Содержание к диссертации
Введение
1 . Надежность и эффективность эксплуатации оборудования на карьерах севера. цели и задачи исследования
1.1 .Анализ эффективности эксплуатации горного оборудования
1.2. Состояние ремонтного производства горных предприятий - 19
1.3.Формирование требований к технической эксплуатации карьерного оборудования - 21
1.4.Состояние изученности вопроса - 24
1.5.Постановка цели и задач исследования. Алгоритм дости жения цели - 35
Выводы разд. 1 - 40
2. Эксплуатационная надежность и оптимизация срока службы машин
2.1 .Методика исследования
2.2.Эксплуатационная надежность горного оборудования - 46
2.3.Влияние погодно-климатических факторов - 55
2.4. Динамика эксплуатационных показателей оборудования - 59
2.5. Выбор критерия оценки рационального срока службы машин в условиях холодного климата - 62
2.6. Динамический критерий оценки рационального срока службы машин для условий холодного климата - 69
2.7. Оценка рационального срока службы машин и оборудования в условиях холодного климата - 73
2.8. Исследование динамического критерия оценки рационального срока службы машин - 75
Выводы разд. 2 - 84
3. Прогнозирование остаточного ресурса деталей и узлов машин
3.1. Диагностика технического состояния горных машин и оборудования
3.2. Предельные состояния и закономерности расходования ресурса деталей и узлов машин 88
3.3. Прогнозирование остаточного ресурса сборочных единиц по оптимальной наработке до первого контроля 93
3.4. Прогнозирование остаточного ресурса узлов металлоконструкций карьерных экскаваторов 95
Выводы разд. 3 107
4. Оптимизация регламента ремонта - 109
4.1.Анализ существующих методов управления техническим состоянием машин 4.2. Моделирование процесса ремонтного обслуживания - 117
4.3.Алгоритм оптимизации регламента ремонта - 128
4.4.Методика обоснования ремонтного фонда - 131
Выводы разд. 4 147
5. Обоснование ремонтного производства горных предприятий - 148
5.1. Анализ состояния ремонтного производства горных предприятий
5.2. Законодательное и нормативно-методическое обеспечение ремонтной деятельности - 156
5.3. Обоснование целесообразности восстановления деталей
и объема оборотного фонда сборочных единиц - 160
5.4. Методика оптимизации структуры и размещения ре
монтных производств горных предприятий - 164
Выводы разд. 5 179
6. Управление технической эксплуатацией оборудования. анализ достижения цели исследования - 181
6.1.Анализ существующих систем управления технической эксплуатацией горного оборудования
6.2. Общая структура и основные функции системы управления технической эксплуатацией горного оборудования
6.3.Методика оценки уровня системы управления техниче ской эксплуатацией оборудования карьеров - 190
6.4. Анализ достижения цели исследования. Экономическая эффективность результатов исследования - 201
Выводы разд. 6 - 207
Заключение - 209
Библиографический список
- Состояние ремонтного производства горных предприятий
- Динамический критерий оценки рационального срока службы машин для условий холодного климата
- Предельные состояния и закономерности расходования ресурса деталей и узлов машин
- Моделирование процесса ремонтного обслуживания
Введение к работе
Горнодобывающая промышленность является базой для развития основных отраслей экономики - металлургии, машиностроения, энергетики, строительных материалов, химической промышленности и служит поставщиком сырья для многих других отраслей промышленности. Сибирь и Крайний Север обеспечивают потребность России: в алмазах - 100%; нефти, газе и угле - до 90%; меди и стратегическом сырье - более 80%; золоте - более 70%.
Технический уровень технологических процессов открытых и подземных разработок определяется уровнем механизации этих процессов и качеством эксплуатации горного и транспортного оборудования. В настоящее время на горных предприятиях используют выемочно-погрузочное и транспортное оборудование отечественного и зарубежного производства, причем наряду с оборудованием средней и малой мощности применяют мощное и сверхмощное оборудование. Количественный рост парка оборудования сопровождается качественным его изменением за счет увеличения единичной мощности, производительности выемочных комплексов и экскаваторов, грузоподъемности транспортных средств, создания более безопасного, надежного и экономичного оборудования с повышенной комфортностью для обслуживающего персонала и удобством в управлении. Однако доля машинного парка страны в исполнении ХЛ чрезвычайно низка и составляет на транспорте - 4-5%, в горнодобывающей промышленности - 2-3%, в строительстве - 1-2%.
Рост единичной мощности оборудования обуславливает повышение требований к его работоспособности и использованию во времени. Вместе с тем опыт эксплуатации оборудования на горных предприятиях показывает, что используют его неэффективно. Коэффициент использования календарного времени карьерных экскаваторов по-прежнему не превышает 0,55-0,6. Ресуре узлов и агрегатов, восстановленных в условиях ремонтной базы горного предприятия, сокращается до 2 раз по сравнению с ресурсом фирменных узлов. Значительное снижение уровня эксплуатационной надежности карьерного оборудования после длительной его эксплуатации, особенно в условиях холодного климата, вызывает дополнительные издержки на содержание машин. Простои оборудования из-за низкого уровня организации горных работ, несовершенства системы технического обслуживания и ремонта (ТОР), и других факторов привносят чрезмерно высокие затраты на себестоимость добычи по статье «Содержание оборудования». В связи с этим научное обоснование вопросов технической эксплуатации горного оборудования находится в поле повышенного внимания исследователей и эксплуатантов горной техники.
