Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояние вопроса. постановка задач исследований 10
1.1 Современное стояние проблем проведения горноподготовительных выработок и тенденции развития в области механизации проходческих работ 10
1.2 Анализ состояния вопроса в области надежности горнопроходческого оборудования 14
1.3 Экономические аспекты надежности
горнопроходческого оборудования 19
1.4 Постановка задач исследования 24
2 Статистические исследования надежности проходческого оборудования 27
2.1 Анализ горнотехнических условий проведения подготовительных выработок угольных шахт Ростовской области 27
2.2 Структурный анализ отказов проходческого оборудования 31
2.3 Определение количественных значений показателей надежности проходческого оборудования 34
2.4 Анализ данных о надежности проходческого оборудования 65
3. Моделирование работы проходческого оборудования. исследования эффективности 76
3.1 Понятие проходческого механизированного комплекса как системы 76
3.2 Выбор и обоснование номенклатуры показателей надежности применительно к проходческому оборудованию 79
3.3 Требования к модели. Выбор метода моделирования
3.4 Формализация объекта моделирования 85
3.5 Оценка адекватности модели функционирования проходческого оборудования фактическим показателям 117
3.6 Исследования влияния основных факторов на критерий эффективности комплектов проходческого оборудования 119
3.7 Обоснование дополнительного критерия оценки надежности оборудования проходческой системы 127
4. Разработка методики выбора рациональных вариантов оборудования проходческой системы 130
4.1 Список требований для технического решения проходческого механизированного комплекта или комплекса 131
4.2 Разработка алгоритма выбора вариантов проходческого оборудования для заданных условий 133
4.3 Основные положения методики 141
4.4 Применение методики для анализа надежности отдельных машин и элементов 143
4.5 Пример реализации разработанной методики 146
4.6 Оценка экономической эффективности внедрения результатов исследования 149
Заключение 152
Список использованных источников
- Анализ состояния вопроса в области надежности горнопроходческого оборудования
- Структурный анализ отказов проходческого оборудования
- Требования к модели. Выбор метода моделирования
- Разработка алгоритма выбора вариантов проходческого оборудования для заданных условий
Введение к работе
Актуальность работы. Отличие угледобывающего предприятия от большинства других промышленных предприятий состоит в том, что затраты на приобретение и эксплуатацию оборудования и поддержание машин в работоспособном состоянии имеют более весомую часть, и по сути определяют эффективность работы предприятия. Горнопроходческие работы (ГПР) являются ключевым звеном в системе горного предприятия. В целях повышения их эффективности ведутся работы в направлении создания комплектов и агрегатов нового технического уровня технического перевооружения ГПР, проводятся значительные исследования, направленные на совершенствование механического способа разрушения с помощью исполнительных органов проходческих комбайнов, а также использование энергии высоконапорных струй воды в сочетании с механическим способом разрушения.
Одним из путей повышения эффективности ГПР ведущие специалисты считают разработку научно обоснованных процедур выбора горнопроходческого оборудования.
Решение такой задачи актуально по следующим соображениям:
- во-первых, существование множества вариантов проходческих машин, из которых для конкретных условий могут быть скомпонованы комплекты и комплексы (это оборудование для разрушения горного массива, удаления горной массы из призабойной зоны и крепления выработки);
- во-вторых, высокая стоимость оборудования и значительный уровень экономического риска;
- в-третьих, завышенные характеристики оборудования, рекламируемые заводами-изготовителями, вызывают необходимость в апробированных методах оценки фактических возможностей оборудования на основе моделирования процессов его эксплуатации;
- в-четвертых, неполнота информации о процессах эксплуатации горнопроходческих машин приводит к искаженным результатам оценки характеристик машин.
