Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы и задачи исследования 8
1.1. Особенности создания и развития МТС в современных условиях...8
1.2. Общая характеристика сервисных служб МТС 12
1.3. Анализ работ по повышению эффективности сервисных служб применительно к МТС 24
1.4. Анализ работ по оптимизации состава и режимов работы МТА и технологических комплексов 30
1.5. Выводы по главе 1. Обоснование цели и задач исследования 34
Глава 2. Теоретические основы повышения эффективно-стиработы сервисных служб МТС 36
2.1. Обоснование общих методов исследования 36
2.2. Повышение эффективности сервисной службы МТС по производственной деятельности 40
2.2.1. Оптимизация параметров и режимов работы агрегатов для выполнения основных полевых работ по возделыванию сельскохозяйственных культур 40
2.2.2. Оптимизация потребного числа агрегатов в производственной сервисной службе МТС 49
2.2.3. Оптимизация организационных форм использования агрегатов 65
2.3. Повышение эффективности сервисной службы МТС по технической эксплуатации машин 73
2.3.1 Обоснование общих принципов исследования 73
2.3.2. Моделирование и оптимизация режима работы сервисной службы МТС по диагностированию и техническому обслуживанию машин 74
2.3.3. Особенности моделирования и оптимизации работы сервисной службы МТС по устранению эксплуатационных неисправностей машин 80
2.4 Выводы по главе 2 81
ГЛАВА 3. Краткая программа и методы проведения экспериментальных исследований 83
3.1. Программа экспериментальных исследований 83
3.2 Методика обработки опытных и статистических данных 84
ГЛАВА 4. Результаты моделирования и оптимизации работы сервисных служб МТС 88
4.1 Результаты моделирования и оптимизации работы сервисной службы МТС в производственной деятельности 88
4.1.1. Результаты моделирования и оптимизации по критериям ресурсосбережения параметров и режимов работы агрегатов для выполнения основных полевых работ 88
4.1.2. Результаты моделирования и оптимизации режима выполне ния производственных заказов сервисной службой МТС 98
4.1.3 Результаты моделирования и оптимизации организационных форм использования агрегатов 109
4.2 Результаты моделирования и оптимизации работы сервисной службы МТС по технической эксплуатации 113
4.2.1. Результаты моделирования и оптимизации режима работы сервисной службы МТС по диагностированию и техническому обслуживанию машин 113
4.2.2. Результаты моделирования и оптимизации режима работы сервисной службы МТС по устранению эксплуатационных неисправностей машин 117
4.3 Определение экономического эффекта 119
4.4 Выводы по главе 4 124
Общие выводы 127
Литература
- Анализ работ по повышению эффективности сервисных служб применительно к МТС
- Повышение эффективности сервисной службы МТС по производственной деятельности
- Методика обработки опытных и статистических данных
- Результаты моделирования и оптимизации по критериям ресурсосбережения параметров и режимов работы агрегатов для выполнения основных полевых работ
Введение к работе
Одной из основных задач функционирующих и вновь создаваемых машинно-технологических станций (МТС) является оказание всех необходимых видов услуг производителям сельскохозяйственной продукции, включая фермеров, акционерные общества и другие виды сельскохозяйственных предприятий.
Основными из указанных услуг в соответствии с современной научной концепцией развития МТС [1] являются: в производственной деятельности -обеспечение производства по всему технологическому циклу производства сельхозпродукции с высокими конечными результатами на базе высокой урожайности культур, приемлемых издержек средств, труда, материалов и высокой мотивации кадрового потенциала; в производственно-технической эксплуатации - проведение по договорам подряда отдельных механизированных трудоемких полевых и других видов работ на основе применения прогрессивных технологий и организации труда; в переработке продукции -первичная переработка сельскохозяйственной продукции (производство муки, круп, масла и т.п.) и ее хранение; в технической эксплуатации - техническое обслуживание, устранение неисправностей машин, хранение техники; в консультационно-учебном процессе - обеспечение хозяйств нормативно-технической документацией, проведение консультаций по применению перспективных технологий и машин, решение оптимизационных задач (выбор направления деятельности, определение состава МТП, обучение и повышение квалификации кадров, внедрение диспетчеризации и т.п.). Указанные направления деятельности МТС освещены также в работах [2, 3].
Таким образом, в укрупненном плане имеют место два основных направления деятельности МТС: самостоятельное производство сельскохозяйственной продукции на базе передовых технологий; оказание всех необходимых видов услуг другим производителям сельскохозяйственной продук-
ции как по производственной, так и по технической эксплуатации соответствующей техники.
