Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса 7
1.1. Роль производственно-технической базы в достижении целей технической эксплуатации автомобилей 7
1.2. Проектирование и реконструкция производственно-технической базы 12
1.3. Проблема определения параметров ПТБ АТП с учетом климатических условий 14
1.4. Факторы, влияющие на параметры ПТБ АТП 21
1.5. Влияние климатических условий на параметры ПТБ АТП.
Учет климатических условий при проектировании ПТБ АТП 23
1.6. Выводы. Задачи исследований 35
2. Аналитические исследования 37
2.1. Общая методика исследований 37
2.2. Концептуальная модель формирования площадей производственных помещений 39
2.3. Модели формирования площадей производственных помещений с учетом климатических условий эксплуатации автомобилей 52
2.4. Моделирование затрат на отопление зданий для ТО и Р автомобилей 55
2.5. Моделирование закономерностей влияния параметров ПТБ на затраты 62
2.6. Выводы по главе 2 67
3. Экспериментальные исследования 68
3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 68
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований 68
3.2.1. Методики сбора статистических данных о фактических параметрах ПТБ 68
3.2.2. Методики проведения имитационного эксперимента 70
3.2.3. Планирование эксперимента 71
3.3. Методика обработки результатов экспериментальных исследований 72
3.4. Результаты экспериментальных исследований 74
3.4.1. Фактические параметры ПТБ 74
3.4.2. Закономерности формирования площадей производственных помещений 76
3.4.3. Закономерности формирования затрат на строительство 84
3.4.4. Закономерности формирования затрат на отопление 84
3.4.5. Оптимизация толщины стены 85
3.5. Выводы по главе 3 89
4. Практическое использование результатов исследований 90
4.1. Основные направления использования полученных результатов 90
4.2. Программное обеспечение для расчета теплотехнических характеристик проектируемых сооружений 90
4.2.1. Описание внутреннего строения проекта 90
4.2.2. Динамически присоединяемые библиотеки 93
4.2.3. Проведение расчетов с использованием программы 94
Основные результаты и выводы 100
Список использованной литературы
- Роль производственно-технической базы в достижении целей технической эксплуатации автомобилей
- Концептуальная модель формирования площадей производственных помещений
- Методика проведения экспериментальных исследований
- Основные направления использования полученных результатов
Введение к работе
Актуальность темы. Автомобильный транспорт - это то, без чего невозможно представить себе современную жизнь. Грузоперевозки, пассажироперевозки, скорая медицинская помощь, пожарная охрана, коммунальное обслуживание и многие другие сферы ныне существующей инфраструктуры трудно представить без применения автомобиля. Уже сто лет автомобильный транспорт является помощником в тяжелой работе, перевозчиком грузов, попутчиком в дальней дороге, предметом роскоши или спортивных достижений. А для того чтобы весь этот многочисленный подвижной состав, независимо от предназначения, исправно работал, необходимо обеспечить его качественным обслуживанием.
Качественное обслуживание возможно при хорошей производственно-технической базе (ПТБ) и высококвалифицированном персонале. Обратим внимание на первую составляющую системы обслуживания автомобилей.
ПТБ состоит из так называемой активной и пассивной частей основных производственных фондов [91]. Для эксплуатационных автотранспортных предприятий (АТП) активной - являются транспортные средства, а пассивной -здания, сооружения, технологическое оборудование и инструмент. Для сервисных предприятий активной частью являются технологическое оборудование оснастка и инструмент, а пассивной - здания и сооружения. Конечно, пассивная часть и тех и других предприятий не приносит никаких доходов, но корпуса для проведения технического обслуживания (ТО) и текущего ремонта (ТР), стоянки с системами предпускового обогрева, топливозаправочные хранилища, эстакады и т.д. неизменно необходимы и косвенно влияют на снижение транспортных затрат.
В условиях севера Тюменской области зданиям и сооружениям ПТБ предъявляются повышенные требования к сохранению тепла (теплопередачи конструкции). На удержание заданного температурного режима и создание комфортных условий труда влияют многие факторы: конструкции и капитальность зданий и сооружений ПТБ АТП; площади помещений ПТБ; типы и конструкции системы теплоснабжения и вентиляции. В настоящее время этот ряд вопросов не достаточно исследован, поэтому выбранная тема актуальна.