В результате анализа проведенных ранее исследований эффективности ГПР и путей ее повышения установлено, что существующие показатели, критерии и характеристики ее оценки, как правило, индивидуальны для каждой из машин. При оценке надежности, как одной из важнейших составляющих эффективности применения оборудования, недостаточно учитывается влияние фактических показателей надежности отдельных элементов проходческой системы на качество функционирования и выходной эффект системы в целом, а также случайный характер многих событий, таких как отказы оборудования, их ликвидация, изменение условий эксплуатации и других.
Таким образом, представляется актуальным научное обоснование и разработка метода выбора вариантов рационального проходческого оборудования на основании фактических показателей надежности и с учетом технико-экономической оценки конечной эффективности их применения.
Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа входит в состав исследований по научному направлению «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда», утвержденному решением Ученого Совета ЮРГТУ (НПИ) от 25.01.01 г., и выполнена в рамках темы П-53-767 «Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горнопроходческих машин», проводимых кафедрами «Технологические машины и комплексы» и «Сервис транспортных и технологических машин» в рамках НИР Шахтинского института (филиала) ЮРГТУ (НПИ).
Цель работы. Повышение эффективности горнопроходческих работ путем выбора рациональных вариантов проходческого оборудования на основе исследований фактических показателей надежности и технико-экономической оценки его функционирования.
Идея работы. Оценка эффективности проходческого оборудования и выбор рационального варианта комплекта машин для проведения подготовительных выработок осуществляется методом статистических испытаний с учетом фактора надежности по критерию минимизации приведенных затрат на эксплуатацию.
Научные положения:
- при проведении подготовительных выработок по породам с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова f=6-14 зависимость наработки на отказ бурильных и погрузочных машин от крепости описывается гиперболической функцией, время восстановления и коэффициент готовности – линейной;
- случайные величины наработки на отказ горнопроходческого оборудования подчиняются экспоненциальному и экспоненциально-степенному (двухпараметрическому распределению Вейбулла с параметром формы b=0,8-1,5) законам распределения, случайные величины времени восстановления - экспоненциальному и логарифмически-нормальному законам;
- выбор рациональных параметров горнопроходческих машин целесообразно производить на основе имитационно-статистической модели функционирования, с использованием метода статистических испытаний и генерацией потоков случайных чисел, подчиненных экспоненциальному, экспоненциально-степенному и логарифмически-нормальному законам распределения;
- надежность горнопроходческого оборудования характеризуется комплексным критерием - показателем тяжести отказа, учитывающим готовность машин к работе в реальных условиях эксплуатации и относительную стоимость восстановления работоспособного состояния.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных апробированных методов исследований: анализа научно-исследовательских работ, посвященных исследуемому вопросу; статистических методов планирования вычислительных экспериментов, выполненных с использованием современных ПЭВМ и программных продуктов; адекватностью теоретических моделей реальному процессу (расхождение расчетных и опытных данных в большинстве случаев не превышает 10%); достаточностью объема экспериментальных данных при уровне доверительной вероятности 0,9 и относительной ошибке не более 10 %.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- для полученных зависимостей показателей надежности бурильных и погрузочных машин от коэффициента крепости горных пород установлены численные значения коэффициентов уравнений регрессии на основе данных производственных наблюдений за работоспособностью горнопроходческого оборудования в подготовительных забоях;
- получены численные параметры законов распределения случайных значений наработки на отказ и времени восстановления проходческого оборудования;
- разработана математическая модель надежности технической системы: модель формирования потоков отказов и восстановлений работоспособности оборудования системы с учетом фактических показателей надежности позволяет имитировать процесс эксплуатации системы и устанавливать ее эффективность.
- предложен новый критерий оценки надежности проходческого оборудования для сравнения различных вариантов при одинаковых комплексных показателях, обеспечивающий возможность учета относительной стоимости восстановления работоспособного состояния.