Под эксплуатацией понимают совокупность всех фаз существования машины с момента взятия её на балансовый учёт и до списания. Эксплуатация горных машин и оборудования является одной из важнейших компонент технологического процесса добычи полезного ископаемого, определяющей эффективность горного производства. Эксплуатация включает в себя использование по назначению, техническое обслуживание, ремонт, транспортирование, технологические, организационные и другие простои, хранение.
Техническая эксплуатация есть составная часть процесса эксплуатации машин и оборудования, включающая комплекс мероприятий по управлению их техническим состоянием: монтаж, демонтаж, техническое обслуживание, ремонт. Под ремонтом понимают работы по поддержанию и восстановлению ресурса узлов и деталей машин как на месте их установки (полевой ремонт), так и в условиях ремонтного предприятия - цеха, мастерской, завода (заводской ремонт). Поскольку ремонт производится агрегатно-узловым методом, а снимаемые сборочные единицы проходят восстановление на предприятиях ремонтной базы, то в техническую эксплуатацию машин входит также и восстановление ресурса сборочных единиц в цехах ремонтной базы. Важным вопросом технической эксплуатации является срок службы или ресурс до списания машины, определяющий затраты на восстановление её ресурса и, тем самым, эффективность эксплуатации. Мероприятия по технической эксплуатации проводятся во всех фазах эксплуатации машин.
В условиях рыночной экономики основными требованиями, предъявляемыми к эксплуатации горных машин, являются гарантированное выполнение производственного задания с минимальными издержками на содержание техники. Однако существующие технологии технической эксплуатации горного оборудования не обеспечивают выполнение предъявляемых требований. Следовательно, научное обоснование параметров технической эксплуатации карьерного оборудования в условиях холодного климата является актуальным.
Цель работы заключается в научном обосновании комплекса технико-экономических мероприятий и нормативной документации по управлению технической эксплуатацией горных машин и оборудования, обеспечивающих гарантированное выполнение планируемой технологической нагрузки с минимальными затратами на содержание техники.
Основная идея работы состоит в синтезе технико-экономических характеристик процесса технической эксплуатации горных машин и оборудования на основе моделирования показателей эксплуатации в зависимости от срока эксплуатации, уровня и режима нагрузки основных деталей машин, по-годно-климатических факторов, сроков ремонта узлов и агрегатов машин, ремонтного фонда, структуры, мощности и размещения ремонтного производства, что обеспечивает гарантированное выполнение планируемой технологической нагрузки с минимальными затратами на содержание машин. Основные научные положения, выносимые на защиту: 1 .Обоснование динамического критерия суммарных затрат на эксплуатацию, позволяющего оценивать рациональный срок службы, определять рациональную стратегию капитального ремонта и минимизировать расходы на содержание машин и оборудования. 2.Мето дики прогнозирования остаточного ресурса деталей и узлов карьерных экскаваторов по количеству циклов экскавации, основанные на зависимости скорости роста усталостной трещины в основных узлах металлоконструкций от материала, нагрузки и температуры рабочей среды, а также на графике износа узлов и деталей, соответствующем минимальным удельным затратам на восстановление ресурса.
3.Мето дика оптимизации регламента ремонта машин и оборудования по техническому состоянию, обеспечивающего выполнение планируемой технологической нагрузки с минимальными затратами на содержание техники.
4.Методика обоснования ремонтного фонда на основе интегральной оценки частных показателей, учитывающих технический уровень ремонтного производства, эффективность использования ремонтных ресурсов, а также интенсивность использования, степень износа и условия эксплуатации машин и оборудования.
5.Методика обоснования мощности, структуры и размещения ремонтного производства по критерию суммарных затрат на ремонт в полевых условиях и дохода от восстановления ресурса сборочных единиц на основе централизации, специализации и кооперации ремонтных работ с использованием метода динамического программирования.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на системном анализе процесса технической эксплуатации, использовании аппарата математической статистики, теории вероятностей, теории надежности, фундаментальных положений теории разрушения конструкционных материалов, математического моделирования, информационных технологий, математического аппарата исследования операций при проведении экспериментальных и теоретических исследований эксплуатационной надежности и эффективности эксплуатации горных машин и оборудования. Сравнительная оценка результатов теоретических исследований и практики эксплуатации техники подтвердила их сходимость с доверительной вероятностью не ниже 0,9.
