Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса 7
1.1. Специфика и перспективы эксплуатации грузовых автомобилей, осуществляющих перевозку строительных грузов.
1.2. Основные причины, определяющие необходимость создания запасов запасных частей и материалов на уровне АТП
1.3. Анализ методов управления запасами запасных частей 18
1.4. Выводы по первой главе. Задача исследования. 25
Глава 2. Теоретические исследования
2.1. Определение факторов, оказывающих влияние на рациональный уровень запасов запасных частей
2.2. Методика определения совокупности элементов, лимитирующих надежность АТС
2.3. Математическая модель определения и планирования потребности в запасных частях.
2.4. Методика планирования и управления оптимальным уровнем запасов запасных частей на уровне АТП.
2.4.1. Построение и общее описание методики 58
2.4.2. Реализация модели 60
Выводы по второй главе 64
Глава 3. Экспериментальные исследования 65
3.1. Методика сбора и обработки информации для разработки модели 65 управления запасами
3.1.1. Общие предпосылки и положения 65
3.1.2. Структура необходимой информации, используемой в процессе 66 разработки модели определения и планирования потребности в 34 и методы ее обработки
3.2. Общие положения проведения экспериментальных исследований 74
3.3. Оценка надежности элементов, узлов и агрегатов грузовых автомобилей Scania
3.4. Результаты оценок элементов конструкции автомобилей Scania, лимитирующих надежность в тяжелых условиях эксплуатации Выводы по третьей главе 90
Глава 4. Результаты исследования 91
4.1. Результаты оценки потребности в запасных частях и материалах на уровне автотранспортного предприятия
4.2. Система управления уровнем запасов запасных частей материалов на уровне автотранспортного предприятия. Выводы по четвертой главе 120
Общие выводы 122
Список литературы
- Основные причины, определяющие необходимость создания запасов запасных частей и материалов на уровне АТП
- Методика определения совокупности элементов, лимитирующих надежность АТС
- Построение и общее описание методики
- Оценка надежности элементов, узлов и агрегатов грузовых автомобилей Scania
Введение к работе
Актуальность работы. В условиях высокой конкуренции в сфере грузовых перевозок, ориентированных на обслуживание строительного комплекса, к транспортным компаниям и организациям предъявляются жесткие требования по оказываемым транспортно-экспедиционным услугам. Вышеотмеченные требования в значительной степени зависят от надежности автотранспортных средств (АТС), которая напрямую оказывает существенное влияние на формирование потребности в запасных частях (ЗЧ) с целью обеспечения заданного уровня работоспособности подвижного состава и безопасности его эксплуатации. Это вынуждает пересматривать и оптимизировать политику в сфере формирования, хранения и управления запасами (УЗ) ЗЧ для снижения эксплуатационных затрат и повышения рентабельности перевозочного процесса. В то же время, в процессе определения объема запасов необходимо учитывать оптимальную потребность в запасных частях для конкретных условий эксплуатации АТС, с учетов особенностей эксплуатации. Таким образом, появляется противоречие между необходимостью минимизировать расходы на запасные части, их доставку и хранение и отсутствием оптимальной системы управления запасами ЗЧ на уровне автотранспортного предприятия (АТП). Исходя из данного противоречия, можно сформулировать проблему исследования, а именно: какая должна быть система управления запасами ЗЧ на уровне АТП, чтобы обеспечить минимальные расходы на приобретение, доставку и хранение ЗЧ, в условиях жестких требований к качеству оказываемых услуг, с учетом особенностей эксплуатации подвижного состава обслуживающего предприятия строительного комплекса.
Объектом исследования является процесс формирования и удовлетворения потребности в запасных частях для АТС на уровне АТП. Предметом диссертационного исследования являются методы управления запасами запасных частей.
Целью диссертационного исследования является разработка основных теоретических и методических положений организации и управления объемами запасов ЗЧ на предприятиях оказывающих транспортно – экспедиционные услуги строительному комплексу.
Основными задачами исследования являются:
-
определить основные подходы, принципы и методы формирования и управления запасами ЗЧ;
-
разработать математическую модель определения и планирования потребности в ЗЧ;
-
разработать методику сбора и обработки информации для модели управления запасами ЗЧ;
-
разработать методику определения элементов конструкции АТС лимитирующих надежность;
-
реализовать разработанную модель.