Значение работы. Научное значение заключается в обосновании критерия оценки эффективности проходческого оборудования, позволяющего определять затраты на восстановление работоспособного состояния проходческой техники, и уточнении на его основе принципов выбора рациональных вариантов оборудования; описании процесса эксплуатации проходческой системы как стохастического с учетом фактических показателей надежности, благодаря которым учитывается реальная работоспособность машин; установлено соответствие применяемых законов распределения случайных величин потокам отказов и восстановлений составляющих элементов системы на основе экспериментально полученных данных.
Практическое значение состоит в том, что ее результаты, в частности, методика, алгоритм и программное обеспечение используются при выборе горнопроходческих машин и оценке их характеристик эксплуатационной надежности техники применительно к конкретным условиям эксплуатации и направлены на дальнейшее совершенствование методов проектирования проходческих систем.
Внедрение результатов диссертационной работы. Основные результаты диссертационных исследований приняты к применению техническими службами шахт и угольных предприятий ЗАО «Управляющая компания «Гуковуголь»; нашли отражение в «Методике организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах проходческого оборудования в условиях Российского Донбасса», утвержденной и принятой к использованию ОАО «Ростовуголь», ОАО «Гуковуголь» и ОАО «КМЗ»; «Методике выбора рациональных вариантов оборудования проходческой системы», утвержденной и принятой к использованию ЗАО «Управляющая компания «Гуковуголь».
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях Шахтинского института ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) (1996-2008 г.г.), на IX международной научно-практической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» г. Пенза (2008 г.), на симпозиуме «Неделя горняка-2009» г. Москва, на научных семинарах кафедр «Технологические машины и оборудование» и «Сервис транспортных и технологических машин» ШИ (Ф) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 13 научных работ.
Автор выражает признательность доктору технических наук Г.Ш. Хазановичу, а так же коллективам кафедр «Сервис транспортных и технологических машин» и «Технологические машины и оборудование» ШИ (Ф) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) за оказанную поддержку и методические советы на различных этапах исследований.
Анализ состояния вопроса в области надежности горнопроходческого оборудования
В настоящее время в мировой практике проведения подготовительных выработок по крепким породам основным остается буровзрывной способ. Происходит соревновательное развитие буровзрывной и комбайновой проходческих систем, и, несмотря на появившийся опыт, у каждой из систем остается своя рациональная область применения. Проводятся значительные исследования, направленные на совершенствование механического способа разрушения с помощью исполнительных органов проходческих комбайнов, а также использование энергии высоконапорных струй воды в сочетании с механическим способом разрушения, однако, альтернативы проведения выработок буровзрывным способом при крепости пород f 7 пока нет.
Известно, что в последние 30 лет в СССР и в России предпринимались попытки технического перевооружения горнопроходческих работ (ГПР). Однако, несмотря на это, уровень технико-экономических показателей ГПР в течение длительного времени снижается [1]. Уменьшается скорость проведения выработок, растут удельные затраты труда, падает производительность. Эти тенденции влекут за собой увеличение стоимости горноподготовительных работ, что сказывается на росте фондоемкости добычи и снижении рентабельности угольных шахт, на конкурентоспособности угольного топлива.
В числе главных причин сложившейся ситуации названы: усложнение горно-геологических и технологических условий проведения выработок, а именно, увеличение глубины разработки, повышение газообильности пластов, увеличение доли вскрывающих и подготавливающих выработок больших сечений, рост коэффициентов крепости вмещающих пород и присечки боковых пород, несовершенство средств механизации горнопроходческих работ, а также недостаточно эффективная организация технического обслуживания и ремонта в совокупности с невысоким уровнем надежности говорит об актуальности настоящей работы.
