке.
В данной работе в качестве предмета исследования выбрана методология определения экономической эффективности применения машин с учетом оптимальной структуры ремонтно-обслуживающих воздействий и сроков службы применительно к мобильной технике. Объектом исследования являются мобильные машины, используемые в сельском хозяйстве, транспорте и строительстве.
Научная новизна выполняемых автором исследований состоит в разработке теоретической модели управления надежностью машин в условиях эксплуатации путем оптимизации системы их обслуживания и ремонта.
Проведенное исследование содержит следующие элементы научной новизны, которые выносятся на защиту:
- уточнено экономическое содержание категорий надежность и долговечность изделий и особенностей их оценки;
- проведен анализ методов оценки экономической эффективности надежности изделий в различных отраслях народного хозяйства;
- обоснованы методологические подходы к построению оптимальной системы технического обслуживания и ремонта мобильных машин;
- проведен анализ изменения выработки затрат на капитальный и текущий ремонты, устранение отказов от продолжительности межремонтных периодов и срока службы машин;
- обоснована целевая функция и разработана математическая модель оптимизации межремонтных и полного ресурсов и срока службы машин;
- получены оптимальные межремонтные и полный ресурсы и срок службы тракторов с учетом интенсивности их использования.
Практическая ценность работы заключается в получении: научно-обоснованных рекомендаций по построению эффективной системы использования потенциальной надежности машин в условиях эксплуатации. Теоретические выводы и методологические рекомендации по их применению обеспечивают комплексный подход в разработке оптимальной системы использования дифференцированных норм амортизационных отчислений в зависимости от интенсивности использования техники.
Надежность машин как экономическая категория
При формировании понятия надежности машин исходим из определений и положений, используемых для характеристики качества предмета вообще.
Сущность первого философского положения о качестве состоит в том, что качество предмета представляет собой определенное множество свойств (в которое входит и надежность), органически связанных между собой общим законом взаимодействия.
Суть второго положения заключается в том, что всякое материальное тело, в том числе и машина, имеет определенную совокупность свойств, поэтому качеством обладают все предметы.
Понятию качества, как экономической категории, уделяется достаточно внимания в работах [5, 11, 15, 18, 27], в частности отмечается, что "как потребительные стоимости товары различаются, прежде всего, качественно". Это различие определяется степенью социальной полезности товара, в данном случае, - машины, в результате чего она имеет спрос и удовлетворяет определенную потребность.
На современном этапе развития экономики сложился подход к определению надежности машин, в основном, с технической стороны. Технический подход основывается на том, что исследование качества машин -это сфера инженерных дисциплин. Отсюда делается вывод, что надежность машин создается конструкторами и технологами производства. Поскольку машины производятся для конкретной физической работы, то оценка их надежности производится по техническим признакам и свойствам, путем соответствия машины, предъявленным техническим требованиям. Однако, изучение надежности с технической точки зрения является не и достаточным, поскольку при этом выпускается из виду существенный аспект проблемы - связь надежности с потребительной стоимостью и стоимостью. Задачей инженеров является придание какой-то машине определенного комплекса свойств в соответствии с назначением, поэтому для них оценка надежности обычно связывается с определением технического уровня надежности машины.
Инженеров в большей степени интересует процесс производства, а не его результат. Они не учитывают, какой ценой достигается получение той или иной продукции. Подход к проблеме надежности только с технической стороны нередко приводит к высоким затратам труда и средств, что снижает эффективность производства.
Требование обеспечения повышения эффективности производства делают надежность объектом более широких исследований, чем чисто технических. Возникает необходимость в подходе к проблеме надежности с экономических позиций. Однако, до настоящего времени нет единого мнения в определении надежности машин, с экономических позиций.
Некоторые авторы считают, что надежность - это составляющая часть качества обеспечивающая способность изделия выполнять свои функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Другие авторы считают, что машины характеризуются не только и не столько ее способностью выполнять заданные функции, но, главным образом, свойством машины длительно сохранять и, если необходимо, восстанавливать свою работоспособность при минимальных затратах времени, труда и материальных средств. Таким образом, свойства надежности - безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность стали в настоящее время основными технико-экономическими характеристиками качества технических устройств.