Научная новизна диссертационного исследования:
- методика определения совокупности элементов, лимитирующих надежность АТС;
- математическая модель определения и планирования потребности в ЗЧ;
- методика планирования и управления оптимальным уровнем запасов ЗЧ.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в повышении эффективности функционирования автотранспортных предприятий, за счет системного подхода к формированию и управлению объемами запасных частей, обеспечивающих снижение простоев автотранспортных средств и оптимизации оборотных средств компании.
Реализация результатов работы. Разработанная методика использовалась компанией “ТрансМан” при прогнозировании потребности в запасных частях для автомобилей Scania.
Апробация и публикации работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на 67 (2009 г.), 68 (2010 г.), 69 (2011 г.), 70 (2012 г.) и 71 научно-методических и научно – исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ)(2013 г.), 8-ой международной научно практической конференции “Образование и наука” (2012 г.) г.София, а также на научно-техническом совете компании ТрансМан (2012 г.)
По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Положения выносимые на защиту:
-
методика определения совокупности элементов, лимитирующих надежность АТС
-
математическая модель определения и планирования потребности в ЗЧ
-
совокупность элементов лимитирующих надежность АТС
-
методика управления уровнем запасов ЗЧ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка используемых источников (78 наименований). Работа изложена на 246 страницах машинописного текста, включая 32 рисунка и 27 таблиц.
Основные причины, определяющие необходимость создания запасов запасных частей и материалов на уровне АТП
При вероятностном стационарном типе спроса его функция плотности вероятности неизменна во времени, а при нестационарном вероятностном - функция плотности вероятности спроса изменяется во времени.
Известно, что наличие товарных запасов, в данном случае запасов 34 АТС, приводит к замораживанию капитала, овеществленного в этих запасах. Этот капитал представляет для организации потерянную стоимость, в форме неиспользованных возможностей инвестирования, или невыплаченных процентов. Кроме того, наличие запасов вызывает определенные издержки, связанные с их хранением (необходимые площади, оборудование, персонал, затраты на управление запасами, их страхование и т. д.). В то же время, следует принимать во внимание то обстоятельство, что спрос на необходимые комплектующие (агрегаты, механизмы, узлы, детали), для обеспечения своевременности ремонта, содержит долю неопределенности. Поэтому снижение уровня запасов приводит к увеличению вероятности того, что возникает дефицит в запасных частях, что уже само по себе является источником несвоевременности обслуживания и ремонта АТС и, в конечном итоге, источником убытков в сфере перевозок и обслуживания клиентов.
В любом случае целью управления запасами и использования для этого соответствующих моделей является помощь лицам, принимающим решения, в определении рациональных (или оптимальных) уровней заказов и сроков их подачи. При этом политика организации подачи заказов должна обеспечивать минимизацию общих издержек и потерь на хранение, приобретение, а также возможных убытков, вследствие отсутствия необходимых запасных частей и элементов.
В этих условиях успешное практическое применение могут найти методики планирования в потребности и управлении запасами 34, базирующиеся на применении технико-экономического и экономико-математического методов а также методов теории управления запасами, на основе использования математического аппарата статистических исследований, теории восстановления и теории массового обслуживания [45,52,56,60,69 и др.] и пр.
Первая группа, из отмеченных методов, - методы технико-экономических расчетов - предусматривают разделение совокупного запаса в зависимости от целевого назначения на отдельные группы, например, номенклатурные или ассортиментные позиции. Затем для этих групп отдельно рассчитываются страховой, текущий и сезонный запасы. Каждый из этих уровней также может быть разделен на более мелкие составляющие, например, страховой запас на случай нарушения поставок, или, страховой запас на случай увеличения спроса и т.д. Метод технико-экономических расчетов позволяет довольно точно определять необходимый размер запасов, но отличается большой трудоемкостью.