Научная новизна результатов исследований заключается:
- в установлении закономерностей влияния погодно-климатических и горно-геологических факторов, длительности эксплуатации на уровень эксплуатационной надежности горного оборудования и его элементов, в создании банка данных по эксплуатации машин;
- в совершенствовании динамического критерия суммарных затрат для оценки эффективного срока эксплуатации горных машин и оборудования, дополнительно учитывающего динамику выработки, капитальных затрат на замену, накладных текущих расходов, расходов на капитальный ремонт и ликвидационную стоимость;
- в разработке метода прогнозирования остаточного ресурса узлов металлоконструкций горных машин по количеству циклов экскавации в условиях холодного климата на основе результатов диагностического контроля и зависимости скорости развития усталостной трещины от механических характеристик материала, величины дефекта, структуры нагрузки и температуры рабочей среды;
- в разработке метода прогнозирования остаточного ресурса узлов карьерного оборудования по графику их износа, соответствующему минимальным удельным затратам на восстановление ресурса;
- в разработке математической модели процесса технической эксплуатации горных машин с учетом технического состояния и закономерностей расходования ресурса сборочных единиц, позволяющей оптимизировать регламент ремонта;
- в разработке показателей технической эксплуатации машин и оборудования для обоснования ремонтного фонда методом интегральной оценки;
- в разработке метода обоснования мощности, структуры и размещения ремонтной базы горного предприятия по критерию суммарных затрат на восстановление ресурса сборочных единиц, определяемых с учетом кругооборотного эффекта затрат, этапов развития горного предприятия, на основе централизации, специализации и кооперации ремонта с использованием метода динамического программирования. Практическое значение работы заключается в разработке:
- компьютерной программы «Срок службы», позволяющей на основе динамического критерия суммарных затрат на эксплуатацию машин устанавливать эффективный срок службы и рациональную стратегию восстановления ресурса горного оборудования в условиях холодного климата, что может служить базой для разработки эффективной амортизационной политики, своевременной замены изношенного оборудования и снижения затрат на содержание техники;
- методики оценки живучести базовых узлов металлоконструкций горного оборудования в условиях холодного климата, позволяющей контролировать их остаточный ресурс по количеству циклов экскавации и предотвращать критичные отказы, повысить эксплуатационную надежность оборудования, особенно при низких температурах, и уменьшить расходы на содержание техники;
- методики прогнозирования остаточного ресурса узлов и деталей карьерного оборудования, основанной на графике износа узлов и деталей, соответствующем минимальной сумме удельных затрат на плановый и неплановый ремонт, что позволяет уменьшить издержки на содержание машин;
- компьютерной программы «Регламент ремонта», позволяющей с учетом технического состояния выбирать регламент ремонта карьерного оборудования, реализация которого обеспечивает необходимый уровень эксплуатационной надежности, минимальный расход материально-технических ресурсов, выполнение технологической нагрузки и норматива расходов по статье «Содержание машин и оборудования»; - методики обоснования ремонтного фонда на основе интегральной оценки частных показателей, создающей стимулы к экономии ремонтных ресурсов, повышению эффективности ремонтов, модернизации и своевременному восстановлению ресурса оборудования;
- методики обоснования мощности, структуры и размещения ремонтной базы горного предприятия на основе централизации, специализации и кооперации ремонта, обеспечивающей минимальные расходы на восстановление ресурса сборочных единиц и содержание горного оборудования.
Реализация результатов работы. Пакет технологических карт ремонта горного оборудования (38 наименований) и нормы расхода запасных частей и материалов приняты к использованию в АК «АЛРОСА». Проекты Положения о ППР оборудования АК «АЛРОСА» и Положения о ремонтном фонде приняты к реализации в рамках разрабатываемой Единой интегрированной системы управления Компании. Рациональные сроки службы основного горного и обогатительного оборудования, используемого Компанией, служат основой для разработки её эффективной амортизационной политики. Методика расчета структуры, мощности и размещения ремонтной базы горного предприятия принята к использованию в институте «Востсибгипро-шахт» при разработке проектов новых и реконструкции существующих горных предприятий. Основные результаты диссертационной работы, изложенные в учебном пособии «Эксплуатация горных машин и оборудования» (авторы Д.Е. Махно, Н.Н. Страбыкин, С.С. Леоненко, А.И. Шадрин, Я.Н. Дол-гун), используются в учебном процессе Иркутского государственного технического университета при подготовке инженеров горного профиля.
Апробация работы. Работа и её основные положения докладывались и обсуждались на Всесоюзной Межвузовской конференции «Механизация открытых горных и земляных работ» (Москва, 1972 г.), на Международном симпозиуме по динамике тяжелых машин горной и металлургической промышленности (г. Донецк, 1974 г.), на конференции «Совершенствование тех 12 ники и технологии разработки месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири» (г. Иркутск, 1980 г.), на Всесоюзном семинаре «Опыт использования основного технологического оборудования» (г. Мирный, 1987 г.), на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы разработки кимберлитовых месторождений: современное состояние и перспективы решения» (г. Мирный, 2001 г.), на I Евразийском симпозиуме по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (г. Якутск, 2002 г.), на Учебно-методической комиссии УМО высшего и среднего специального образования РФ (г. Иркутск, 2003 г.), на научно-технических конференциях «Чтения памяти А.А. Игошина» (г. Иркутск, 1999-2003 гг.), на научном симпозиуме «Неделя горняка-2004» (г. Москва, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 научных работ, в том числе 3 монографии, 1 учебное пособие, 1 брошюра и 31 статья, среди которых 12 - опубликовано в центральных изданиях, сделано 8 - докладов на международных симпозиумах и конференциях, получено 3 авторских свидетельства на изобретение.