На территории Российского Восточного Донбасса на данный момент функционируют 15 угольных предприятий, эксплуатирующих горнопроходческое оборудование. Парк техники для проведения выработок поделен в следующем соотношении: 87% составляют погрузочные и буропогрузочные машины, 13% - проходческие комбайны; используются также скреперные установки и средства бурения, призабойный транспорт, крепеустановщики, средства механизации вспомогательных работ. В связи с сокращением темпов обновления проходческого оборудования за последние 10 лет число бу-ропогрузочных и погрузочных машин, находящихся в эксплуатации, снизилось в 1,45 раза, бурильных установок - в 1,4 раза. Оставшаяся проходческая техника имеет на 60-70% отработанный ресурс, что приводит к значительным простоям и затратам на поддержание работоспособного состояния. Парк погрузочных машин на шахтах Восточного Донбасса состоит на 42 % из машин ковшового типа и 58% с нагребающими лапами. Основной объем работ по бурению шпуров в забоях под анкеры выполняется колонковыми сверлами и пневматическими перфораторами на пневмоподдержках.
Для удаления горной массы из призабойного пространства используются следующие транспортные средства: рельсовый с погрузкой в одиночные вагонетки - 7,5%; в составы вагонеток через перегружатели - 34,1%; конвейерный в виде сочетания скребкового и ленточного - 47,4%; с погрузкой на телескопический конвейер - 2,3%; в самоходные вагонетки - 2,9% и другие варианты - 5,8%. Как правило, применяют перегружатели, выполненные на базе скребковых лавных конвейеров; специализированных транспортных установок такого типа заводского изготовления нет.
Разработке и совершенствованию горнопроходческого оборудования посвящены работы Бунина В.И., Водяника Г.М., Гедованова А.К., Глебова Н.А., Горбунова В.Ф., Дмитрака Ю.А., ДокукинаА.В., Евневича А.В., Каль-ницкого Я.Б., Клорикьяна В.Х., Коршунова А.Н., Крапивина М.Г., Ляшенко Ю.М., Малевича Н.А., Малиованова Д.И., Михайлова В.Г., Нильвы Э.Э., Носенко СИ., Носенко А.С., Ошерова Б.А., Солода В.И., Солода Г.И., Сысоева Н.И., Топчиева А.В., Хазановича Г.Ш., и многих других.
В настоящее время перспективными направлениям совершенствования технологии и механизации проведения горных выработок считаются: - интенсивный поиск новых оригинальных решений по усовершенствованию формы и конструкции проходческого оборудования, создание нового оборудования более высокого технического уровня; - многовариантная интеграция различных форм совмещения - временного, операторного и агрегатного; - компоновка различных модификаций оборудования на базе небольшого числа унифицированных узлов и агрегатов; - широкое внедрение гидравлического привода: для бурильных установок - привод бурильной головки вращательного и вращательно-ударного действия; погрузочных машин - привод ходовой части и погрузочного органа; конвейерного транспорта - регулирование работы натяжных устройств, использование клинового конвейера с гидроприводом поступательного действия; разработка гидравлических крепеустановщиков для монтажа арочной и прямоугольной крепи; - научно обоснованный выбор рациональных технических решений и параметров проходческого оборудования для конкретных горногеологических условий.
К настоящему моменту выбор рациональных технических решений и параметров проходческого оборудования производится по методикам, основанным на закономерностях взаимодействия их со средой с учетом современных классификационных признаков. В ряде работ [2, 3] утверждается, что существующие классификации по конструктивному или технологическому признакам не позволяют намечать перспективные решения. При этом считается, что наиболее общим классификационным признаком является функциональный, характеризующий взаимодействие системы со средой. Применительно к горным машинам такую структурную систематизацию очистных и транспортных средств осуществили проф. В.И. Солод и Г.И. Солод. Для средств механизации проведения выработок аналогичная структурная систематизация с использованием функционального признака разработана доктором технических наук В.Ф. Горбуновым и кандидатом технических наук А.Д. Эллером [4, 5].
Проектирование систем горнопроходческих машин осуществляется по разработанным методикам, результатом которых является формирование паспорта проведения и крепления горной выработки. Выбор призабойного оборудования, автоматизированный синтез технических решений и их параметрическая оптимизация рассматриваются как основные этапы решения задачи.
