Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса 9
1.1. Постановка проблемы 9
1.2. Факторы, влияющие на параметры зоны ТО 12
1.3. Закономерности изменения факторов, влияющих на параметры зоны ТО 18
1.3.1. Закономерности изменения интенсивности эксплуатации автомобилей 19
1.3.2. Закономерности изменения фактической периодичности технического обслуживания 25
1.3.3. Закономерности изменения фактической трудоемкости технического обслуживания 30
1.4. Закономерность распределения наработок автомобилей между отказами 34
1.5. Существующие методики расчёта числа постов ТО 37
1.6. Выводы. Задачи исследований 41
2. Аналитические исследования 44
2.1. Общая методика исследований 44
2.2. Целевая функция 47
2.3. Структура системы 48
2.4. Взаимодействие элементов системы 50
2.4.1. Закономерности изменения факторов, формирующих поток требований на ТО 50
2.4.2. Изменение вероятности безотказной работы в зависимости от наработки автомобиля 52
2.4.3. Формирование затрат от простоя автомобилей в ТО и ремонте, строительства и обслуживания постов ТО 54
3.3. Методика обработки результатов экспериментальных исследований 82
3.3.1. Моделирование законов распределения 82
3.3.2. Моделирование законов распределения по цензурированным выборкам 84
3.3.3. Моделирование с помощью регрессионных моделей 86
3 .4. Результаты экспериментальных исследований 88
3.4Л. Модели закономерностей изменения фактических
периодичностей технического обслуживания 88
3.4.2. Модели закономерностей изменения фактических трудоемкостей технического обслуживания 89
3.4.3. Модели закономерностей изменения наработок между отказами 90
3.4.4. Оценка корреляционных взаимосвязей факторов 92
3.4.5. Модели закономерностей изменения оптимального числа постов технического обслуживания 95
3.5. Вывод к главе 3 101
4. Практическое использование результатов исследований и их эффективность 102
4.1. Программная реализация модели 102
4.1.1. Общие сведения программного продукта «Модель работы зоны ТО» 102
4.1.2. Ввод исходных данных 103
4.1.3. Файлы исходных данных 107
4.1.4. Результаты моделирования 108
4.2. Оценка экономической эффективности от использования результатов исследований 110
5. Основные результаты и выводы 115
Список использованной литературы
- Закономерности изменения факторов, влияющих на параметры зоны ТО
- Закономерности изменения факторов, формирующих поток требований на ТО
- Моделирование законов распределения по цензурированным выборкам
- Общие сведения программного продукта «Модель работы зоны ТО»
Введение к работе
Актуальность темы. Значительную роль в перевозке грузов и пассажиров, выполнении технологических операций играет автомобильный транспорт. Себестоимость продукции различных отраслей промышленности включает затраты на эксплуатацию автомобилей.
Своевременное и качественное выполнение операций технического обслуживания (ТО) способствует снижению затрат на эксплуатацию автомобилей и во многом зависит от параметров производственно технической базы.
Для ряда автотранспортных предприятий характерной особенностью является сезонная неравномерность интенсивности эксплуатации автомобилей. В связи с этим, объем технических воздействий, который необходимо проводить для поддержания автомобилей в исправном состоянии, также имеет существенные сезонные и случайные колебания. Это обстоятельство сказывается как на загрузке зоны ТО, так и на техническом состоянии подвижного состава.
При интенсивной эксплуатации автомобилей возрастает поток заявок на ТО. В этот период недостаточная пропускная способность зоны обслуживания приводит к нарушению периодичности и сокращению фактического объема операций ТО, вследствие чего увеличиваются затраты на ремонт и затраты от простоя автомобилей в ожидании ТО, снижается безопасность движения, увеличивается загрязнение окружающей среды. С другой стороны, снижение потока заявок на ТО приводит к простою исполнителей, технологического оборудования и площадей зоны обслуживания.
Существующие методы технологического расчёта количества постов ТО не в полной мере учитывают вариацию потока заявок на техническое обслуживание. Кроме того, они не учитывают затраты на строительство и содержание зоны обслуживания. Таким образом, существует проблема приспособленности зоны ТО к неравномерному потоку заявок. Изменение параметров зоны ТО для предприятий связано с материальными затратами. Поэтому для определения оптимальных параметров зоны ТО в условиях неравномерного потока заявок необходимо провести исследования.
Целью работы является снижение затрат, связанных с эксплуатацией автомобилей, путём определения и использования оптимальных параметров зоны ТО в условиях нестационарного потока заявок.