Тема диссертации соответствует пунктам 14 «Развитие инфраструктуры перевозочного процесса, технической эксплуатации и сервиса» и 19 «Методы ресурсосбережения в автотранспортном комплексе» области исследования, обусловленной паспортом специальности 05.22.10.
Работа выполнялась при поддержке грантами губернатора Тюменской области 2001 и 2004 годов, полученными на конкурсной основе.
Целью работы является снижение затрат на строительство и содержание производственно-технической базы путем установления закономерностей влияния климатических условий на параметры ПТБ и совершенствование на этой основе методики проектирования АТП.
Объект исследований - закономерности влияния климатических условий на параметры ПТБ автотранспортных и сервисных предприятий.
Предмет исследований - закономерности влияния климатических условий на параметры производственных корпусов для ТО и ТР автотранспортной техники.
Научная новизна:
• Выявлены факторы влияющие на параметры зданий для ТО и ремонта ПС автомобильного транспорта с учётом климатических условий.
• Установлены закономерности влияния значимых факторов на параметры ПТБ и разработаны их математические модели.
• Разработана имитационная модель влияния внешних факторов и внутренних параметров на затраты, связанные со строительством, содержанием и отоплением зданий для ТО и ТР автомобилей.
• Разработана методика определения параметров зданий для ТО и ТР автомобилей. Практическая ценность заключается в разработке методики оптимизации параметров производственно-технической базы для технического обслуживания и ремонта автомобилей, использование которой позволяет снизить суммарные затраты на строительство и содержание зданий для ТО и ТР автомобилей.
На защиту выносятся:
• факторы влияющие на параметры зданий для ТО и ремонта ПС автомобильного транспорта с учётом климатических условий;
• закономерности влияния значимых факторов на параметры ПТБ и разработанные на их основе математические модели;
• имитационная модель влияния внешних факторов и внутренних параметров на затраты, связанные со строительством, содержанием и отоплением зданий для ТО и ТР автомобилей;
• методика определения параметров зданий для ТО и ТР автомобилей.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены,
обсуждены и одобрены на междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы эксплуатации машин в суровых условиях» (Тюмень, 2002), научно-практическом семинаре междунар. выставки-ярмарки «Транспортный комплекс - 2002», международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 2005), международной научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (Тюмень, 2006), на научных семинарах кафедры эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин ТюмГНГУ.
Реализация результатов работы. Разработанная методика внедрена в Управлении технологического транспорта и специальной техники №3 ООО «Сургутгазпром». Экономический эффект составляет 50 ... 3120 руб. на один автомобиль в год. Кроме того, результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ при подготовке инженеров по эксплуатации автомобильного и технологического транспорта.
Роль производственно-технической базы в достижении целей технической эксплуатации автомобилей
Производственно-техническая база АТП - это совокупность зданий, сооружений, оборудования, оснастки и инструмента, предназначенных для ТО, ремонта и хранения подвижного состава, а также создания необходимых условий для труда и отдыха персонала. Все, что входит в границы территории АТП, что находится над землей на земле и под землей - все это ПТБ. И от того, как размещена, как спроектирована, как укомплектована база, как организованно производство по ТО и ремонту зависит конкурентоспособность и жизнедеятельность предприятия.
Авторы [53] называют ПТБ материальной основой в системе мероприятий технической эксплуатации автомобилей. В дереве систем технической эксплуатации производственно-технической базе отведено второе место после системы организации ТО и ремонта. И это закономерно, трудно представить техническую эксплуатацию автомобилей без ремонтных мастерских, зданий технического обслуживания, оборудования для ремонта, измерительных и регулирующих приборов и инструмента.
ПТБ делится на активную и пассивную части [91, стр. 40]. В свою очередь основные производственные фонды так же делятся на активную часть -технологическое оборудование, и пассивную - здания и сооружения. Обратим внимание на здания и сооружения ПТБ.