Вторая группа методов - экономико-математические - позволяют определять норму запаса на основе построенных математических моделей УЗ, либо с помощью метода экстраполяции (сглаживания) (методы скользящего среднего, экспоненциального сглаживания) прогнозировать будущий запас на основе темпов изменения и тенденций в образовании и запасов в предыдущем периоде. Эффективность работы систем УЗ во многом зависит от того, насколько точно будет предсказан спрос на ресурс и, следовательно, насколько правильно будет проведено нормирование, что является довольно сложной задачей.
Формирование и контроль за запасами являются основными составляющими, влияющими на своевременное устранение дефицита или затоваривания. На процесс управления запасами существенное влияние оказывают случайные параметры - колебание спроса, объемы партий и интервалы между поставками, поскольку они находятся под влиянием многих случайных факторов. Эти факторы необходимо учитывать при формировании рациональных уровней запасов 34. При этом должно быть обеспечено поддержание такого соотношения спроса, затрат на приобретение 34 и их хранение, а также возможных потерь из-за отсутствия необходимых элементов (34), при котором будет достигнута эффективная оборачиваемость запасов и минимизация суммарной составляющей вышеотмеченных издержек (затрат) и потерь (доходов или прибыли). При этом на построение модели должны накладываться ограничения, связанные с ее упрощением, но достаточно верно отражающие рассматриваемые ситуации с целью удобства практического применения.
Практическая реализация оптимальных условий функционирования системы управления запасами должна базироваться на разработке и внедрении в практическую деятельность операторов высокоэффективных методов определения сроков (временных интервалов) поставки 34, рациональных объемов их заказа, затрат на обеспечение поставок с оценкой предельных максимальных, минимальных и резервных уровней запасов 34 и экономических показателей, характеризующих затраты на приобретение 34 и возможные убытки в сфере перевозок, связанные с их отсутствием.
Методика определения совокупности элементов, лимитирующих надежность АТС
Выявление типовых отказов элементов АТС осуществляется в процессе проведения экспериментальных исследований, направленных на получение оценочных показателей эксплуатационной надежности, классификации отказов, определения закономерностей f(L) распределения соответствующих наработок.
Решение данной задачи базируется на использовании принципов метода последовательных предпочтений При этом, за основу были взяты подходы и методология ранее разработанной методики определения элементов АТС критических по надежности [21], но модернизированные и усовершенствованные в настоящей диссертационной работе. Процесс совершенствования и развития методики заключался в нормировке рассматриваемых параметров влияющих на оценку элементов АТС, с точки зрения критичности их по надежности.
На первом этапе, с учетом выявляемых типовых отказов элементов и последствий их влияния на работоспособность АТС в целом, на основе использования классификации и опыта эксплуатации, обслуживания и ремонта элементов (узлов, агрегатов, механизмов, деталей) определяются уровни влияния Q,, характеризующие: - Qi - невозможность эксплуатации транспортного средства (предельное или неисправное состояние [16]); - Q2 - ухудшение технико-эксплуатационных свойств (ТЭС), приводящее к необходимости безотлагательного обращения в ремонт для устранения отказов (неисправное состояние [16]); - Q3 - прочие отклонения технического состояния от требований нормативно-технической документации по причине неисправностей элементов, не нарушающие транспортный процесс и устраняемые без существенных потерь рабочего времени транспортного средства (несущественные отказы и неисправности).