Структурный анализ отказов проходческого оборудования
В соответствии с поставленными задачами исследования для информационного обеспечения данными об эксплуатационных качествах проходческого оборудования, была разработана «Методика организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах проходческого оборудования в условиях Российского Донбасса» [41]. Реализация этой методики подразумевает выполнение следующих этапов: - систематическое изучение опыта эксплуатации оборудования в различных горно-геологических условиях; - подробное описание каждого отказа, причины и вида отказа; выявление слабых мест и конструктивных недостатков; - определение перечня быстроизнашиваемых узлов по каждому типу машин с фиксацией в памяти компьютера; - анализ фактических данных о работоспособности машин и определение по поставляемым машинам количественных показателей надежности, предусмотренных Руководящим документом РД 12.25.120-88 (наработка на отказ, удельное время восстановления, ресурс до капитального ремонта и другие).
Для выполнения вышеперечисленных этапов предусматривалось выполнение следующий порядок действий: - обработка информации о работоспособности и надежностью оборудования прошлых лет; - организация пунктов сбора первичной информации на местах эксплуатации проходческого оборудования; - заполнение опросных листов, с указанием условий использования оборудования, объема проводимой выработки до начала наблюдений; - ведение журналов непосредственных наблюдений за работой и отка зами проходческого оборудования в комплексе (бурение, погрузка, транс порт, крепление), в них предусмотрена регистрация даты отказа, наименова 36 ниє отказавшего узла или детали, причина отказа, способ устранения, трудоемкость и продолжительность устранения отказа и профилактических работ, наработка узла (детали) до отказа и объем выполненных работ за месяц; - составление и заполнение «Эксплуатационного паспорта изделия» для новых машин, поступающих на шахту с завода-изготовителя; - контроль над объективностью заполнения документации; - обработка полученной информации и расчет данных о работоспособности и надежности оборудования по результатам обработки журналов наблюдений, отчетной документации, актов о выходе из строя и т.д, опросных листов, паспортов проведения выработок.
Для определения показателей надежности проходческих машин в проходческих забоях шахт Восточного Донбасса были проведены хронометраж-ные наблюдения. Наблюдения проводились по выборочному методу, сущность которого состоит в том, что имеется некоторая большая совокупность объектов, называемая генеральной совокупностью. Взять под наблюдение все N эксплуатируемые проходческие машины практически невозможно. Поэтому из числа N выбирается п машин, которые образуют выборку. По результатам наблюдений за п машинами требуется описать всю генеральную совокупность. Для того чтобы по данным выборки можно было достаточно уверенно судить о признаках генеральной совокупности, необходимо, чтобы выборка была представительной.
В общем случае необходимое число объектов для проведения наблюдений зависит от следующих факторов: законов распределения параметров; величины рассеяния результатов испытаний, характеризуемой коэффициентом вариации v; точности оценок, характеризуемой величиной доверительной вероятности оценки Д средней относительной погрешности оценок эксперимента S.
Определение объема выборки на практике обычно производится в следующем порядке: 1) установление средней ориентировочной величины изучаемого показателя X; 2) установление среднеквадратичного отклонения т, 3) оценка коэффициента вариации v= а/Х ; 4) установление закона распределения изучаемого показателя; 5) выбор необходимой относительной погрешности эксперимента 5= Ах/Х, определяющей границы возможных значений параметра, Хп(1-д) Х Хп(1+д), (2.1) где Хпи Х- среднее выборки, состоящей из п изделий, и среднее генеральной совокупности; 6) выбор величины доверительной вероятности, характеризующей дос товерность относительной точности эксперимента. Методы расчета, необходимого для испытаний числа объектов, делятся на параметрические, когда известен вид закона распределения исследуемой случайной величины, и непараметрические, когда вид закона распределения неизвестен. Если функция плотности вероятности задана в виде экспоненциального закона распределения /(/)=Лв-А, (2.2) то число N объектов наблюдений определяют в зависимости от относительной ошибки 5 среднего значения tCp (средней наработки до первого отказа, среднего ресурса, среднего срока службы, среднего времени восстановления) исследуемой случайной величины с доверительной вероятностью Д. Относительную ошибку д определяют по формуле: SJBZIC (23) СР где tB - верхняя односторонняя доверительная граница; tCp - среднее значение. Рекомендуется [55] использовать стандартные односторонние доверительные вероятности Д равные 0,80; 0,90; 0,95; 0,99.