Для успешного оказания указанных услуг на взаимовыгодной основе с заказчиками в структуре МТС должны быть созданы соответствующие сервисные службы, от эффективной работы которых будут зависеть все основные показатели производственной деятельности МТС.
Необходимость создания самих МТС и соответствующих сервисных служб в их составе вызвана коренными изменениями в сельском хозяйстве в процессе перехода к различным формам хозяйствования. Произошло разукрупнение и экономическое ослабление значительной части ранее мощных колхозов и совхозов при одновременном образовании более мелких акционерных обществ разных типов, фермерских хозяйств и других видов хозяйств.
Параллельно происходит сокращение производства новых тракторов и другой сельскохозяйственной техники при одновременном существенном росте цен на них. Имеющийся в хозяйствах парк машин существенно сократился и, соответственно, не обеспечивает своевременного выполнения всех работ.
Фермерские хозяйства и другие вновь образовавшиеся сельскохозяйственные предприятия при сравнительно малых объемах производства и низкой рентабельности оказались не в состоянии применять передовые технологии и приобретать высокопроизводительные машины и агрегаты. Кроме того, при малых объемах производства часто экономически невыгодно для хозяйств приобретение и содержание многих видов техники при сравнительно небольшой годовой их загрузке. Особенно это относится к машинам и агрегатам разового применения для культуртехнических, уборочных, строительных и других видов работ.
Из изложенных общих соображений следует, что в современном сельскохозяйственном производстве Российской Федерации имеется объективная
необходимость для создания соответствующих служб производственного и технического сервиса по оказанию соответствующих услуг фермерским и другим сельскохозяйственным предприятиям.
Однако эффективное функционирование таких сервисных служб возможно только в том случае, если их деятельность будет выгодна как самим МТС, так и заказчикам.
Одним из основных условий эффективного функционирования сервисных служб является организация их работы на современных принципах оптимального проектирования производственных процессов по критериям ресурсосбережения и высокой производительности.
Несмотря на существенные количественные различия между указанными ранее сервисными службами в составе МТС по производственной и технической эксплуатации машин, их объединяет то общее свойство, что они являются системами обслуживания. Соответственно для них можно разработать общие научные принципы оптимального функционирования, обеспечивающие высокие экономические показатели как для самих МТС, так и для заказчиков.
Из изложенного следует, что разработка методов повышения эффективности работы сервисных служб машинно-технологических станций является актуальной проблемой, имеющей высокое научное и практическое значение.
Анализ работ по повышению эффективности сервисных служб применительно к МТС
Общие принципиальные направления эффективной работы сервисных служб МТС изложены в основополагающих работах [1, 2, 3, 10, 12, 13, 14] без указания методов количественных расчетов.
За последние годы накоплен определенный опыт практической работы МТС в различных регионах РФ, который освещается в работах [9, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28]. В указанных работах анализируются и обобщаются не только достигнутые в последнее время определенные успехи, но и недостатки и упущения в деятельности МТС. Однако конкретных научных методов повышения эффективности работы МТС не приводится.
Рекомендации экспертного характера по улучшению деятельности МТС путем обобщения достигнутых результатов приведены в работе [8, 29, 30].
Отмечается, в частности, что каждый район РФ должен иметь минимум одну МТС при общем их количестве около 750. При этом МТС должны выполнять 30...40 % трудоемких механизированных работ в зоне обслуживания.
Научные методы решения отдельных задач применительно к МТС предлагаются в исследованиях [31, 32, 33, 34, 35, 36, 37].
В частности, в работе [31] в качестве критерия оптимальности для определения места расположения МТС предлагается минимум суммарной стоимости доставки МТА из обслуживаемых хозяйств в МТС и обратно в виде где Xjj - соответствующие расстояния от пункта і до пункта]; п - число соответствующих пунктов; Су - стоимость доставки МТА. Следует отметить, что такой идеализированный критерий оптимальности явно недостаточен для решения данной важной задачи. Необходимо учитывать и целый ряд других факторов, включая экологические требования, водоснабжение, наличие трудовых ресурсов, расположение железных и автомобильных дорог и целый ряд других факторов.
Важные результаты исследований изложены в [32] по решению следующих задач: определение набора возделываемых культур и сортов с учетом природно-климатических условий МТС; выбор технологий, севооборотов и структуры посевных площадей; определение набора сельскохозяйственной техники для реализации технологий; определение сроков выполнения технологических операций. Предлагаемые в [32] подходы к решению указанных задач при дальнейшей их конкретизации будут способствовать повышению эффективности работы МТС.