Объект исследований - процесс формирования и обслуживания нестационарного потока заявок на ТО.
Предмет исследований - закономерности изменения оптимальных параметров зоны технического обслуживания в условиях нестационарного потока заявок.
Научная новизна:
• выявлены факторы, влияющие на оптимальные параметры зоны ТО в условиях нестационарного потока заявок;
• выявлены закономерности влияния факторов на оптимальные параметры зоны ТО;
• разработаны математические модели этих закономерностей и экспериментально определены численные значения их параметров;
• разработана имитационная модель формирования и обслуживания нестационарного потока заявок на ТО.
Практическая ценность заключается в разработке программного обеспечения, реализующего имитационную модель формирования и обслуживания нестационарного потока заявок на ТО, использование которого позволяет определить оптимальные параметры зоны обслуживания и снизить этой основе затраты на эксплуатацию автомобилей.
На защиту выносится:
• перечень факторов, влияющих на оптимальные параметры зоны ТО;
• закономерности влияния факторов на оптимальные параметры зоны ТО; • математические модели влияния факторов на оптимальные параметры зоны ТО;
• программное обеспечение, реализующее имитационную модель формирования и обслуживания нестационарного потока заявок на ТО;
• оценка эффективности результатов исследований.
Апробация работы.
Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на региональной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации систем транспорта» (Тюмень, 2005), международной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации и обслуживания транс-портно-технологических машин» (Тюмень, 2006, 2007, 2008), всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 2007), региональной научно-практической конференции «Транспортный комплекс -2008» (Тюмень, 2008).
Реализация результатов работы. Разработанная методика внедрена в Управлении технологического транспорта и специальной техники №3 ООО «ГазпромтрансгазСургут». Кроме того, результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ при подготовке инженеров по эксплуатации автомобильного транспорта.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 10 статьях, в том числе 2 статьи опубликованы в рецензируемых периодических изданиях из списка ВАК.
Закономерности изменения факторов, влияющих на параметры зоны ТО
В качестве параметров зоны ТО можно выделить: число постов обслуживания, количество рабочих на посту, число смен, время работы одной смены, метод организации работ. В зависимости от параметров зоны ТО изменяется её пропускная способность.
Пост обслуживания представляет собой территорию, предназначенную для выполнения одной или нескольких однородных работ или операций процесса обслуживания, с необходимым оборудованием, приборами, приспособлениями и инструментом [18, с. 179].
Количество постов обслуживания является производным от программы по ТО и режима производства [34, с. 30]. С увеличением программы по ТО и уменьшением фонда рабочего времени поста, увеличивается количество постов. Поэтому, все факторы, влияющие на число постов ТО можно разделить на две группы (рис. 1.3). К первой группе относятся факторы, влияющие на программу ТО, ко второй - на фонд рабочего времени поста.
В свою очередь, программа ТО определяется исходя из количества автомобилей в парке, интенсивности их эксплуатации, периодичности и трудоемкости ТО.
Влияние численности подвижного состава на количество постов приводит Давидович Л.Н. (рис. 1.4). Видно, что скорость увеличения постов в зоне при увеличении обслуживаемых автомобилей снижается. На крупных АТП, как правило, лучше организация процесса и производственно-техническая база, что позволяет сокращать трудоёмкость ТО и ремонта автомобилей и капиталовложения в производственную базу [1, с. 133].
Подобный характер изменения капиталовложений от числа автомоби лей в парке отмечают Авдонькин Ф.Н. (рис. 1.5) и Кузнецов Е.С. (табл. 1.1). 400 95 90
На количество постов оказывает влияние интенсивность эксплуатации автомобилей. Давидович Л.Н.отмечает, что исходной величиной для определения количества постов служит количество воздействий, пропорциональное суммарному пробегу подвижного состава [34, с. 119]. Однако темп прироста трудоемкости обслуживания с увеличением годового пробега снижается (рис. 1.6).
Работа Довбни Б.Е. [37] посвящена влиянию сезонных изменений интенсивности эксплуатации на производственную программу предприятий по техническому обслуживанию автомобилей. Автор показывает, что потребность в автомобильных перевозках для разных отраслей промышленности существенно меняется по сезонам года и потребность парка в ТО в течение года различна.