Личный вклад автора. При непосредственном участии автора выполнен комплекс работ по наблюдениям за эксплуатацией карьерного оборудования в условиях холодного климата, по сбору и первичной обработке исходной информации. Создан банк данных о работе карьерных экскаваторов, позволивший автору выполнить экспериментальные и теоретические исследования эксплуатационной надежности оборудования. Непосредственно автором поставлена цель диссертационной работы и разработана концепция её достижения. На всех этапах работы все теоретические исследования выполнялись лично автором. Автору принадлежит разработка экономико-математических моделей оптимизации срока службы, методик оптимизации регламента ремонта, оценки живучести базовых узлов металлоконструкций экскаватора, оценки остаточного ресурса сборочных единиц, обоснования ремонтного фонда, обоснования структуры, мощности и территориального размещения ремонтной базы в рамках централизации и специализации ремонтных работ, функциональной структуры подсистемы «Автоматизированное рабочее место механика». С его участием проводилась реализация результатов теоретических исследований и разработка инженерных решений, имеющих практическую значимость. Все результаты диссертационной работы, перечисленные в её заключении, получены лично автором.
Автор выражает глубокую благодарность Заслуженному работнику высшей школы, д-ру техн. наук, профессору Махно Д.Е. за научные консультации и помощь в формировании идеи работы и структурно-логическом её оформлении. Особая признательность - коллективу кафедры горных машин и рудничного транспорта ИрГТУ, Главному механику АК «АЛРОСА» Новоселецкому А.П., специалистам и рабочему персоналу ремонтных служб подразделений Компании за действенную помощь в организации наблюдения за работой машин и проведении экспериментальных исследований.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложения. Содержит 264 страницы машинописного текста, включая 32 рисунка, 22 таблицы и библиографический список литературы из 226 наименований.
Введение содержит обоснование цели и задач исследования, общую характеристику работы, включая основные защищаемые научные положения.
В первой главе на основе системного подхода к процессу технической эксплуатации горного оборудования выполнен анализ современного состояния эффективности эксплуатации горных машин и оборудования, даны результаты исследования эксплуатационной надежности в зависимости от факторов, действующих в условиях холодного климата, определены цель и задачи исследования.
Во второй главе дана методика оптимизации срока службы машин на основании динамического критерия суммарных затрат за срок эксплуатации, превышающий нормативный. Определен эффективный срок службы основной номенклатуры горного и обогатительного оборудования АК «АЛРОСА». Проанализировано влияние основных факторов на эффективный срок службы машин и оборудования.
В третьей главе изложен подход к оценке живучести элементов базовых узлов металлоконструкций карьерных экскаваторов в условиях холодного климата. Изложена методика аналитической оценки живучести базовых узлов металлоконструкций карьерных экскаваторов в условиях холодного климата. Предложена инженерная методика оценки живучести узлов по количеству циклов экскавации. Для электрических машин, узлов передаточных механизмов карьерного оборудования остаточный ресурс определяется по закону расходования ресурса и прямой износа, соответствующей минимальной сумме затрат на плановый ремонт и ликвидацию возможных отказов.
В четвертой главе дана методика оптимизации регламента ремонтного обслуживания на основе моделирования процесса технического обслуживания и ремонта единичных машин и составления графика ремонта по парку машин и оборудования, реализация которого обеспечивает гарантированное выполнение технологической нагрузки с минимальными затратами на содержание техники, приведены результаты исследования влияния параметров модели на выходные показатели надежности.
В пятой главе изложена методика обоснования объективного ремонтного фонда для поддержания активной части основных производственных фондов в работоспособном состоянии. Предложена методика обоснования структуры, мощности и развития ремонтной базы в рамках концентрации, специализации и кооперации ремонтных работ.
В шестой главе сформулированы принципы построения и основные функции подсистемы обоснования параметров технической эксплуатации карьерного оборудования, изложена функциональная структура автоматизированного рабочего места механика, даны методика расчета экономического эффекта и рекомендации по внедрению результатов работы.
В заключении изложены основные выводы по диссертационной работе и рекомендации по использованию её результатов. В приложении представлены: расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения результатов диссертационной работы, акты о принятии к использованию на предприятиях АК «АЛРОСА» Технологических карт ремонта машин, Временных норм расхода запасных частей и материалов для ремонта горного и обогатительного оборудования, примеры расчета объективного ремонтного фонда для отчетного периода и обоснования территориального размещения специализированного ремонтного участка.