Методы определения рентабельности работы МТС рассматриваются в статьях [33, 34], в которой справедливо подчеркивается, что работа МТС нужна и полезна только в том случае, если стоимость выполняемых ею работ будет существенно меньше затрат самого заказчика на выполнение этой же работы. Такое снижение затрат возможно только при высоком уровне организации работ в самой МТС на основе современных научных методов.
Эффективность планово-предупредительной системы ТО и ремонта машин в работе [35] предлагается повысить путем рассмотрения общего потока отказов как сочетания ординарных - внезапных и износных, появляющихся постепенно. Последующее решение осуществляется на основе одно-канальной системы массового обслуживания. При этом без критерия оптимальности определяются только отдельные показатели функционирования системы.
Особенности проката техники МТС анализируются в работе [36]. И в данном случае отмечается, что прокат техники эффективен только в том случае, если выполнение данной работы агрегатом, взятым на прокат в МТС, обойдется заказчику с меньшими затратами, чем при использовании собственной техники.
В статье [37] предлагается методика определения оптимальной продолжительности работы МТА в МТС. Однако следует отметить, что при решении подобных задач следует учитывать также изменяющиеся по годам почвенно-климатические условия, а также интенсивность созревания урожая.
В статье [38] рассматривается обоснование резерва уборочной техники МТС, для устранения возможного негативного влияния изменения климатических условий на работу.
Давая общую оценку рассмотренным научным работам, следует отметить, что при всей их важности они посвящены решению лишь частных задач, поэтому даже при их успешном решении они не могут существенно повлиять на показатели работы МТС в целом. Большей комплексностью решения взаимосвязанных задач повышения эффективности работы МТС отличается исследование [39], в котором рассматриваются общие принципы эффективного использования средств технической эксплуатации МТП в условиях МТС.
Дальнейшее развитие и конкретизация указанных принципов является одной из основных задач данного исследования.
По соображениям конкретизации задач для последующих исследований целесообразно рассмотреть также и другие работы, связанные с сервисными системами, не связанные непосредственно с МТС. За последние 10 лет наиболее значительными работами в этой области являются [41, 42, 43, 44, 45, 48]. Решению задач технического сервиса посвящены работы [49, 50, 51, 52, 53, 54].
Повышение эффективности сервисной службы МТС по производственной деятельности
Оптимизация параметров и режимов работы агрегатов для выполнения основных полевых работ по возделыванию сельскохозяйственных культур
Как указано ранее, одной из основных задач МТС является выполнение полевых механизированных работ по возделыванию различных сельскохозяйственных культур в зоне обслуживания. Возможны при этом множество вариантов выполнения таких работ: выполнение отдельных или комплекса операций по заказу обслуживаемых хозяйств агрегатами самой МТС; выполнение тех же операций механизаторами МТС на агрегатах самого заказчика; выполнение всего комплекса операций по возделыванию сельскохозяйственных культур на арендуемой земле; передача техники МТС в аренду обслуживаемым хозяйствам и др.
Во всех этих случаях экономические показатели использования техники будут тем выше для МТС и заказчиков, чем меньше эксплуатационные затраты на выполнение каждой единицы работы при высокой производительности.
Наибольший эффект ресурсосбережения можно получить путем оптимизации параметров и режимов работы машинно-тракторных агрегатов (МТА) по соответствующим критериям оптимальности в заданных природ-но-производственных условиях. При этом имеет место максимально возможная адаптация МТА к конкретным природно-производственным условиям хозяйства-заказчика.
Создание нового поколения машин, адаптированных к биологическим, ландшафтным, экологическим ограничениям и интересам производителей сельскохозяйственной продукции является главным научным направлением в области механизации сельского хозяйства [87, 88].
Методы оптимизации или оптимальной адаптации параметров и режимов работы МТА, излагаемые в [68, 69] применимы как при создании перспективных агрегатов, так и для выбора эффективных агрегатов применительно к условиям работы МТС.
Принципиальной отличительной особенностью указанных методов является многоуровневый системный подход, при котором в органическом единстве последовательно рассматриваются задачи оптимизации как по экономическим, так и техническим критериям оптимальности.
Из множества уровней оптимизации, рассматриваемых в [69], для решения задач данного исследования выбраны первые два, в пределах которых осуществляются выбор оптимального энергетического средства, например трактора, а также определение оптимальных значений ширины захвата Bopt и рабочей скорости Vopt Определением значений Bopt и Vopt одновременно решается также задача оптимального распределения мощности двигателя по каналам тяги NTopt и вала отбора мощности (BOM) NBopt.
На первом уровне оптимизации МТА рассматривается как единое целое, характеризуемое одним обобщенным параметром - номинальной мощностью двигателя, значением которой определяются любые другие параметры агрегатов через соответствующие соотношения.