Величина потребности в обслуживании автомобилей зависит от условий их эксплуатации (дорожных, климатических, нагрузочных), качества вождения и ремонта, принятой системы технического обслуживания и ремонта автомобилей [60, 107]. Согласно «Положению...», периодичность ТО необходимо корректировать в зависимости от условий эксплуатации и климатического района, в котором эксплуатируется подвижной состав [86]. Таким образом, условия эксплуатации и климат оказывают влияние на параметры зоны обслуживания через периодичность ТО.
В рекомендациях по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин приводятся коэффициенты для корректировки трудоёмкости и продолжительности ТО от числа машин в парке, разномарочно-сти парка и природно-климатических условий (табл. 1.2).
К холодному и очень холодному природно-климатическому району относится значительная часть территории. Автомобиль, поступающий на ТО или ремонт, имеют температуру окружающей среды, которая может достигать минус 50...60 С [99, с. 125]. В связи с этим, на автотранспортном предприятии предусмотрены посты ожидания в закрытых отапливаемых помещениях, где автомобиль принимает температуру, близкую температуре внутри помещения [99, с. 125]. Каракулев А.В. и Кириллов Г.Н. отмечают, что затраты труда и времени в условиях низких температур на выполнение технологических операций технического обслуживания и ремонта машин увеличива- ются[47, с. 18].
Кроме этого, отопление производственной базы при низких температурах существенно сложнее. Олыпаускас К., Кликунас С. отмечают, что затраты топливно-энергетических ресурсов при ТО, ремонте, хранении и других вспомогательных процессах (табл. 1.3) в зависимости от природно-климатических и других условий достигают 13-21% расхода топлива при перевозках [81, с. 28].
Закономерности изменения факторов, формирующих поток требований на ТО
Поток требований на ТО формируется в зависимости от интенсивности эксплуатации автомобилей, периодичности ТО и количества автомобилей в парке.
Закономерности изменения интенсивности эксплуатации автомобилей изучались в работе Довбни Б.Е. [37]. Показано, что интенсивность эксплуатации имеет три компоненты: трендовую, периодическую и случайную. Периодическая составляющая адекватно описывается гармоническим рядом с числом гармоник от 2 до 5 следующего вида: 1Т= ЪкСо8(т(Щ-Тк)), к=\ где к — номер гармоник; g — количество гармоник; Ik - полу амплитуда колебаний k-й гармоники; m - интервал между Tj и Т,+і (в градусах); Тк - начальная фаза колебаний (в месяцах). Наилучшую аппроксимацию случайной компоненты для распределения интенсивности эксплуатации обеспечивает закон Вейбулла, реже - экспоненциальный, логарифмически нормальный, нормальный, ТР-закон [37, с. 52].
При формировании потока требований на ТО необходимо учесть, что фактическая периодичность ТО варьируется относительно плановой. Специфика обслуживания конкретного автомобиля приводит к тому, что трудоемкость обслуживания тоже варьируется относительно плановой.
Описание распределений фактических периодичностей и трудоёмко-стей ТО возможно следующими законами рис. 2.4.
Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет [29, с. 13].
Изменение технического состояния автомобиля по мере его эксплуатации влияет на вероятность безотказной работы. Вследствие износа деталей автомобиля вероятность безотказной работы снижается. Техническое обслуживание призвано снизить интенсивность износа деталей, обеспечить работоспособность и исправность автомобиля при использовании его по назначению.
Установленный режим ТО должен обеспечить заданную вероятность безотказной работы при рациональных материальных и трудовых затратах. практике вероятность отказа можно оценить по левой части кривой распределения наработки между последним ТО и отказом автомобиля.
Чтобы определить вид и параметры закона, необходимо обработать цензурированную справа выборку. Для этого необходимо провести пассивный эксперимент.