Состояние ремонтного производства горных предприятий
Ремонт остается самым трудоемким вспомогательным процессом на горных разработках. На его долю приходится до 70% трудоемкости всех вспомогательных работ [3,107]. До сих пор самое необходимое специальное оборудование и механизмы для облегчения и обеспечения безопасности ремонтных работ производятся самими горными предприятиями. Численность ремонтного персонала составляет на железорудных карьерах 18%, на угольных разрезах - 25%. Трудозатраты на производство ремонтов составляют 20,4% затрат труда по карьеру. Низок уровень механизации ремонтных работ - доля ручного труда при ремонте составляет 76%. По данным ЕОКК, затраты на содержание оборудования за срок службы превышают затраты на изготовление в 5-12 раз [78]. В системе ТОР машин занято 15-50% общего числа работающих. Потребность в ремонтном персонале в условиях технического прогресса растет. Во всех странах растут стоимость машин и производство запасных частей. Ремонтники заняты 60-85% времени на неплановых ремонтах и только 15-40% - на плановом ТОР. Фактически система ППР предназначена не для управления техническим состоянием, а лишь для поддержания его на определенном, ниже оптимального, уровне.
Удельный вес работ по капитальному ремонту оборудования шахт на ремонтных предприятиях по стоимости составлял в 1991 году около 36%, а в 1993-1994 годах снизился до 29%. Объем восстановления изношенных деталей составлял по стоимости более 10% от стоимости КР, а в 1993-1994 годах снизился до 3%, несмотря на его экономическую эффективность [171].
В соответствии с РД 12.25.132-89 «Изделия угольного машиностроения. Порядок разработки эксплуатационных документов» в состав Руководства по эксплуатации (РЭ) входит раздел «Регламент технического обслуживания и текущего ремонта» в виде «Технологической карты ТОР», устанавливающей критерии предельного состояния, перечень, периодичность, последовательность выполнения работ, профессию и число исполнителей, продолжительность ТОР. Такая документация должна поставляться в комплекте с каждым изделием угольного машиностроения. На отдельные виды оборудования разработаны альбомы типовых технологических карт ТОР.
В условиях холодного климата по сравнению с условиями умеренного климата трудоемкость и стоимость технической эксплуатации горного оборудования возрастают на 27-36%. В северо-восточном регионе затраты на ТОР машин примерно в 2 раза выше, чем в центральных регионах страны [124]. На предприятиях АК «АЛРОСА» в сфере технического обслуживания и ремонта занято 35% от общей численности персонала, непосредственно не связанного с производством основной продукции [201]. Доля расходов на содержание горных машин и оборудования в производственных затратах находится в пределах от 17 до 43%. Методикой [145] рекомендуется учитывать климатические факторы при разработке норм расхода запасных частей. Для нормирования труда ремонтников рекомендуется использовать формулы расчёта элементарных типовых операций и переходов, разработанные НИИ труда [147].
Большая удаленность горных предприятий от развитой производственной инфраструктуры значительно увеличивает расходы на снабжение материально-техническими ресурсами и жизнеобеспечение работающих. Из-за слабо обоснованной амортизационной политики горным предприятиям не хватает финансовых средств на своевременное обновление машинного парка. Так, объем вскрыши и горной массы в АК «АЛРОСА» возрос с 1997 года по 2000 год на 46%. На столько же процентов возросли и затраты на ТОР оборудования, причем затраты на текущие ремонты возросли на 55%, а на капитальный ремонты - возросли на 21% [201]. Высокая себестоимость продукции горных предприятий, особенно в условиях холодного климата, снижает её конкурентоспособность на внутреннем и внешнем рынках.
Одной из основных причин высокой стоимости технической эксплуатации горного оборудования и высокой себестоимости продукции горных предприятий, работающих в условиях холодного климата в особенности, яв 21 ляется низкий технический и технологический уровень ремонтного производства вследствие несоответствия организационной структуры ремонтного производства её функциональному назначению, что препятствует централизации и специализации ремонтного производства, повышению качества ремонтных работ.
Формирование требований к технической эксплуатации карьерного оборудования
При решении проблемы эффективности эксплуатации машин добиться максимального успеха можно только через воздействие на многочисленные факторы, влияющие на износ и восстановление ресурса машин. Основные требования к процессу технической эксплуатации машин и задачи исследования определены на основе системного подхода к решению проблемы. В соответствии с системным подходом процесс технической эксплуатации горных машин и оборудования рассмотрен во взаимосвязи с процессами не только того же уровня, что и эксплуатация машин, но и с процессами более высокого уровня иерархии - производства и реализации продукции горного предприятия. Схема формирования требований к процессу технической эксплуатации горного оборудования представлена на рис. 1.1. Определяющим в установлении требований к технической эксплуатации являются требования заказчика продукции горного предприятия, которые выливаются в обеспечение минимальной цены и выполнения договоров по объемам поставок и качеству продукции. При заключении договора по поставкам продукции заказчик удостоверяется в способности горного предприятия произвести необходимое количество продукции в установленные сроки, определяемой также и уровнем системы управления технической эксплуатацией оборудования [217].