В качестве основного критерия оптимальности на первом этапе выбран минимум приведенных затрат где Сп - приведенные затраты, руб/м ; Спс - приведенные затраты за единицу времени, руб/с; W - эксплуатационная производительность агрегата, м2/с.
Исследованиями [87, 88] доказано, что значения Спс и W для всех типов МТА являются функцией единого обобщенного параметра - номинальной мощности двигателя в виде Cnc=fcoiNH)W = fw{NH)t (ад) где NH - номинальная мощность двигателя, Вт. При этом значение Спс определяется в виде суммы двух слагаемых СПС = fcN \NH ) + С0, (2.3) где Со - постоянная часть приведенных затрат, не зависящая от мощности, руб/с. На основании (2.1)...(2.3) для критерия оптимальности получим обобщенное выражение fw{NH) В условиях современной нестабильности цен на сельскохозяйственную технику и эксплуатационные материалы иногда высказываются сомнения относительно приведенных затрат как основного критерия оптимальности и экономической эффективности.
Выход из такой ситуации заключается в известном методе перехода к относительным затратам, которые меньше подвержены рыночным колебаниям цен.
Методика обработки опытных и статистических данных
Программа экспериментальных исследований определяется в основном необходимыми данными для реализации математических моделей, представленных в главе 2. Учитывая общий характер исследования применительно к любым МТС, не было необходимости тесной привязки опытов к какому-то отдельному региону. Исходя из этого, сбор данных и опыты проводились в разных МТС, таких как ОАО «МТС-АГРОХИМ» (г. Кашира Московской области), ОДО «Гордеевская МТС» (с. Гордеевка Брянской области), Новозыб-ковская МТС (г. Новозыбков Брянской области). Часть исследований в области технической эксплуатации машин проводилась на базе промышленных предприятий ООО ПК «Экомебель», ООО «Фирма «Имвест-пак», «ИМА-пресс-принт» (г. Дубна Московской области), а также на базе лаборатории кафедры «Автомобильный транспорт» МГАУ им. В.П. Горячкина.
С учетом общего характера получаемых результатов были использованы также имеющиеся статистические и нормативные материалы для решения соответствующих задач.
Значительный объем в полученных математических моделях по функционированию различных систем массового обслуживания занимают хроно-метражные данные, связанные с определением плотности потока требований и интенсивности их обслуживания.
Исходя из этого, основную часть опытов составляли хронометражные наблюдения производственной и технической эксплуатации машин, агрегатов и технологических комплексов.
В программе исследований большое внимание было уделено обобщению большого массива статистических материалов по основным направлениям деятельности сервисных служб МТС, указанных в главе 2.
Намеченная программа опытов в целом позволила получить необходимую исходную информацию для практической реализации всех математических моделей.
Для обработки опытных и статистических данных использовались известные стандартные методики, поэтому ниже приводится лишь краткое их описание.
В основу хронометражных наблюдений были положены методы, излагаемые в [91, 92, 93].
При обработке опытных данных использовались как методики общего характера [94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101], так и специализированные методики применительно к сельскохозяйственному производству и сельскохозяйственной технике [102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, ПО, 111].
По результатам основных измерений строились гистограммы. Ширина классового интервала при этом определялась по известной формуле X — X 2 max min тк . 3-D где Xmax , Xmjn - соответственно максимальное и минимальное значения определяемой величины; тк - число классов в вариационном ряде. Число классов в свою очередь определяется на основании равенства тк =l + 3,321gw5 (3.2) где п - число опытов.
По результатам обработки опытных данных определялись следующие основные статистические характеристики измеряемых величин:
Расчетное значение %, найденное по формуле (3.13), сравнивается с критическим значением % кр при 5 % -ом уровне значимости (из соответст-вующих справочных таблиц). При условии % % кр не отвергается гипотеза о близости опытного распределения к теоретическому по принятому закону.
Описанная краткая программа и методика обеспечили получение необходимых исходных данных для реализации приведенных в главе 2 математических моделей.
Результаты моделирования и оптимизации по критериям ресурсосбережения параметров и режимов работы агрегатов для выполнения основных полевых работ
Для эффективного функционирования МТС в области производственной деятельности необходимо, как указывалось в главе 2, чтобы параметры и режимы работы соответствующих агрегатов были адаптированы к местным условиям работы как с позиций ресурсосбережения, так и высокой производительности. Это касается прежде всего энергетических средств типа тракторов, самоходных машин, основным параметром-адаптером которых к местным условиям является мощность, выбираемая в диапазоне Nnopt- -NHK, как показано нарис. 2.2.
