Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор методов оценки конкурентоспособности 8
1.1 Терминология 8
1.2 Методы определения и оценки параметров дорожностроительных машин . 10
1.3 Системный анализ в ітродессе оценки параметров конструкций мантии 21
Выводы по главе 28
Цель и задачи исследования 29
Глава 2. Математические модели и алгоритм расчёта 30
2.1 Эксплуатационная производительность 30
2.1.1. Анализ эксплуатационной производительности 30
2.1.2 Потери времени на осуществление управления машиной 36
2.1.3 Математическая модель и алгоритм расчёта ори оценке конку рентоспособности 40
2.2 Экономические показатели 54
2.2.1 Структура .эксплуатационных, издержек гидравлического экскаватора 54
2.2.2 Анализ составляющих экономических показателей 57
2.2.3 Анализ затрат на поддержание надёжности 61
2.2.4 Определение коэффициентов зависимости затрат на поддержание надёжности 63
2.2.5 Определение величины удельных приведенных затрат и продолжительности выполнения работ 70
Выводы по главе 71
Глава 3. Методика оценки конкурентоспособности и исходные данные к расчёту 73
Выводы по главе 80
Глава 4. Оценка конкурентоспособности 81
4.1 Исходные данные 81
4.2 Исследование влияния эксплуатационных условий на конкурентоспособность 83
4.3 Исследование влияния характеристик надежности па конкурентоспособность 101
4.4 Исследование влияния эргономических факторов на конкурентоспособность 114
4.5 Исследование влияния стоимости топлива на ко ЇЇ ку ренто способность 127
4.6 Исследование влияния стоимости сервиса на конкурентоспособность 130
4.7 Исследование влияния экологического налога на конкурентоспособность 134
4.8 Обобщение полученных результатов 139
Выводы по главе 142
Выводы по работе 144
Литература 148
Приложение 1 159
Приложение 2 172
Приложение 3 175
- Методы определения и оценки параметров дорожностроительных машин
- Потери времени на осуществление управления машиной
- Методика оценки конкурентоспособности и исходные данные к расчёту
- Исследование влияния эксплуатационных условий на конкурентоспособность
Введение к работе
j Заказчика всегда интересует скорость и стоимость качественного вы
полнения работ, причем желательны повышение скорости и снижение стои
мости. Интересы подрядчика состоят в увеличении прибыли, чего легче до
биться, выполнив дорогой подряд с небольшими затратами (почти всегда это
означает «сделать плохо»). Альтернативой плохой работе является повыше
ние прибыли за счет снижения собственных издержек. Для ее реализации
подрядчик должен, во-первых, иметь возможность выбора техники, а во-
вторых, уметь сделать удачный выбор. Критерием удачности как раз и будет
прибыль, приносимая парком выбранных машин. Однако сначала нужно ку
пить машины, а потом станет известно, насколько правильным оказался их
выбор. Но возможен и другой вариант, при помощи которого можно оценить
пригодность той или иной машины для заданных условии эксплуатации еще
до её покупки. Правда, это предполагает непростую процедуру совместною
анализа технических, тех и и ко-экономических и стоимостных показателей
машин, осложняющуюся необходимостью учета экологических факторов, а
также стоимости, эффективности и доступности обучения обслуживающего
персонала и послепродажной технической поддержки. Полностью формали
зовать эту процедуру практически невозможно, но ее можно заметно упро
стить, алгоритмизировав и выполнив некоторые этапы с помощью компью
тера. ^-г
Уместно организовать испытания экскаваторов различных производи
телей, по результатам которых можно принять соответствующее решение.
Однако возникают сложности, связанные с назначением условий проведения
испытаний, определяемых характеристиками грунта, геометрическими пара
метрами строительного объекта, уровнем квалификации оператора и другими
показателями. '^
В строительной практике условия производства работ изменяются в широком диапазоне, и организация сравнительных испытаний с целью полу-
чения информации для различных условий эксплуатационного фона — задача очень дорогостоящая.
Результаты испытаний зависят не только от параметров конструкции
машины, по и от искусства операторов. Поэтому результаты испытаний
нельзя считать полностью объективными №ія оценки конструкции экскавато
ра. , л
Техническая производительность зависит от прочности разрабатываемого грунта и способа его перемещения из забоя. Теоретический анализ производительности одноковшового универсального полпоповоротного экскаватора позволит разработать математическую модель производительности, в которой используются взаимосвязи между параметрами грунта, забоя и параметрами структуры машины.