Динамический критерий оценки рационального срока службы машин для условий холодного климата
Годовые затраты на ТОР определены по документам бухгалтерского учета как сумма затрат на фактически выполненные ремонтные работы и затрат на запасные части и материалы для ремонта. Затраты на фактически выполненные ремонтные работы установлены по справкам, сметам и актам на выполненные ремонтные работы, а затраты на запчасти и материалы - по расходно-заборным картам материального склада.
Затраты на первый капитальный ремонт определены на основании типовых смет на капитальный ремонт конкретной марки оборудования. Продолжительность первого ремонтного цикла, а также динамика изменения стоимости и периодичности последующих капитальных ремонтов для экскаваторов, бульдозеров, буровых станков определены по данным исследований горного оборудования на карьерах Севера.
Расчет оптимальных сроков службы машин и оборудования проводился по математической модели, описанной в разделе 2.6. Период оценки для всех машин, в целях более точного выявления экстремальных значений динамического критерия эффективности, был принят равным 40 годам. В расчётах рационального срока службы по типам и наименованиям машин принимались изначально постоянными следующие исходные показатели: отраслевой нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (0,08); индекс годовой инфляции (0,03); коэффициент изменения балансовой стоимости оборудования (0,03); коэффициент изменения накладных расходов эксплуатационных затрат (0,01); коэффициент накладных расходов в первый год эксплуатации (0,2); нормативный коэффициент ликвидационной стоимости оборудования (0,1); норма накопления (0,33).
На основе математической модели (11) была разработана программа расчёта срока службы оборудования, реализованная на ПК. Это упростило ведение громоздких расчётов, учитывающих все многообразие влияющих параметров, и позволило оценить в условиях холодного климата рациональные сроки службы всех марок оборудования АК «АЛРОСА». Компьютерная программа позволяет варьировать отдельные параметры модели затрат, исследовать их влияние на рациональные сроки службы машин.
Результаты расчёта выдавались на печать в виде перечня исходных величин, табличных данных уровня затрат по годам эксплуатации, а также гра 74 фического изображения характера изменения динамического критерия во времени. В прил. 2 приведена сводная информация по рациональным срокам службы горных машин и оборудования АК «АЛРОСА», где также приведены данные по срокам службы техники, рекомендованным институтом «Якут-ниипроалмаз» и нормами амортизационных отчислений 1974 и 1990 гг. В прил. 3 дано описание работы программы «Срок службы», реализующая расчёт рационального срока службы по модели (11).
Рациональные сроки службы горного оборудования АК «АЛРОСА», полученные в результате проведенных исследований, приведены табл. П2.2. Сроки службы указаны с границей правостороннего 5-процентного интервала изменения динамического критерия относительно минимального значения. Тем самым обозначена зона рациональных сроков эксплуатации и замены оборудования с минимальными затратами. Это позволяет более гибко подойти к оценке срока замены машин, а также планированию проведения капитальных и текущих ремонтов техники. В зоне 5-процентного правостороннего интервала наименьших годовых затрат наиболее эффективна эксплуатация оборудования. В конце этой зоны рекомендуется заменить машину на новую.
Исходя из рекомендуемых рациональных сроков службы машин и оборудования, назначаются периоды и количество капитальных ремонтов техники. Такие периоды установлены и также приведены в табл. П2.2 для каждого типа машин и оборудования. Эти рекомендации следует рассматривать как временные, поскольку при продолжении работы в принятом глобальном направлении будут детально обоснованы трудоемкость и стоимость капитальных ремонтов, уточнены закономерности изменения других показателей, что может повлечь за собой частичное изменение рациональных сроков службы машин и оборудования.
Анализ результатов выполненных исследований (табл. П2.2) показывает, что рациональные сроки службы машин и оборудования, рекомендуемые на основе оценки динамического критерия, близки по своим значениям дан 75 ным, полученным ранее институтом Якутниипроалмаз. Это еще раз подтверждает эффективность намеченных Компанией мероприятий перехода на ускоренные нормы амортизации оборудования, эксплуатируемого в условиях Севера.
Разработанный для оптимизации срока службы машин, динамический критерий (11), по сравнению с критерием (1), дополнительно учитывает параметры процесса технической эксплуатации горного оборудования, которые оказывают влияние на значение динамического критерия затрат в условиях холодного климата. Предлагаемый динамический критерий исключает затраты, не связанные с техническим обслуживанием и ремонтом оборудования, учитывает динамику таких параметров как выработка, капитальные вложения, накладные расходы, трудовые и материальные затраты на текущие ремонты, периодичность и стоимость капитальных ремонтов оборудования, амортизационные отчисления, ликвидационную стоимость машин. Применение модернизированного динамического критерия позволяет более обоснованно определять рациональный срок службы оборудования в условиях холодного климата.