На первом шаге первого этапа, для каждого уровня Qj (Qb Q2 и Q3) по рассматриваемому элементу Э, проводится балльная оценка Q,-- влияния отказов элементов на работоспособность АТС, а также определяется общее суммарное влияние і/ по всем уровням Qj. При этом наиболее значимому уровню должен соответствовать больший балл в сравнении с совокупностью остальных уровней, т.е. к а, 2 . =У + У 7=1 (2) где і - индекс элемента АТС; j - индекс уровня влияния отказов элементов на работоспособность АТС; к - индекс порядкового номера рассматриваемого АТС, к = \\,к); m - количество фиксируемых наработок на случай проявления отказов. п - общее число рассматриваемых элементов, оцениваемых с позиций требований лимитирования их надежности. Например, для пятибалльной шкалы оценок влияния отказов элементов {ЗІ} по уровням Qi, Q? и Q3 на работоспособность АТС в целом, согласно (2), можно записать:
Балльные оценки Qi2 и Ql3 устанавливаются на основе проведения экспертного опроса специалистов, занимающихся обслуживанием и ремонтом конкретного рассматриваемого предприятия. Суммирование по каждому элементу Э; из заданного их множества v3j j, полученных значений І2-- т.е m О. = i=l (3) позволяет упорядочить влияние отказов и неисправностей каждого элемента на работоспособность АТС в целом через занимаемое им место: QI min для П2і = max max для Qy, = min (4) В (3) j - есть индекс уровня; і - индекс элемента АТС. Ы. На втором шаге, с учетом полученного множества значений осуществляется нормировка влияния отказов элементов посредством перевода занимаемых мест - Q\ в ИХ весовые оценки согласно следующему выражению: где к] - количество элементов из общей их совокупности \v3/jjj=1, отказ которых влияет на работоспособность АТС. При этом необходимо учитывать, что kj может быть меньше общего числа рассматриваемых элементов п, поскольку отдельные элементы АТС могут не оказывать влияния на работоспособность АТС с соответствующим исключением для них значений оценивающих факторов, а также может наблюдаться в ряде случаев равенство значений " Qj. Поэтому сумма \ Qi / может быть больше единицы. В этом случае производится упорядочение весовых оценок и их нормировка, позволяющая учесть колебания параметров, характеризующих влияние отказов элементов на работоспособность АТС и затрат на ее поддержание, т.е. 1«Ы / \ CO \і )-CO U ) ,/ N кы] Ы= 1-і. -Zz Ы= 1=1 (6) где со ( n) и a[co \nj\ - оценки математического ожидания и среднеквадратичного отклонения весовых оценок {со ( n)j На втором этапе первым шагом, согласно методике, определяются средние удельные затраты на замену элементов АТС SyA, приходящиеся на тыс. км пробега и по полученным данным, аналогично как и на первом этапе, осуществляется упорядочение влияния отказов и неисправностей каждого элемента на работоспособность АТС посредством занимаемого этим влиянием места, т.е.
Построение и общее описание методики
По рассматриваемым элементам для выявленного числа отказов г, затрат S, на их устранение и при зафиксированных наработках на устранение отказов tj, создаются условия для определения приведенных (и скорректированных) удельных затрат на ремонт с учетом цензурированных наработок т} и полученных оценок математических ожиданий наработок Тср, т.е.: Q = V м УД -г (60) ср Полученные оценочные показатели a, b, Тср, d и Sya обеспечат возможность построения закономерностей наработок на отказы и получение приведенных к наработкам на отказы удельных затрат на ТО и ремонт элементов АТС, что, в конечном итоге, позволит выполнить оценку потребности в 34 по рассматриваемой совокупности элементов АТС на любых заданных интервалах пробега автомобилей.
Сбор и обработка информации в рамках настоящего этапа производится на основе основных положений изложенных, в настоящей работы, с целью определения следующих характеристик и показателей: - оценок математического ожидания и среднеквадратичного отклонения наработок на отказы элементов рассматриваемых АТС; - закономерностей распределения вероятностей возникновения отказов; - ведущих функций и параметров потока отказов; - удельных (приведенных к моделируемым оценкам математического ожидания наработок на отказы) затрат на ремонт рассматриваемых элементов АТС; - номенклатуры (совокупности) элементов (или групп элементов) лимитирующих надежность АТС.
Сбор информации о надежности АТС охватывает период времени их эксплуатации с 14.06.2006 г. по 14.04.2008 г. Под наблюдением находилось 15 грузовых автомобилей семейства Scania (модели P114GA4X2NA 340, PI 14GA4X2 340, Р114 FGA4X2NA 340) с продолжительностью эксплуатации от 0,35 до 1,8 лет. При этом средняя продолжительность эксплуатации составила 1,25 года. Закономерности распределения продолжительности эксплуатации АТС в календарных днях отражены на рис.11. Накопленные пробеги на окончание проведения исследований по рассматриваемой совокупности АТС лежат в диапазоне от 50,3 до 412 тыс.км., при среднем накопленном пробеге равном 285,6 тыс.км. и среднеквадратичном отклонении в 108,1 тыс.км (рис.12).