В проспектах, технических характеристиках экскаваторов обычно указывается масса конструкции, мощность двигателя, параметрическая схема, размеры рабочей зоны при различном оборудовании, габаритные и справочные размеры, максимальные усилия, реализуемые рабочим органом, характеристики сменных рабочих органов.
Наличие этой информации недостаточно для оценки эффективности выполнения тех или иных видов работ. Это позволяет оценить только возможность использования машины в условиях строительства без определения эффективности её использования. В то же время, как уже отмечалось выше, на рынке сбыта экскаваторов всегда присутствуют несколько вариантов однотипных конструкций машин, вышеперечисленные характеристики которых отличаются незначительно.
Опять встает вопрос, какому же экскаватору отдать предпочтение, на
основаниях каких действий осуществлять выбор экскаватора, могут ли испы
тания служить объективным фактором при выборе, если могут, то при каких
условиях их необходимо проводить? л
В процессе выбора (покупки) экскаватора можно провести демонстрационные испытания. Но при таком испытании не получить информацию,
достаточную для оценки пригодности приобретенного экскаватора к условиям эксплуатации конкретного предприятия, а организация специальных испытаний для выявления нужной конструкции экскаватора для заданных условий эксплуатации — мероприятие очень дорогостоящее.
Можно полагаться на результаты сертификационных испытаний, определяющих соответствие испытуемой конструкции экскаватора требованиям ГОСТов, но в таком случае у испытуемого экскаватора должен быть соответствующий сертификат, в котором должна быть указана производительность экскаватора и отражены условия проведения испытаний,
Опираясь на вышесказанное можно заключить, что в таких условиях покупателю приходится решать задачу со многими неизвестными, которые не могут быть раскрыты из-за неполноты информации, предоставляемой в проспектных данных и технических характеристиках машин. Приходится полагаться на собственный опыт, который не во всех случаях достаточен.
Наличие же математических моделей взаимосвязей параметров конструкции машин с параметрами изготавливаемого объекта и показателями, характеризующими эффективность использования машин, позволяет в значительной степени увеличить обоснованность и надежное п. принимаемого решения, удешевляя тем самым процесс выбора технического средства и предупреждая "лишние" издержки, являющиеся результатом неверного выбора.
Используя полученные модели можно осуществлять не только выбор наиболее эффективного технического средства из рассматриваемого списка, но и определить параметры и характеристики, обладая которыми, техническое средство будет иметь высокий уровень эффективности. Т,е. возможно решение вопросов, возникающих у производителей технических средств перед началом разработки детальных проектов - какими будут масса и мощность технического средства, какие рабочие усилия оно-должно развивать, какими параметрами должно обладать рабочее оборудование, сколько денежных средств целесообразно вложить в совершенствование той или иной системы экскаватора - данный список можно продолжить. Обладая соответ-
ствующими магматическими моделями можно получить обоснованную информацию о перечисленных выше факторах, затраты на проведение такой работы будут существенно меньшими, чем затраты, связанные с исследованием натуральных моделей.
'-,
»т
* і г
*
* ^
Методы определения и оценки параметров дорожностроительных машин
В литературе часто используется понятие параметра и показателя, при этом не раскрывается, что понимается под этими терминами, поэтому приведём их определения Параметр — величина, являющаяся существенной характеристикой системы, технического устройства, явления или процесса. Показатель— величина, являющаяся характеристикой какого-либо эффекта изучаемого объекта, явления или процесса. В отличие от параметра показатель является производной величиной от параметров изучаемого объекта, явления или процесса. Возможны случаи совпадения, когда какая-либо величина является параметром и показателем одновременно. Например, мощность машины можно считать параметром и показателем, характеризующим энергонасыщенность машины на определенный период времени;. или показатель качества планирования местности каким-либо средством максимальная или средняя неровность является одновременно параметром спланированной поверхности- В отличие от параметра, который всегда имеет размерность, показатель может быть представлен безразмерной относительной величиной или в виде баллов.
Во времена СССР не было рыночных условий выбора техники, что и нашло отражение в методах обоснования параметров машин, которые были предназначены для использования их преимущественно на стадии создания технических средств. А методы оценки конкурентоспособности уже произведённых машин, направленные на аргументацию их выбора - не имели развития.
Применение вероятностно - статистических методов и моделей к расчету машин позволяет найти закономерности в случайных связях между параметрами машин, интерпретировать эти связи математическими выражениями, объективно устанавливать связи между факторами, влияющими на изменение параметров конструкции машин, усреднить и нейтрализовать влияние малозначительных факторов, учесть опыт проектирования и выпуска машин на любой промежуток времени, кодировать больше объемы информации небольшим числом уравнений регрессии.