Давидович Л. Н. [32], кроме общего определения ПТБ, пишет следующее: «Совокупность предприятий и сооружений вместе с подвижным составом образует основные фонды автомобильного транспорта, эффективное использование которых является ближайшей и основной задачей в области капитального строительства на автомобильном транспорте», - подчеркивая тем самым важность строительных аспектов. С ним согласны ряд авторов [72, 46], ставящих задачу повышения эффективности капитальных вложений и снижения стоимости строительства ПТБ.
Карагодин В.И. [44, стр. 19] дает следующее определение: «Система ремонта автомобилей, как часть системы ТО и ТР представляет собой ПТБ по ремонту автомобилей и их составных частей, предназначенную для выполнения ремонтных воздействий, предусмотренных принятой стратегией ремонта, по технологии и при материально-техническом воздействии, регламентированных нормативно-технической документацией».
На рис. 1.1 выделены показатели, определяющие вклад рассматриваемых в диссертационной работе мероприятий в прирост конечного продукта, в себестоимость перевозок, и, следовательно, в эффективность работы автомобильного транспорта.
Рассматривая дерево систем технической эксплуатации автомобилей, предложенное Кузнецовым Е.С. [118, с. 501], необходимо отметить две подсистемы первого уровня: С оз - «Производственная база» и С107 - «Условия эксплуатации».
Эти подсистемы в наибольшей степени влияют на поток отказов автомобилей (С о?) и возможности по устранению отказов (С 0з).
Из подсистем второго уровня, входящих в систему С1оз наиболее значимы в рассматриваемом аспекте следующие (рис. 1.2): С оз1- обеспеченность производственно-технической базой; С2оз2 - оптимизация мощности и структуры базы; С2озз - совершенствование проектной документации по строительству и реконструкции предприятий.
Кроме того, представляют интерес и подсистемы группы С 07 (рис. 1.2): C2o7i - совершенствование классификации условий эксплуатации, учет природно-климатических, дорожных, транспортных условий и интенсивности использования автомобилей, поскольку условия эксплуатации влияют на поток отказов.
При рассмотрении проблем обеспечения работоспособности автомобилей Захаров Н.С. выделяет внутри транспортной системы подсистему "Автомобили -условия эксплуатации" (А-УЭ) [38, с. 21]. Отмечается, что при функционировании указанной подсистемы возникает реакция R, направленная во внешнюю по отношению к ней сторону (рис. 1.3). Для эффективной работы транспортной системы необходимо компенсировать эту реакцию, то есть восстанавливать подсистему А-УЭ.
Концептуальная модель формирования площадей производственных помещений
На первом этапе исследований сформулированы следующие исходные аксиомы. Аксиома 1: площадь помещений зданий для ТО и ТР тем больше, чем больше число постов. Аксиома 2: число постов ТО и ТР зависит от количества обслуживаемого ПС, категории условий эксплуатации ПС, климатических условий, модификации ПС, интенсивности эксплуатации ПС, условий хранения ПС. Аксиома 3: высота помещений зданий для ТО и ТР зависит от габаритной высоты обслуживаемого ПС, оборудования постов (наличие подъемников, подвесного подъемно-транспортного оборудования). Аксиома 4: толщина стены (из определенных материалов) зависит от климатических условий района строительства. Аксиома 5: материал стен выбирается в зависимости от срока службы здания. Аксиома 6: окружающая среда по-разному действует на разный материал стен. Аксиома 7: чем больше объем здания, тем больше затраты на его содержание и отопление (при прочих равных параметрах). Аксиома 8: затраты на отопление зависят от климатического района строительства и теплопередающих свойств ограждающих конструкций. Аксиома 9: площади помещений ТО зависят от выбранного метода организации работ. Аксиома 10: рациональное компоновочное решение помещений экономит общую площадь здания.
Кроме того, выдвинута следующая гипотеза: оптимальные значения параметров ПТБ зависят от количества и свойств подвижного состава, природно климатических условий, способа застройки, материала здания, системы теплоснабжения.