Предельные состояния и закономерности расходования ресурса деталей и узлов машин
Основные правила выбора критериев предельного состояния (ПС) сводятся к следующему. ПС элемента детали или сопряжения имеет место в одном из трех случаев: - деталь полностью потеряла свою работоспособность (произошел отказ); - параметр технического состояния детали достиг своего предельного значения, установленного нормативно-технической документацией на машину; - в снижении эффективности работы детали даже без потери работоспособности до такого уровня, при котором становится высокой трудоемкость её замены и восстановления, наносится материальный или технический вред сопряженным деталям или узлам (высокие затраты, аварийный износ, снижение производительности и пр.). Аналогично ПС узла или агрегата считается достигнутым в следующих случаях: - при нарушении его работоспособности, которое может быть устранено только капитальным ремонтом; - при снижении эффективности эксплуатации узла (агрегата), заключающегося, например, в чрезмерном увеличении трудовых и финансовых затрат, простоев машины из-за этого узла; - при возникновении вредных воздействий узла (агрегата) на другие узлы и агрегаты машины (высокая вибрация, шум). ПС машины имеет место, когда ПС достигают все или часть его основных узлов или агрегатов или когда эффективность ее эксплуатации снизилась до недопустимого уровня, оговоренного в нормативно-технической документации на машину или стандартах предприятия.
Критерии ПС делятся на технические и экономические, безусловные и условные, общие и локальные, прямые и косвенные. Технические критерии ПС содержат описание только технических признаков состояния машины. Экономические критерии ПС характеризуют эффективность эксплуатации машины, находящейся в различных состояниях. Безусловные критерии ПС характеризуются поломками, сколами, задирами или иными явными повреждениями, неоспоримо лишающими машину работоспособности. Условные критерии ПС отражают постепенно развивающиеся повреждения, приводящие к нарушению рабочих функций, вредному воздействию на другие элементы или создающих опасность близкого отказа. В случаях условных кри териев ПС неясно, когда оно явно наступит. Причем в ряде случаев условных критериев ПС может считаться достигнутым, даже если машина не потеряла свою работоспособность. Общие критерии ПС отражают его наступление независимо от локальных (местных) особенностей эксплуатации машины. Локальные критерии отражают специфику местных условий эксплуатации, вызывающих ПС (замерзание масла и др.) Косвенные критерии ПС используют, в частности, при диагностировании состояния изделий без разборки по косвенным признакам (шуму, вибрации, расходу топлива и масла, температуре, содержанию продуктов износа в масле и др.).
Для потенциально опасных объектов устанавливаются жесткие критерии ПС [170]. Для горного оборудования критерии ПС менее жесткие, так как его отказ в подавляющем большинстве случаев не приводит к катастрофическим последствиям. Для оценки предельного состояния элементов конструкций используется моделирование с использованием метода конечных элементов [183,187]. Прогнозирование деградации технических систем осуществляется, например, в химической отрасли [186], однако в горнодобывающей промышленности экспертных систем прогнозирования остаточного ресурса пока не разработано.
Процесс изменения технического состояния элемента машины (детали, узла, агрегата) рассматривается во времени как процесс расходования ресурса и изменения уровня качества его эксплуатации. Уровень качества эксплуатации характеризуется удельными затратами на эксплуатацию, которые зависят от наработки между плановыми ремонтами элемента машины. При чрезмерно большой наработке между очередными плановыми ремонтами элемента машины чаще происходят отказы, в результате чего велики затраты на неплановые ремонты и незначительны затраты на плановые ремонты. В случае частого проведения плановых ремонтов элемента машины будут эффективнее предотвращаться отказы, что приведет к большим затратам на плановые ремонты и сравнительно невысоким затратам на неплановые ремонты. Если учесть, что ремонт элемента машины в неплановом порядке вызывает несравнимо больше эксплуатационных издержек, чем в случае планового ре 91 монта, по причине более продолжительных простоем машин, дезорганизации основного процесса, то снижение числа отказов становится приоритетным в повышении эффективности эксплуатации горной техники.
Достижение минимума удельных затрат является целью эксплуатации элемента машины. Обеспечить минимальные затраты на эксплуатацию элемента машины в отсутствие диагностирования и достоверного прогнозирования остаточного ресурса возможно путём соблюдения наработки до планового ремонта, определяемой с помощью математической модели затрат вида
Моделирование процесса ремонтного обслуживания
Расчет критерия суммарных затрат по модели (34) ведется путём перебора вариантов регламента ремонта единичной машины при условии выполнения требования по продолжительности ремонтов в планируемом периоде. При составлении графика ремонта парка машин к рассмотрению принимаются те варианты регламента единичной машины, которые обеспечивают уровень надежности, достаточный для выполнения технологической нагрузки. Из них выбирается оптимальный вариант, который обеспечивает минимальные суммарные затраты, удовлетворяющие требованию по расходам на содержание единичной машины.
Алгоритм оптимизации регламента ремонта Для расчета продолжительности ремонтов и стоимости содержания оборудования в планируемый период разработана компьютерная программа «Регламент ремонта», блок-схема алгоритма которой изображена на рис. 4.2.