Изучение большого количества публикаций показывает, что существующее множество определений качества машин может быть дифференцировано на четыре группы. К первой группе относятся формулировки, характеризующие качество продукции (машин) как степень (меру) удовлетворения конкретной машины в фиксированных условиях ее потребления [35, 38].
В определениях второй группы к качеству машин рекомендуется подходить как к синтезирующей способности удовлетворять определенную потребность в машине с учетом издержек общественного труда [33, 36].
В третьей группе формулировок качество продукции понимается как совокупность ее полезных свойств [37, 49].
Определения четвертой группы являются близкими по смыслу с определениями третьей группы. Однако, здесь качество продукции трактуется как совокупность всех имманентных ей свойств. Сторонники такого подхода считают, что для полной объективной характеристики качества продукции нужно учитывать именно всю совокупность, а не только полезные свойства [47].
С точки зрения первой группы определений получается, что качеством обладают не все предметы и не всякая продукция, а лишь та, которая удовлетворяет определенным потребностям. При таком подходе само существование качества ставится в зависимость от наличия потребности общества в данной продукции, а уровень качества - от степени удовлетворения потребности общества в данной продукции. Получается, что с изменением потребности в продукции меняется качество этой продукции. При отсутствии потребности и неудовлетворении потребности согласно определениям первой группы продукция не обладает качеством. Это не соответствует принятым положениям.
Экономическая эффективность и оптимизация надежности техники
В настоящее время технические системы получили самое широкое распространение во всех сферах человеческой деятельности. Вместе с ростом масштабов использования техники возрастает сложность функций возлагаемых на нее. Техника начинает оказывать все большее влияние па результативность любой деятельности. В общественном производстве объем, качество и состояние использования техники играют решающую роль в повышении эффективности производства, в дальнейшем подъеме экономики. По мере развития крупной промышленности созидание действительного богатства становится менее зависимым от рабочего времени и от количества затраченного труда, чем от мощи тех агентов, которые приводятся в движение в течение рабочего времени. В свою очередь эффективность функционирования самой техники во многом зависит от её надежности (безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости). Постоянное усложнение технических систем все более ужесточает требования, предъявляемые к безотказности, так как чем сложнее техника, тем -при прочих равных условиях - она чаще выходит из строя. Чем выше ответственность функций выполняемых технической системой, тем более значительными становятся экономические и другие потери, вызываемые ее отказом. Вот почему в условиях высокой интенсификации производственных процессов надежность технических систем самым непосредственном образом связана с экономической эффективностью новой техники и производства в целом. Все свойства надежности самым тесным образом связаны с экономической эффективностью использования техники. В наибольшей степени эта связь характерна для первых двух свойств надежности техники: безотказности и долговечности. Поэтому наибольший интерес представляют именно эти свойства технических систем.
Так, повышение безотказности техники выступает как важнейший резерв снижения затрат по её эксплуатации, абсолютный размер которых имеет тенденцию к увеличению в связи с ростом количества используемой в народном хозяйстве техники. В отраслях народного хозяйства России эксплуатируется примерно 4 млн. единиц металлорежущих станков и кузнечно-прессовых машин. В сельском хозяйстве парк тракторов, зерноуборочные комбайнов и грузовых автомобилей к концу .1998г. составил более 3,8 млн. шт. Если к этому добавить сотни тысяч единиц различных видов транспортных средств - самолетов, электровозов, тепловозов и проч., сложнейшие системы электроснабжения и сотни тысяч единиц всевозможной бытовой техники, то становится ясным, что для поддержания работоспособного состояния такого количества техники приходится направлять огромные трудовые, производственные и финансовые ресурсы. В сфере обслуживания техники в отраслях народного хозяйства занято несколько миллионов человек. Например, общественные затраты, связанные с поддержанием автомобиля в работоспособном состоянии и с ремонтами на протяжении срока службы, превышают затраты на изготовление автомобиля почти в 7 раз. Затраты живого труда на поддержание работоспособного состояния автомобиля (без затрат на ежедневный уход) почти в 60 раз выше, чем затраты на изготовление автомобиля. Затраты на ремонт подвижного состава железных дорог составляют примерно седьмую часть общей суммы эксплуатационных расходов. По многим видам техники затраты на ремонт за весь срок службы в 8 - 10 и даже в 12 раз превышают затраты на изготовление новых машин [32, 55, 60].