Оценки годовых пробегов АТС находятся в пределах от 78,47 до 278,5 тыс.км при их математическом ожидании равном 214,7 тыс.км. и среднеквадратичном отклонении в 62,2 тыс.км. Распределение годовых пробегов в графическом виде представлено на рис. 13.
Полная структура и содержание исходных данных, необходимых для оценки надежности элементов рассматриваемых моделей АТС в заданном их количестве (15 ед.) представлено в «Сводных ведомостях учета отказов» (см. приложение 7). В процессе проведения эксплуатационных испытаний по элементам АТС (для всей совокупности автомобилей в 15 ед.) зафиксировано 38 отказов с детальным описанием их содержания (см. «Ведомости») и 83 случая цензурирований, т.е. прекращений испытаний в связи с отсутствием проявления отказов.
Результаты проведения оценки эксплуатационной надежности элементов, грузовых автомобилей семейства Scania, представлены далее.
Определение показателей надежности испытуемых элементов АТС базировалось на использовании методов цензурированных испытаний, описанных ранее. Математические ожидания наработок на отказы и их среднеквадратичные отклонения вычислены с использованием методов максимального правдоподобия и линейного оценивания с последующей оценкой сходимости результатов с целью обеспечения требуемой достоверности.
В процессе проведения эксплуатационных испытаний рассматриваемых АТС (15 ед.) в диапазоне накопленных пробегов от 50,3 до 412 тыс.км были зафиксированы отказы по следующим элементам (группам элементов систем): форсункам, турбине, рулевому управлению, тормозной системе, электрооборудованию, кабине, седельно-сцепному устройству.
Полученные оценочные показатели надежности элементов (групп элементов) АТС и удельные затраты на их ремонт (включающие затраты на запасные части и устранение отказов) представлены в табл. 5 и на рис. 13.
Закономерности изменения показателей надежности рассматриваемых элементов в графическом виде отражены на рис. 14-21 и содержат: - дифференциальные f(L) и интегральные F(L) функции распределения наработок на отказы; - ведущие функции потоков отказов Q (L) и их верхние границы Q.e (L) для заданной доверительной вероятности у = 0,95.
Оценка надежности элементов, узлов и агрегатов грузовых автомобилей Scania
Полученные результаты позволяют оценить величину затрат на устранение отказов и затрат на запасные части по рассмотренной совокупности элементов (групп элементов) для текущего (ТЗ), резервного (РЗ) и общего (03) запасов при среднегодовом пробеге рассматриваемой совокупности АТС равном Lr =214,7 тыс.км (см.табл. 8). В табл. 24 и на рис. 24 и 25 представлены соответствующие характеристики.
Анализ полученных результатов показывает, что наибольшие затраты приходятся на элементы Эь Э2, Э3, Э4 и Э5. Общая величина затрат на запасные части по 15 ед. АТС на их суммарном пробеге равном 3 220,5 тыс.км за год составляет 2200,78 тыс.руб (146,72 тыс.руб на ед. АТС). При этом общие затраты на ремонт и запасные части составят для всей совокупности АТС 3516,41 тыс.руб (234,43 на ед. АТС). Полученные результаты создают необходимые условия для решения задачи, ориентированной на обеспечение планирования и оптимального управления запасами запасных частей. Система управления уровнем запасов запасных частей материалов на уровне автотранспортного предприятия.