Порядок работы программы «Регламент ремонта» заключается в следующем: 1. Назначение периодичности ремонтов машины. 2. Оценка наработки сборочной единицы до ремонта, назначаемого по её остаточному ресурсу. При этом остаточному ресурсу подбирается соответствующая наработка до ремонта по правилу отнесения ее на j-й или j+1-й ремонт по критерию минимальной продолжительности или минимальной стоимости ремонта данной сборочной единицы в зависимости от приоритета. При этом определяется продолжительность (стоимость) ремонта сборочной единицы с учётом подготовительно-заключительных операций, а также уменьшения её за счёт совмещения (совпадения) части ремонтных операций с операциями других сборочных единиц на данном ремонте, используя «дерево» замен сборочных единиц.
3. Оценка наработок до ремонтов сборочной единицы, назначаемых по её среднему ресурсу в период после расходования остаточного ресурса с использованием закона распределения наработки между ремонтами. Отнесение сборочной единицы в состав j-ro или j+1-го ремонта производится по правилу, описанному в п. 2.
4. Оценка среднего числа ремонтов сборочной единицы, назначаемых по её среднему ресурсу в оставшийся период по закону распределения ресурса.
5. Вычисление по моделям стоимости и продолжительности ремонтов соответственно стоимости и продолжительности ремонтов каждой сборочной единицы за период прогнозирования.
6. Суммированием полученных таким образом стоимости и продолжительности ремонтов сборочных единиц вычисляется общая стоимость и продолжительность ремонтов единичной машины в прогнозируемом периоде.
7. С учетом ограничения по продолжительности простоев в ремонте выделяется рациональная область регламентов ТОР, удовлетворяющих поставленной цели технической эксплуатации машин и оборудования.
8. Составляется годовой график ремонта парка машин посредством равномерного распределения ремонтов единичных машин таким образом, чтобы суммарная трудоемкость ремонтных работ в сутки не превышала заданную.
Установление области оптимальных регламентов ремонта единичной машины позволяет при составлении годового графика ремонта по парку машин подобрать наиболее выгодный регламент ремонтного обслуживания, обеспечивающий с заданным риском выполнение технологической нагрузки с наименьшими затратами на содержание техники. По программе определяется также количество запасных сборочных единиц, необходимое для обеспечения ремонта машины в плановом периоде.
В ходе мониторинга технического состояния оборудования производится уточнение регламента ремонта с помощью описанной выше модели процесса технической эксплуатации. Таким образом, в процессе эксплуатации горных машин и оборудования с использованием полученных результатов теоретических исследований в регламентированное время или в необходимых случаях вырабатываются управленческие решения, реализация которых позволяет выполнить запланированные показатели по объемам работ и расходу материально-технических ресурсов на содержание техники.
Программа «Регламент ремонта» находится в стадии отладки. Её применение планируется в разрабатываемой Единой интегрированной системе управления (ЕИСУ) АК «АЛРОСА», а также на других АСУ горных предприятий.
Для функционирования ремонтных подразделений горного предприятия необходим ремонтный фонд. Ремонтный фонд горного предприятия предназначен для поддержания и восстановления ресурса основных средств и устанавливается обычно на основе суммы финансовых ресурсов, использованных в отчетном периоде, с учетом изменений в эксплуатации оборудования в плановом периоде. При этом недостаточно учитываются стоимость, структура и износ основных фондов, результаты использования средств ремонтного фонда, степень использования установленной мощности и др. Существующий метод обоснования ремонтного фонда (РФ) базируется на фактическом его размере, реализованном в отчетном периоде, с учетом возмож ных существенных изменений в сфере эксплуатации машин в плановом периоде. При этом часто допускается субъективизм в оценке ремонтного фонда конкретного подразделения, поскольку не устранялись недостатки и просчеты отчетного периода в использовании финансовых средств. Способ обоснования ремонтного фонда «от достигнутого» лишает его пользователей моральных и материальных стимулов к экономии ресурсов и снижению производственных издержек.
Для расчета ремонтного фонда предприятий Компании предлагается нормативно-экспертный метод (НЭ-метод), построенный на трех принципах: достоверности, объективности и экономичности (малозатратности) результатов [199].
Достоверность результатов расчета норматива РФ обеспечена: - учетом значительного числа факторов, влияющих на величину РФ; - ведением расчета норматива РФ на основе фактических значений частных показателей (более 60%), принимаемых или рассчитываемых по результатам работы предприятия в отчетном году (предшествующем планируемому периоду); - использованием в расчете только относительных, значит и более устойчивых во времени значениях показателей по сравнению с абсолютными показателями.
Объективность результатов расчета, то есть соответствие полученного норматива РФ фактическому состоянию основных фондов на конкретном предприятии, достигается за счет того, что: - частные показатели, влияющие на ремонтный фонд в отчетном году, объединяются с помощью математической модели в интегральный (обобщенный) показатель РФ, значение которого находится в пределах от 0 до 1;