Требования к модели. Выбор метода моделирования
В соответствии с ГОСТ 27.003-90 и представленными результатами во второй главе настоящей работы все проходческие машины относят: — по определенности назначения изделия к изделиям конкретного назначения (ИКН), имеющее один основной вариант применения; — по числу возможных состояний к изделиям II вида, которые, кроме работоспособного или неработоспособного состояний, могут находиться в некотором частично неработоспособном состоянии, при котором происходит снижение качества функционирования, но не приводящие к ее полному отказу; — по режимам применения (функционирования) к изделиям многократного циклического применения; — по последствиям отказов к изделиям, отказы или переход в предельное состояние которых не приводят к последствиям катастрофического (критического) характера и вызывают незначительные или "умеренные" экономические потери; — по возможности восстановления работоспособного состояния к изделиям восстанавливаемым; — по характеру основных процессов, определяющих переход в предельное состояние, к изделиям стареющим и изнашиваемым одновременно; — по возможности и способу восстановления технического ресурса путем проведения плановых ремонтов к ремонтируемым изделиям обезличенным способом; — по возможности технического обслуживания к изделиям обслуживаемым.
Под эффективностью применения проходческой системы понимается достижение выходного эффекта - проведение горной выработки с минимальными затратами на эксплуатацию оборудования с заданной производитель 80 ностью при соблюдении заданных показателей надежности, номенклатура которых приводится ниже (терминология по ГОСТ 27.002.89): Кр - коэффициент готовности; P(tn) - вероятность безотказной работы за время проходческого цикла (to); P{te ) - вероятность восстановления (за заданное время te); Тв - среднее время восстановления; Т0 - средняя наработка на отказ; Tp.cp.cn средний ресурс до списания; Т р.Ср.к.р " средний ресурс до капитального ремонта. В соответствии с ГОСТ 27.002.89 основными терминами и определениями, принятыми в теории надежности, являются следующие: 1) Наработка на отказ (Т0) - это средняя продолжительность работы между двумя последовательными отказами: и т =— (3-і) где t0l - интервал времени между последовательными отказами; п - число отказов за время наблюдений. 2) Время восстановления (Тв) - среднее время устранения одного отка за: и Г = , (3.2) где tei- время устранения і-отказа. Для характеристики потока отказов или восстановлений используются показатели Я и //. Параметр потока отказов Я равен среднему числу отказов в единицу времени и является величиной, обратной наработке на отказ: х=т;К (з.з) Параметр потока восстановлений ц. равен среднему числу восстановлений в единицу времени и является величиной, обратной времени восстановления: м=т;.1 (3.4) Не менее важной характеристикой надежности является вероятность безотказной работы. Функция P(t) характеризует вероятность того, что в течение времени t не будет отказа машины, то есть: P(t)=P(T0 t). (3.5) Это выражение называют функцией надежности. 3) Коэффициент готовности - вероятность того, что изделие будет работоспособно в произвольно выбранный момент времени в промежутках между выполнениями планового технического обслуживания» или Кг= Т . (3.6) То+Тв Основываясь на различии технической (QT) и эксплуатационной (Оэ) производительности машины, считаем наработку Т, определенную с использованием От, наработкой по чистому времени работы машины (Тм), а наработку Т, определенную с помощью Оэ наработкой по общему времени работы машины (Т0). Соответственно определяем и коэффициент готовности.