Главным свойством, определяющим высокий уровень затрат эксплуатации техники, является безотказность. Именно вследствии недостаточной безотказности техники возрастают затраты на проведение плановых и аварийных ремонтов, а также потери от простоев техники при ремонтах. Причем, как показывает опыт, по мере усложнения техники эксплуатационные расходы и потери от простоя имеют тенденцию к росту. Так, например, сравнивая величину возможного экономического ущерба от суточного простоя энергетических агрегатов с их мощностью можно обнаружить, что по мере увеличения мощности турбин происходит опережающий рост размера возможного ущерба. Если принять величину ущерба от простоя турбины мощностью 50 тыс. кВт за 100%, то для агрегата мощностью 100 тыс. кВт ущерб составит 260%, для агрегата мощностью 200 тыс. кВт - 830%, для агрегата мощностью 500 тыс. кВт - 2300%.
Увеличение мощностей машин и оборудования, рост ответственности функций, выполняемых техническими системами, интенсификация производственных процессов, использование сверхвысоких и сверхнизких параметров рабочих процессов (температур, давлений, частот, напряжений и т. д.), широкая автоматизация и механизация производственных процессов и другие изменения, происходящие в характере современного производства под влиянием научно-технического прогресса, чрезвычайно повысили технико-экономическое значение проблемы повышения безотказности. Безотказность начинает оказывать существенное влияние на темпы технического прогресса и эффективность новой техники. Низкий уровень безотказности техники кроме увеличения затрат в сфере эксплуатации может явиться и часто является главным препятствием в реализации потенциальных возможностей сложных технических систем [30, 35].
Влияние условий эксплуатации, обслуживания и ремонта машин на показатели их надежности
В отличие от «нормальной» эксплуатации техники в условиях машинно-испытательных станций в реальной эксплуатации в сельхозпредприятиях отдельные требования заводских инструкций зачастую не соблюдаются или соблюдаются не в полном объеме. Однако именно в реальной эксплуатации в полной мере проявляются все свойства машины и их приспособленность к этим условиям, т. к. на показатели надежности влияют и организационно-технические условия: почвенно-климатическая зона, типичность хозяйства, квалификация механизаторов, обеспеченность запасными частями, уровень ремонтной базы и т. д. [57, 70, 77, 82].
Все это можно свести в следующие группы обобщенных факторов: реальной эксплуатации, ремонтного производства и почвенно-климатических условий (табл. 2.1). Каждый из обобщенных факторов характеризуется целым рядом определяющих факторов, влияющих на качество и эффективность функционирования сельскохозяйственной техники в конкретном хозяйстве. Например в связи с этим эффективность применение машины в разных хозяйствах существенно отличается от нормативных требований.
В группах обобщенных факторов реальной эксплуатации и ремонтно-технического производства можно выделить объективные факторы, связанные с воздействием обслуживающего персонала (механизаторов и рабочих по ремонту и техническому обслуживанию), которые могут способствовать как повышению, так и понижению показателей надежности машин [105, 106].
Надежность сельскохозяйственной техники в условиях реальной эксплуатации зависит прежде всего от качества ее технической эксплуатации. Совокупность технических и организационных мероприятий, осуществляемых в хозяйстве по поддержанию тракторов в работоспособном состоянии и предупреждению снижения их надежности в течение всего срока службы, образует производственный процесс технической эксплуатации тракторов (ТЭТ). Она включает в себя: техническое обслуживание, текущий ремонт, хранение тракторов, очистку топлива и масел, квалификацию трактористов. В реальной эксплуатации тракторов в разных хозяйствах уровни обобщенных факторов изменяются в определенных диапазонах, что позволяет оценить их влияние на надежность тракторов.
Уровень качества гшаново-пг едугфедительного и внепланового (устранение отказов и неисправностей) текущих ремонтов может характеризоваться организационно-техническими факторами и качеством проведения планового текущего ремонта.
К определяющим факторам, характеризующим качество технологического процесса проведения ТР, относятся: применение диагностики, отделение агрегатов от трактора и их разборка, качество очистки и мойки агрегатов и деталей, качество дефектации деталей, восстановление деталей и комплектовка агрегатов (качество применяемых запасных частей), сборка и регулировка, обкатка агрегатов и другие.