В соответствии с поставленной целью и выдвинутой гипотезой предложена целевая функция: существуют такие значения параметров ПТБ, которым соответствуют минимальные суммарные затраты на строительство, отопление и обслуживание зданий для ТО и ТР автомобилей (рис. 2.2): срт. JoTon.i. "" - обсл. ПИП где Зетр. - затраты на строительство; Зотопл. - затраты на отопление зданий и сооружений; 3„бсл. - затраты на обслуживание и ремонт зданий и сооружений. Далее устанавливались факторы, влияющие на компоненты суммарных затрат. Затраты на строительство зависят от: площади зданий; , района строительства (климатические условия); строительных материалов; капитальности зданий и сооружений; срока службы зданий и сооружений. Затраты на отопление зависят от: теплового сопротивления ограждающих конструкций; системы отопления; вида отопительного оборудования; вида энергоносителя отопительной системы; цены энергоносителя.
Затраты на обслуживание и ремонт зданий и сооружений зависят от: капитальности зданий и сооружений; отделочных материалов; срока службы зданий и сооружений. На следующем этапе определена структура изучаемой системы. Система разбита на четыре подсистемы: подсистема 1 «Внешние условия - площади зданий»; подсистема 2 «Внешние условия - затраты на строительство»; подсистема 3 «Внешние условия - затраты на содержание и ремонт»; подсистема 4 «Внешние условия - затраты на отопление».
Рассматриваемая система относится к сложным. Поэтому использование эмпирического подхода с целью связать входные параметры с выходными по методу «черного ящика» позволит найти только частное решение. Для описания работы системы с учетом изменения внешних факторов и внутренних параметров необходимо использовать имитационное моделирование.
В качества входа в систему рассматриваются назначение предприятия и планируемый район его расположения. Система разбита на четыре подсистемы.
Подсистема 1 представляет собой перечень факторов, влияющих на определение площадей зданий для ТО и ТР: Асс - среднесписочное количество автомобилей в парке; К - структура (разномарочность) парка; / - интенсивность эксплуатации автомобилей; Lmo - периодичность ТО; L - пробег (наработка) автомобилей с начала эксплуатации до КР или списания; Г- трудоемкость ТО и ТР; Тм - длительность рабочей смены; С - число смен работы; Рт - число рабочих на постах обслуживания и ремонта.
Основными факторами влияющими на ПТБ предприятий автомобильного транспорта, авторы [32, 72] кроме выше перечисленных, добавляют: техническое состояние подвижного состава; категория условий эксплуатации; природно-климатические условия. Рассмотрим все эти факторы.
Тип подвижного состава зависит от вида и объема перевозок. Количество автомобилей определяется расчетом исходя из: объема перевозок, характера грузов, пробегов, числа жителей и средней дальности поездки пассажиров для пассажирских АТП [41,46, 53,49, 72, 73,115].
Среднесуточный пробег автомобилей или интенсивность их эксплуатации - показатель, влияющий на периодичность осмотров и обслуживании. При изменении этого показателя, варьируется интенсивность эксплуатации, которая определяет частоту ТО, а количество обслуживании является показателем для выбора метода обслуживания машин и расчета количества постов или линий, которые в свою очередь являются основным показателем при определении площадей зданий.
Периодичность ТО-1, ТО-2 зависит от категории условий эксплуатации, при расчете учитывается коэффициентом К/, и природно-климатических условий -К3.
Методика проведения экспериментальных исследований
Эксперимент проводился на предприятиях города Тюмени и городах Тюменской области. Суть эксперимента заключалась в сборе статистического материала о фактических параметрах ПТБ, фактических затратах на содержание зданий, значения климатических факторов. Собирались следующие данные: 1. Название предприятия. 2. Место расположения ПТБ, 3. Общая площадь занимаемая АТП, 4. Год строительства АТП. 5. Год реконструкции или капитального ремонта, 6. Компоновка зданий на АТП. 7. Площадь занимаемая зданием(ями), м . 8. Высота здания, м. 9. Назначение здания. 10. Конструкция зданий. 11. Строительный материал. 12. Вид отопления, отопительный(е) прибор(ы). 13. Назначение здания. 14. Конструкция зданий: наружные стены, кровельное покрытие, пол, окна, дверь, ворота. 15. Строительный материал (по порядку от внутренней стороны ограждающей конструкции до наружной) и толщина слоев, мм; 16. Расход тепловой энергии (фиксировался по месяцам и заносился в таблицу).