Среднее время восстановления Тв в общем случае включает: время на обнаружение неисправности (t0gH); время на вызов ремонтной службы (tebi3); продолжительность поиска и доставки запасных частей (t ); непосредственное время на устранение отказа (tHe). Часть перечисленных составляющих зависит только от технологичности машины (to6ll; tHe), а часть - от организации технического обслуживания (tebmtm)- ПОЭТОМУ СЛЄДУЄТ раЗЛИЧаТЬ Общее ВреМЯ ВОССТаНОВЛеНИЯ: Тов = 1обн+ 4ш+ tm+ tm и технически необходимое время восстановления отказа: Ттв = обн не Коэффициенты готовности, определенные по Тов и Ттв, также имеют различный смысл. Коэффициент Кг, определенный по Т0в, характеризует надежность машины при сложившемся уровне технического обслуживания (ТО), а определенный по Ттв - при организации технического обслуживания, исключающей простои машины из-за вызова ремонтной службы, поиска и доставки запасных частей. Учитывая приведенные выше рассуждения, взаимосвязь коэффициентов готовности представляем следующей схемой (рисунок 3.3).
Все четыре варианта коэффициента рассчитываются в результате обработки одних и тех же производственных данных. Для сравнения разнотипных машин по показателям надежности более объективным следует считать коэффициент І гмч так как этот коэффициент характеризует машину без учета влияния существующего уровня организации проходческих и ремонтных работ. Коэффициент іґго можно использовать только для количественной оценки надежности однотипных машин, работающих в сходных горнотехнических условиях эксплуатации.
Разработка алгоритма выбора вариантов проходческого оборудования для заданных условий
Критерий наибольшего среднего результата в практике исследования операций получил наибольшее распространение. Это обусловлено аддитивностью показателя среднего результата (3.28), что в значительной мере в некоторых случаях облегчает его расчет. Однако показатель среднего результата (3.27), лежащий в основе этого критерия, не учитывает в явном виде требуемый результат.
В случаях, когда определен требуемый результат операции, критерий наибольшей вероятностной гарантии лучше согласован с целью операции, чем критерий наибольшего среднего результата. Последний не учитывает дисперсии, характеризующей рассеяние реального результата операции. Решения, принимаемые на основе критерия наибольшей вероятностной гарантии, могут существенно зависеть от уровня требуемого результата. Аналогичный вывод можно сделать в отношении критерия наибольшего гарантированного результата, при котором решения зависят от уровня гарантии а. Критерий наибольшего гарантированного результата используют при достаточно высоком уровне степени гарантии (а 0.6ч-0.7).
Критерий наибольшей вероятностной гарантии результата представляется наиболее полно отвечающим задачам настоящей работы в силу следующих причин. При исследовании проходческого оборудования под эффективностью принято понимать совокупность трех составляющих - производительности, трудоемкости и стоимости показателей [1]. При выборе одной из этих составляющих целевой функцией, две другие непременно выступают в качестве ограничений. При этом, в зависимости от целевой функции, для одних и тех же условий эксплуатации, могут оказаться эффективными совершенно разные системы проходческих машин. Например, если целевой функцией выбрана производительность оборудования, то оптимальным вариантом может стать высокопроизводительный импортный комплекс (если позволяют ограничения по стоимости и трудоемкости). Если же целевой функцией выбрана стоимость, которую необходимо минимизировать, то оптимальным вариантом, скорее всего, окажется недорогая отечественная техника, уступающая импортной по производительности и трудоемкости обслуживания (в пределах заданных ограничений). Выбор целевой функции осуществляет за казчик, дающий задание на исследование существующей или проектирование новой системы.