Почвенно-климатические или внешние факторы оказывают существенное влияние на эффективность использование техники. Без учета влияния этих факторов невозможно разработать технические условия эксплуатации техники и определить эффективность ее применения.
К числу внешних факторов, оказывающих влияние на значение показателей надежности машин, относятся следующие: тип, механический состав, каменистость и влажность почв; количество осадков, температура и запыленность воздуха; рельеф, размеры, конфигурация полей. Функциональную зависимость для оценки уровня надежности можно составить следующим образом: Т ДУ Ур М П П УТ, (2.1) где Уэ,Ур,Уф - фактические уровни обобщенных факторов эксплуатации, ремонта и природно-климатических условий;
Пэ,Пр,Пщ - весомость соответствующих обобщенных факторов Тэн - показатель надежности машины, полученный в нормальных условиях эксплуатации (испытания на МИС).
Обоснование метода оптимизации доремонтного и межремонтных ресурсов тракторов
Несмотря на значительное число работ, посвященных оптимизации надежности машин, до настоящего времени остается нерешенным вопрос оптимального уровня ресурса капитально отремонтированной сельскохозяйственной техники, в частности тракторов. В ГОСТ 18524 «Трактора сельскохозяйственные. Сдача тракторов в капитальный ремонт и выдача из капитального ремонта» выдвигается требование, согласно которому при ремонте должен обеспечиваться ресурс, равный 80% ресурса новых тракторов. Однако этот уровень ничем не обоснован.
Для точного определения оптимального уровня капитально отремонтированных тракторов необходимо, чтобы целевая функция оптимизации учитывала особенности их эксплуатации, систему обслуживания и ремонта. К данным особенностям следует отнести наличие двух видов ремонта: текущего и капитального. Следует также учесть структуру ремонтного цикла, при которой через два текущих ремонта производится один капитальный, а периодичность их постоянна, т.е.
Так как затраты на приобретение машины и проведение ее ремонтов значительно отстают друг от друга по времени, то в целях обеспечения корректности расчетов необходимо проводить учет разновременности затрат, для чего обычно используется коэффициент приведения затрат [86]. Вследствие того, что часть эксплуатационных расходов не зависит или слабо зависит от наработки [10], целесообразно при разработке целевой функции оптимизации учитывать только переменную часть расходов, поскольку постоянная не влияет на положение точки оптимума на оси абсцисс. Как показано в [30, 71], к переменной составляющей эксплуатационных расходов относятся затраты на все виды ремонтов и обслуживании.
В соответствии с анализом проведенным в главе 2, затраты учитываемые при оптимизации системы ремонта и обслуживания тракторов носят как дискретный, так и непрерывный характер. Дискретный характер имеют: затраты на покупку машины, капитальные и плановые текущие ремонты. Характерной особенностью этих затрат является то, что при их использовании наработка машины не изменяется. Так в начале эксплуатации при ее покупке наработка ее равна нулю. При проведении текущего планового (годового) и особенно капитального ремонта как бы долго календарно они не производились, наработка машины не меняется.
Непрерывными принято считать затраты на техническое обслуживание и устранение отказов, хотя и это в определенной мере допущение, однако оно приемлемо так как величина этих затрат единовременно небольшая, а моменты их проведения случайны.
Учитывая изложенное выше и полагая, что затраты на текущий ремонт, техобслуживание и устранение отказов являются функциями наработки машин, целевую функцию оптимизации для доремонтного и межремонтных ресурсов следует записать как
Цена новой машины, ее капитального ремонта считаются известными. Затраты на текущий ремонт изменяются в зависимости от наработки на интервале между капитальными ремонтами. Причем в силу их обезличенности эта зависимость является аналогичной для любого межремонтного периода.
Затраты на техническое обслуживание прямо пропорциональны наработке в силу их планового характера. Затраты на устранение отказов также зависят от наработки, причем данная зависимость носит прогрессирующий характер на интервалах между текущими ремонтами, изменяясь от одного интервала к другому. Кроме того, следует учесть, что в рядовой эксплуатации техобслуживание проводится не в полном объеме, что сказывается на величине затрат на устранение отказов, поэтому при проведении исследования следует рассматривать оба случая.