Решения выполнялись по критерию (2.4) с учетом особенностей использования агрегатов в условиях МТС. Одной из таких особенностей является возможная необходимость переезда агрегатов на более дальние расстояния к местам работы в пределах зоны обслуживания МТС.
Выполненные результаты практических расчетов показали, что указанное влияние незначительно на общие результаты выбора оптимальной мощности трактора за пределы диапазона Nnopt-NHK- Соответственно диапазон мощностей Nnopt- NHK справедлив как для обычных хозяйств, так и в условиях МТС. Исходя из этого, при составлении практических рекомендаций по выбору диапазона мощностей для соответствующих операций применительно к условиям МТС наряду с собственными расчетами были использованы и ранее полученные рекомендации [112,113].
Для пахотных агрегатов диапазоны мощностей NHopt-.-NnK получены в функции трех основных действующих факторов: длины гона L (м), удельного сопротивления плуга Ко (кН/м2) и глубины вспашки а (м). По соображениям компактности соответствующие сочетания Ко и а определяли в виде удельного тягового сопротивления агрегата Кд (кН/м)
где Кд - общее тяговое сопротивление агрегата, кН/м; Ко - удельное тяговое сопротивление плуга, кН/м ; а - глубина вспашки, м. Значения Кд определены для всех возможных сочетаний Ко и а в различных почвенно-климатических условиях.
Для удобства практического применения значения L согласованы с классами длины гона при нормировании полевых механизированных работ.
Рекомендуемые с учетом указанных особенностей диапазоны мощностей NHopt-.-NHK для всех сочетаний Кд из (4.1) и классов длины гона приведены в таблице 4.1
Как указано ранее (рис. 2.2), первый столбец цифр при каждом классе
соответствует оптимальной мощности трактора Nfjopt при Сп = СЛтів из (2.4). Вторым столбцам цифр соответствуют компромиссные мощности NHK при Сп = 1,05 СЛтіп . В нормальных условиях работы, например при благоприятных погодных условиях и достаточном количестве механизаторов, мощность трактора NH следует выбирать в левой половине диапазона для последующего составления более экономичных пахотных агрегатов. При менее благоприятных природно-производственных условиях значение NH следует выбирать в правой половине диапазона.
Например, в условиях Центрального района НЗ для средних почв при Ко=55 кН/м2, а=0,20 м среднего класса длины гона 400...600 м получим: КА=11 кН/м, NHopt-..NHK==73...130 кВт. Левой половине диапазона для благоприятных условий соответствует мощности NH=73...101 КВТ, а правой половине NH=101 ... 130 кВт - для менее благоприятных условий.
Закономерности изменения мощностей Nnopt и NHK В функции длины гона L при удельном сопротивлении пахотного агрегата КА=11 кН/м показаны на рис. 4.1.
Нижняя половина области соответствует благоприятным условиям работы, а верхняя половина - менее благоприятным природно производственным условиям. Из графика также видно, что зона компромиссного решения существенно расширяется с увеличением длины гона L.
На основании аналогичных исследований получены также диапазоны мощностей Nnopt- .-NHK ДЛЯ других наиболее распространенных агрегатов для предпосевной обработки почвы и посева зерновых культур. Результаты этих исследований приведены в таблице 4.2.
Для выбора по данным таблиц 4.1 и 4.2 высокоэффективных МТА, отвечающих требованиям ресурсосбережения и высокой производительности, в таблице 4.3 приведены основные составы соответствующих агрегатов с учетом как современных, так и перспективных тракторов и сельскохозяйственных машин.
Данными таблиц 4.1, 4.2, 4.3 необходимо пользоваться в следующей последовательности. Сначала в зависимости от вида и условий работы определяется по таблице 4.1 или 4.2 ресурсосберегающее значение моїшшсти, а затем из таблицы 4.3 выбирается оптимальный состав агрегата, найденный по критерию (2.7). При этом для каждой операции имеется определенный выбор типа трактора (колесный 4К2, 4К4 или гусеничный), наиболее полно отвечающий местным требованиям.
Количество машин в составе каждого агрегата определяет и соответствующую ширину захвата В агрегата. Все возможные значения рабочих скоростей агрегата при одной и той же ширине захвата В невозможно указать в пределах одной таблицы, поэтому они опущены.
Данные таблицы 4.3 охватывают весь комплекс основных операций, для выполнения которых необходим выбор оптимального варианта агрегата из множества возможных.
Для выполнения подавляющего большинства других операций, особенно тягово-приводных, специальных гидромелиоративных и т.п. выбор агрегатов ограничен одним - двумя типоразмерами, поэтому нет необходимости в оптимизации.