Данные о фактических значениях климатических факторов в течение года по месяцам. Источники информации при определении значений климатических факторов приведены втабл. 3.1.
Второй этап предусматривал эксперимент на имитационной модели с целью установления закономерностей влияния внешних факторов на внутренние параметры системы (в том числе параметры ПТБ), а также внешних факторов и внутренних параметров на компоненты затрат, включенных в целевую функцию.
Методика экспериментальных исследований включает: планирование эксперимента; сбор статистического материала путем расчетов на модели; обработку результатов эксперимента; анализ результатов экспериментов.
План эксперимента предусматривал вариацию среднесписочного количества автомобилей на тринадцати уровнях (от 100 до 1200 единиц), среднегодовой температуры - на пяти уровнях (-7,8, -3,4, 0,9, 2,0, 9,5 С), материала стен - на трех уровнях (кирпич, железобетонные плиты, сэндвич-панели), срок службы здания - на пяти ... семи уровнях в зависимости от материалов стен (от 5... 10 до 25...80 лет), толщины стен - на пяти уровнях (кирпич - 380, 510, 640, 770, 900 мм; железобетонные панели - 200, 250, 300, 350,400 мм; сэндвич-панели - 60,100, 130, 160, 200 мм).
Четыре фактора (среднегодовая температура, толщина стен, срок службы, материал стен) изменялись по полному плану, остальные — по неполному с обязательным включением максимальных и минимальных значение и хотя бы одного промежуточного.
Собранный статистический материал, сгруппированный по выборкам, обрабатывался по известным методикам. Сначала выборки исследовались на наличие грубых отклонений. Затем разбивались на интервалы. В каждом интервале подсчитывалось число попаданий, частота попаданий, эмпирическая функция распределения. Далее устанавливалось эмпирическое распределение, подбирались теоретические законы, проверялись гипотезы о виде законов распределения.
Далее рассчитывались параметры закона распределения и проверялось соответствие теоретического закона эмпирическому.
Оценка соответствия эмпирического распределения выбранному теоретическому проводилась по критерию Пирсона % [42]. Расчетное значение X не должно превышать табличное для данного числа степеней свободы с определенной вероятностью 0,95.
Описанная методика реализована в программе «REGRESS 2.5», с использованием которой проводились расчеты.
Для определения численных значений параметров математических моделей и оценки их адекватности использовался аппарат корреляционно-регрессионного анализа.
Применялась известная методика, в соответствии с которой при установлении влияния факторов на параметры ПТБ сначала выбиралось уравнение регрессии, затем рассчитывались его параметры и статистические характеристики с использованием программы «REGRESS 2.5» [42].
Оценка тесноты парных корреляционных связей между факторами и функциями отклика проводилась по величине коэффициентов парной корреляции [42]. Оценка значимости коэффициентов корреляции проводилась по критерию Стьюдента. Корреляционная связь считалась значимой, если расчетное значение t-статистики превышало табличное с заданной вероятностью. В расчетах табличное значение критерия Стьюдента выбиралось для доверительной вероятности 0,95 и для определенного числа степеней свободы.
Проверка адекватности математических моделей проводилась по критерию Фишера и средней ошибке аппроксимации. Модель считалась адекватной, если дисперсионное отношение Фишера превышало табличное значение критерия Фишера для доверительной вероятности 0,95 и п-2 степеней свободы. Кроме того, модель считалась адекватной, если средняя ошибка аппроксимации не превышала 12...15% [42].
Основные направления использования полученных результатов
Полученные результаты можно использовать для оптимизации параметров ПТБ на стадии проектирования или реконструкции. Главный результат диссертационной работы - имитационная модель, связывающая условия эксплуатации, подвижной состав, параметры ПТБ с затратами на строительство, содержание, отопление. Модель позволяет оценивать экономические последствия принятия тех или иных планировочных решений, выбора материалов, толщины стен для предприятий определенной мощности, предназначенного для обслуживания и ремонта автомобилей определенных марок и моделей. Модель программно реализована в виде трех модулей: PTBProject - моделирование подсистемы 1 «Внешние условия - площади зданий»; Smeta - моделирование подсистемы 2 «Внешние условия - затраты на строительство» и подсистемы 3 «Внешние условия - затраты на содержание и ремонт»; RPP - моделирование подсистемы 4 «Внешние условия - затраты на отопление».