Все три составляющие понятия «эффективность» зависимы от целого ряда случайных факторов и, следовательно, сами являются величинами случайными. Вместе с тем, четко определен требуемый результат операции, т. е. требуемая производительность (или трудоемкость, или стоимость) разрабатываемой либо исследуемой системы. Критерий наибольшей вероятностной гарантии требуемого результата обладает определенной универсальностью, которая заключается в том, что в качестве требуемого результата может выступать и производительность, и трудоемкость, и стоимость готовой выработки. Таким образом, в качестве критерия эффективности принимаем наибольшую вероятностную гарантию обеспечения системой требуемого результата. При оценке сравниваемых между собой технических решений из множества принятых к рассмотрению стратегий, которыми являются наборы проходческого оборудования, на основе условия (3.30), будет выбрана та, для которой вероятность достижения требуемого результата будет наибольшей: и :maxP(Q. QTP), и :maxР(Тр, ТрТР), и :maxP(Cj СТР), иєт иєт usm где и - структура проходческой системы, одна из т допустимых, обеспечивающая требуемый уровень производительности QTP, трудоемкости Тртр или Л стоимости Стр с максимальной вероятностной гарантией P(Qi QTp) л л Р(Тр; Tpjp) или P(Ci Cjp ) соответственно. 3.4.3.4. Выбор и обоснование целевой функции Эффективность проходческих систем принято оценивать следующими величинами [1]: производительностью системы (?, м /см, м /ч; удельной тру-доемкостью Т, чел.-смен/м ; удельными энергозатратами Э, кДж/м ; удель-ными стоимостными показателями С, руб/м . Очевидно, что производительности проходческой системы зависит от удельной трудоемкости, эти показатели вместе с удельными энергозатратами образуют удельную стоимость проходки С, в которой интегрированы все составляющие расходов: заработная плата (Сзп) рабочих - проходчиков Спр, слесарей С , инженерно-технического персонала СИТР, амортизационные отчисления на реновацию
Общепризнанным универсальным показателем являются удельные за-траты на сооружение 1 м готовой выработки. Сопоставлять, оценивать и оптимизировать варианты проходческого оборудования по этой величине весьма сложно, поэтому в соответствии с целью исследования следует рассматривать затраты на эксплуатацию проходческого оборудования. Этот показатель характеризует технический уровень машин, эффективность их модернизации, экономическую целесообразность применения. Для получения достоверных результатов необходимо определить взаимосвязь составляющих приведенных затрат с трудоемкостью работ и производительностью проходческой системы.
Выбор целевой функции должен быть осуществлен путем анализа показателей, влияющих на выходные характеристики механизированных процессов: удельная трудоемкость механизированных операций и производительность оборудования, приведенные (удельные) затраты на эксплуатацию оборудования. Какой бы из указанных показателей не был принят к рассмотрению в качестве целевой функции, другие будет являться важнейшим ограничением. Задача повышения эффективности может быть решена следующим способом: обеспечением минимальных удельных затрат на эксплуатацию оборудования для механизированных операций (C= MIN) при обеспечении производительности не ниже заданной Q QTP, где QTP - минимальная требуемая производительность проходческого оборудования; и при требуемой удельной трудоемкости их обслуживания (Т ТТР), где ТТР - максимальная требуемая трудоемкость работ, определяемая имеющимися трудовыми ресурсами.
Выбор целевой функции должен быть в первую очередь согласован с целью и задачами настоящей работы, предметом которой являются вопросы механизации проведения выработок буровзрывным способом. Одним из результатов должно стать выявление влияния уровня надежности машин на конечный результат работы проходческой системы, а так же улучшение выходных характеристик последней. Сопоставлять варианты горнопроходческого оборудования по величине С является актуальным для предприятий, эксплуатирующих проходческую технику. Кроме того, расходы будут содержать часть статистически постоянных членов, зависящих от производительности проходческой системы. Поэтому в качестве целевой функции принимаем приведенные (удельные) кім горной выработки в целике затраты на эксплуатацию оборудования С, выбрав в качестве ограничения уровень производительности системы не ниже заданного.