Для определения затрат от простоя в ТО в имитационной модели под-считывается время нахождения каждого автомобиля в очереди после чего оно суммируется. Зная стоимость нормо-часа работы автомобиля и стоимость нормо-часа работы слесаря, можно определить упущенную выручку предприятия по формуле: ПР = 2-І ПР70 lS-авт + -нч) где ТПРТО - суммарное время простоя автомобилей в ТО, ч; Савт — стоимость нормо-часа работы автомобиля, руб; Сн ч - стоимость нормо-часа работы слесаря, руб. Затраты на ремонт от несвоевременного проведения ТО можно определить исходя из вероятности отказа, которая возрастает при увеличении периодичности ТО. На основании этого, в имитационной модели моделируется отказ автомобилей по системам, определяется отказавшая система, подсчи-тывается время нахождения автомобиля в ремонте, затраты на запасные части и затраты на оплату труда ремонтным рабочим. Распределение отказов по системам установлено Сергиенко Е.В. [100]. З-ГР 2-І ПРИ \ -а«т + н.ч) э где Тпртр - суммарное время простоя автомобилей в ТР, ч. Затраты на содержание поста включают: затраты на заработную плату слесарям, затраты на отопление, электроэнергию и др. Учитывая месячные затраты на содержание поста, можно рассчитать затраты на содержание зоны ТО за рассматриваемый период. 3 =3 -X -т - Сод JMec ууТО и где 3Сод — месячные затраты на содержание одного поста, руб; Хто - количество постов в зоне; т— рассматриваемый промежуток времени, мес. Затраты на строительство определяются исходя из затрат на строительство одного поста: о _ о V JCTP JCmp_n ТО где Зс п— затраты на строительство одного поста, руб;
Имитационное моделирование - это последовательное приближение (итерация), с помощью которого происходит поиск оптимального решения. При имитационном моделировании оптимальный вариант определяется не чисто математически строгими методами, как при аналитическом подходе, а путем последовательных приближений, перебирая те или иные структуры и численные значения факторов [39].
Разработка аналитических моделей для систем ограничена сложностью учета факторов, которые имеют сезонную и случайную компоненты. Часто разработка аналитических моделей, описывающих функционирование сложной системы, на данном этапе невозможна, так как это связано с решением дифференциальных уравнений высших порядков. Частные решения таких уравнений не всегда удовлетворяют требованиям из-за упрощения уравнений и наложения различных ограничений, которые приводят к существенным погрешностям. В таких случаях целесообразно использовать имитационное моделирование.
Моделирование законов распределения по цензурированным выборкам
Методика обработки цензурированных выборок отличается от выше описанной [4, 11, 97, 98, 105].
Обработке данных предшествует создание матрицы, в первом столбце которой размещают вариационных ряд, а второй столбец содержит индикаторный массив «0» или «1». В случае если значение наработки зафиксировано при отказе ставится значение «1», а если значение наработки получено окончанием времени эксперимента (в нашем случае проведено ТО) ставится значение «0».
Установление закономерностей влияния факторов на оптимальное число постов ТО предусматривает проведение корреляционного и регрессионного анализов. Методы корреляционного и регрессионного анализов позволяют решить следующие задачи [24]: выяснить, существует ли количественная связь между исследуемым явлением у и данными величинами Хь Хг, ... хп; какова форма связи (прямая, обратная, линейная или нелинейная) и каким уравнением её можно выразить; в какой мере результирующая величина у подвержена колебаниям, нє зависящим от каждой из влияющих величин х
Данные методы реализованы в программе Regress 2.5 [44] разработанной проф. Захаровым Н.С., которая использовалась для расчета статистических параметров моделей. Теснота корреляционных связей между факторами и функциями отклика оценивается по величине коэффициента парной корреляции г, если модель линейная, и корреляционного отношения г, если модель не линейная [25]: л х-у-Y — -х-у. г, аУ ГДЄ V п -1 .=1 Теснота корреляционной связи для множественной регрессии определяется коэффициентом множественной регрессии R [5,40]: ГДЄ г- = J—L-Z(yi-/( i(,,.-. ,,)a. V /г - m -1 i=i где m - число факторов.
Для определения значимости коэффициентов корреляции использовался критерий Стьюдента. Корреляционная связь считалась значимой, если выполнялось условие [44]: t= . Л//І — 2 /, 2 Г Г л/Г где tP - табличное значение критерия Стьюдента для доверитель ной вероятности Р и п - 2 степеней свободы. Адекватность математических моделей оценивалась по критерию Фишера и средней ошибке аппроксимации є. Модель считалась адекватной, если выполнялось условие [44]: S2 ост где F - дисперсионное отношение Фишера; Fp - табличное значение критерия Фишера для доверительной веро ятности Р и п-2 степеней свободы. 100%. — і v—11-У І Уpi П м у. Модель считается адекватной, если средняя ошибка аппроксимации не превышает 12... 15% [44].
Коэффициент эластичности и коэффициент влияния позволяют оценить изменение функции отклика от изменения фактора.