В процессе решения задачи оптимизации и управления запасами 34 детальному рассмотрению и оценке подлежат следующие характеристики и показатели: - значения фиксированных экономичных размеров заказов; - границы оптимальных фиксированных интервалов повторных заказов; - значения общей переменной стоимости запасов и общих годовых издержек на 34 за рассматриваемый период. В качестве входных параметров выступают следующие две группы показателей: / группа характеризующая потребность в 34 на интервале пробега Lr= AL, а именно-ТЗ, 03, РЗ, IQ(A), IQB(Al_); 2 группа характеризующая экономические показатели, а именно: - стоимость (цена) приобретения і-го запасного элемента: Q; - стоимость подачи заказа (затраты на заказ и его доставку): С0; - стоимость хранения ед. 34 в запасе на рассматриваемый период D = 365 дней, определяемая как доля а (в %-х) от среднегодовой стоимости запаса, т.е.: h , -(, с,= а.с, 100 - стоимость срочного заказа (при исчерпании запаса), определяемая как доля /? (в %-х) от стоимости подачи заказа С0: ср = їоо с; - время поставки запасных элементов АТС для обеспечения их обслуживания и ремонта: tn=2 дня. При этом стоимость подачи заказа Со принята в размере 8 тыс. руб., а доли а и /?, отражающие затраты на хранение и требования срочности пополнения запаса заданы в размерах для а = 6% и для /? = 20%. 113 Исходные данные по совокупности показателей ТЗ, ОЗ, РЗ, SQ(AL), IIQB(AL), С; и Ch представлены в табл. 25 и на рис. 26-28. Таблица 25 Оценочные показатели потребности в 34 при выполнении ремонтных работ по грузовым автомобилям семейства Scania № п/п Наименование элемента (группы элементов) Обозн.зл-та (гр. эл-тов) С„ руб. Объем запасов, ед. в год Си, руб. m(AL)ед. в год EQB(AL) ед. в год ТЗ 03 РЗ 1 2 - j 4 5 6 7 8 9 10 1. Форсунки э, 29442.78 11 15 4 1766,57 10,975 14,796 2. Турбина э2 42536.22 7 9 2 2552,17 6,648 8,562 3. Рулевого управления Э3 29530,61 13 16 3 1771,84 12,137 15,283 4. Тормозной системы э4 17832.32 17 25 8 1068,74 16,704 24,581 5. Электрооборудов ания э5 23868,65 11 13 2 1432,12 10,63 12,92 6. Кабины Эб 4996.91 6 9 3 299,81 6,469 9,057 7. Седельно- сцепного j Э7 устройства 14749.2 2 7 5 884,95 2,116 6,822 СІ - стоимость приобретения і-го элемента (группы элементов); ТЗ, ОЗ, РЗ - объем годовых запасов (текущего, общего, резервного); Ch - затраты на хранение, ед. 34 в запасе на рассматриваемом периоде D; EQ(AL)- оценка математического ожидания ведущей функции потока отказов на интервале пробега АТС A L = Lr; HQB(Al_)- оценка верхней границы математического ожидания ведущей функции потока отказов, на интервале пробега АТС AL = Lr. 45000 40000 35000 30000 Седель Форсун Турбин ки ы Рулевое Тормоз Электро но управле ная оборуд Кабина сцепное ние система ование устройс тво Ряді 29443 42536 29531 17812 23869 4997 14749
Использование разработанной и вышепредставленной математической модели позволило получить оптимальные оценки экономичных размеров заказа и интервалов повторных заказов 34, уровней запасов, общей переменной стоимости и общих годовых затрат, что отражено в табл. 26-27 и нарис.29-32. Таблица 26 Показатели экономичных размеров заказов и интервалов повторных заказов № п/п Наименование элемента (группы элементов) Обозн.эл -та (гр. элтов) EOQ (ед ) ИПЗ (дни) ИПЗ (мес). var ИПЗ принятое(дни)
Полученные результаты указывают на го, что оптимальный интервал подачи повторных заказов составляет 1 год.
Оптимальное значение общей переменной стоимости запасов не превышает 128 158 руб., а максимальная величина общих годовых издержек составляет 2 271 408 руб. Реализация математической модели позволила компании ТрансМан сократить расходы на 34 на 38,9%. 1. Установлены 26 элементов конструкции лимитирующие надежность автомобилей Скания при их эксплуатации в тяжелых условиях. 2. Проведена оценка потребности в запасных частях и материалах на уровне автотранспортного предприятия. Анализ полученных результатов показывает, что основные затраты приходятся на элементы форсунки, турбины, рулевое управление, тормозная система, электрооборудование. 3. В результате расчетов установлено, что переменная в стоимости запасов не превышает 128 158 руб., а максимальная величина общих годовых издержек составляет 2 271 408 руб. Оптимальный интервал подачи повторного заказа составляет 1 год. 4. Разработанная и реализованная математическая модель определения и планирования потребности в 34, что позволила компании ТрансМан сократить расходы на 34 на 38,9%.