Проект приложения для расчета теплотехнических характеристик проектируемых сооружений содержит четыре основные формы: MainForm - основная форма проекта; BlanketForm - форма ввода начальных данных; TrnoForm - форма ввода данных для теплотехнического расчета наружных ограждений; RtnsoForm - форма ввода данных для расчета тепловой нагрузки на систему отопления.
Основная форма проекта содержит два объекта ValueListEditor для отображения введенных данных и результата соответственно. Данные объекты позволяют выводить данные типа «имя/значение» в наиболее доступной форме. В верхней части основной формы проекта содержится меню программы, позволяющее получить доступ к остальным программным функциям. Текст файла main.pas при основной форме программы содержит описания следующих процедур и функций: процедуры выбора просматриваемых введенных данных; процедуры инициализации основной части проекта при создании формы; процедуры удаления временных файлов; процедур вызова контекстных меню; процедуры выбора просматриваемых результатов вычислений; процедуры корректного отображения содержимого формы при изменении параметров ее вида; процедуры сохранения результатов в файл текстового формата.
Также в инициализационной части программы основной формы содержатся описания вызова процедур и функций из внешних динамически присоединяемых к основной части программы библиотек, таких как: процедура вывода сообщений об ошибке; процедура перевода данных из списка данных во временный массив в памяти компьютера; функция получения результатов теплотехнического расчета наружных ограждений; функция получения результатов расчета тепловой нагрузки на систему отопления.
Форма ввода начальных данных содержит поле выбора города, где проектируется сооружение, и поле выбора ориентации фасада сооружения. Текст файла blanketf.pas при данной форме программы содержит описания следующих процедур и функций: основной процедуры выбора данных из базы данных в зависимости от исходных данных, а также записи этих данных во временный файл для дальнейшего использования; процедуры инициализации формы.
В инициализационной части программы формы ввода начальных данных содержатся описания вызова процедур и функций из внешних динамически присоединяемых к основной части программы библиотек, таких как: процедура создания директории для временных файлов; процедура перевода данных из строки данных во временный массив. Форма ввода данных для теплотехнического расчета наружных ограждений содержит поля для выбора типа помещения, характера производственной деятельности а также поля для выбора материалов из которых изготавливаются стены и перекрытия проектируемого сооружения и толщины каждого материала в отдельности. Текст файла trno.pas при данной форме программы также содержит описания необходимых процедур и функций, содержание которых несет тот же смысл что и содержание описания процедур и функций в файле blanketf.pas.
Форма ввода данных для расчета тепловой нагрузки на систему отопления содержит поля для ввода данных о варианте конструкции помещения, высоте здания и типе оконной системы. Описания процедур и функций в файле rtnso.pas при данной форме идентичны описаниям процедур и функций в фале blanketf.pas.
Вызов содержащихся в динамически присоединяемой библиотеке процедур и функций из основной программы проекта осуществляется после объявления данных процедур в модуле программы с параметром external и указанием библиотеки.
Проект проектируемого приложения содержит три динамически присоединяемых к основной программе библиотеке.
Библиотека ext.dll содержит общие процедуры и функции, относящиеся ко всем частям программы, такие как: процедура перевода данных из строки данных во временный массив в памяти компьютера, основанная на разбиении строки данных на отдельные части и выделение этих частей в качестве отдельных элементов массива; процедура перевода данных из списка данных во временный массив; процедура создания директории для временных файлов программы; процедура вывода сообщений об ошибках.
Библиотека tmo.dll содержит все необходимые процедуры и функции для проведения теплотехнического расчета наружных ограждений. Преимущество от использования библиотеки заключается в том, что при изменении описания процедур и функций отпадает надобность проводить повторную компиляцию всего проекта в целом, а также в более рациональном использовании памяти компьютера.