Частный коэффициент эластичности Я показывает, насколько процентов изменится значение результирующего признака с изменением одного фактора на 1% при фиксированных значениях других, и определяется по формуле [117]: х. У где aj - коэффициент модели при j-м факторе; х. у - средние значения і-го фактора и результирующего признака. Относительное влияние j-ro фактора на результирующий признак при изменении этого фактора от минимума до максимума показывает коэффициент влияния р, который рассчитывается по формуле [117]:
Общие сведения программного продукта «Модель работы зоны ТО»
Программный продукт разработан с помощью среды программирования Borland Delphi 7.0. Программа скомпилирована в один файл с названием «ModelTO». Для установки программы достаточно скопировать указанный файл в выбранную директорию на жестком диске.
Минимальные требования к аппаратным средствам: IBM совместимый компьютер с процессором не ниже класса Pentium И; 100 мегабайта свободной оперативной памяти; 2 мегабайта свободного пространства на жестком диске. Запуск программы осуществляет открытием файла «ModelTO», после чего появляется главное окно программы (рис. 4.1). Главное окно программы имеет: строку главного меню; поле ввода марок автомобилей; поле ввода даты начала и конца моделирования; поле ввода числа циклов имитации; ярлык, содержащий характеристики выбранной марки автомобиля; ярлык, содержащий значения показателей интенсивности эксплуатации выбранной марки автомобиля; ярлык, содержащий экономические показатели предприятия; ярлык, содержащий характеристики постов; индикаторы имитации одного и заданного числа циклов; индикатор количества рассчитанных постов
Для ввода марки автомобиля необходимо нажать на кнопку «Добавить». После этого появится диалоговое окно (рис. 4.2), которое содержит поле для ввода. После ввода необходимо нажать кнопку «ОК». Введите марку автомобиля Cancel
Если необходимо удалить одну или несколько марок, нужно выбрать марку и нажать на кнопку «Удалить».
Каждая марка автомобиля имеет свои характеристики. Для ввода значений необходимо нажать на ярлык «Характеристики марки» и выбрать марку, для которой будут вводиться значения. Все значения поля «Характеристики марки» необходимо заполнить для каждой марки автомобиля.
В поля «Периодичность ТО-1» и «Периодичность ТО-2» вводится нормативное значение наработки соответственно между ТО-1 и ТО-2.
В поля «Вариация фактической периодичности TO-I» и «Вариация фактической периодичности ТО-2» - значения коэффициента вариации, полученные в ходе обработки данных соответственно о фактической периодичности ТО-1и ТО-2.
В поля «Трудоемкость ТО-1» и «Трудоемкость ТО-2» - нормативное значение соответственно трудоемкости ТО-1 и ТО-2.
В поля «Вариация фактической трудоемкости ТО-1» и «Вариация трудоемкости периодичности ТО-2» - значения коэффициента вариации, полученные в ходе обработки данных соответственно о фактической трудоемкости ТО-1 и ТО-2.
В поле «Удельный вес данной марки в общей численности парка» - отношение количества автомобилей конкретной марки к общему количеству автомобилей в парке. Значение указывается в долях единицы.
В полях «Закон распределения фактической периодичности ТО-1», «Закон распределения фактической периодичности ТО-2», «Закон распределения фактической трудоемкости ТО-1», «Закон распределения фактической трудоемкости ТО-2» выбирается вид закона распределения.
Распределение отказов по системам автомобиля установлено в ранее выполненных исследованиях Сергиенко Е.В. [100].
После заполнений полей ярлыка «Характеристики марки» необходимо нажать на кнопку «Сохранить изменения в исходных данных».
Далее для каждой марки автомобилей заполняются поля в ярлыке «Интенсивность эксплуатации» (рис. 4.3).
Заносятся значения среднемесячного пробега. После ввода среднемесячного пробега необходимо нажать на кнопку «Сохранить изменения в исходных данных».
В полях «Закон распределения среднемесячного пробега» и «Вариация среднемесячного пробега» соответственно указывается вид закона распределения и значение коэффициента вариации полученных на основании обработки данных о суточных пробегах автомобилей.
В поле «Количество автомобилей в парке» - суммарное количество автомобилей на предприятии.
В поле «Время автомобиля в наряде» - количество часов эксплуатации автомобиля на линии.
Ярлык «Экономические показатели» содержат показатели характеризующие прибыль от эксплуатации автомобилей, затраты на содержание и строительство зоны ТО, затраты на ТО и ТР автомобилей (рис.4.4).
В ярлыке «Характеристики постов» в соответствующем поле выбирается метод организации проведения ТО (рис. 4.5). В зависимости от выбранного метода организации устанавливаются параметры зоны ТО.