Вероятно-статистические методы можно использовать при получении; уравнений регрессии взаимосвязи параметров машин или для экспертной оценки этих связей. Уравнения регрессии могут составляться формально, путём подбора наилучшим образом подходящей математической функции с использованием метода наименьших квадратов, илп выбором функции на основе представления об общих связях между характеристиками машин с последующим использованием метода наименьших квадратов.
Вероятностно-статистический метод определения параметров машины позволяет создать или выявить конструкцию машины, работоспособность которой подтверждена опытом эксплуатации аналогичной машины. При этом информация поступает в короткий срок и при малых затратах труда.
Однако необходимо отметить, что такой способ отражает в основном экстенсивный путь развития, когда производство развивается преимущественно за счет простого изменения объема исходя из преположения того, что всё время продолжают действовать одни и те же факторы, которые легли в основу полученных регрессионных взаимозависимостей параметров.
Потери времени на осуществление управления машиной
Машинист, управляя машиной, совершает операции, связанные с определением траектории и режима движения элементов машины.
Рабочий процесс экскаватора состоит из ряда последовательно выполняемых действий: опускание рабочего оборудования в забой, копание, подъём, поворот на выгрузку, выгрузка, поворот в забой.
В течение выполнения определённого действия траектория и режим движения рабочего оборудования имеют монотонно изменяющийся характер. Оператору необходимо осуществлять слежение за движением элементов машины и при необходимости производить корректировку.
Как только оператор принимает решение о том, что выполняемое действие нужно завершить, он совершает перемену действия машины. Т.е. опускание рабочего оборудования в забой сменяется копанием, копание сменяется подъёмом и т.д. Каждая перемена действия сопровождается коренным изменением траектории и режима движения рабочего оборудования.
Корректировка траектории движения необходима для обеспечения правильного протекания рабочего процесса машины. Корректировка режима движения (скорости, ускорения) рабочего оборудования необходима ещё и для обеспечения управляемости машины оператором, т.е. для обеспечения приемлемой для оператора величины времени слежения t ,.
Допустимые погрешности отклонения рабочего оборудования диктуются требованиями к качеству работ. Требования к качеству работ имеют место при завершении отдельных этапов работ (край траншеи, котлована, вблизи от коммуникаций и др-). Отсюда можно сделать вывод, что некоторую часть работ можно выполнить с низкими требованиями погрешности отклонения. Часть работ, которая находится у границы их завершения, необходимо выполнить с высокими требованиями к погрешности отклонения.
При низких требованиях к погрешности отклонения рабочего оборудования скорость слежения можно определить максимально возможной скоростью, выдаваемой машиной, т.е. скоростью, определяющей сё техническую производитель! юсть.
При высоких требованиях скорость движения элементов необходимо снизить. Потребная величина снижения скорости зависит от ряда факторов, определяемых свойствами машины (в том числе и факторами эргономики), оператора, условиями эксплуатации Всё время, которое формирует техническую производительность машины, можно классифицировать как время слежения при низких требованиях к погрешности отклонения рабочего оборудования.
В работе Плотникова А.С. представлена оптимизация основных параметров экскаватора - массы и мощности - по критерию удельных приведённых затрат.
Для решения этой задачи были определены 3 аргумента, по величине которых осуществлялась минимизация величины удельных приведённых затрат. К этим аргументам относится величина расчетной прочности грунта Ср — прочность, которой должен обладать грунт, чтобы экскаватор за один цикл копания при реализации максимального усилия мог заполнить ковш; угол вращательного копания ф - угол, описывающий путь режущей кромки ковша при наполнении; максимальная скорость движения режущей кромки ковша при максимальной глубине копания - Vmax,
Методика оценки конкурентоспособности и исходные данные к расчёту
Определив математические модели, которые будут использоваться тгри расчёте величины критерия удельных приведённых затрат, можно составить список исходной информации, необходимой для расчёта.
Исходя из величины радиуса ковша Rx определяется максимально возможное. значение угла вращательного копания 2 ртах, исходя из величины суммы длины рукояти \?ук и R определяется минимальное значение угла вращательного копания 2фті1. Таким образом определяется диапазон возможных значений угла 2ф.
После этого осуществляется запуск оператора цикла и производится перебор значений угла вращательно копания в заданном интервале.
На1 основе информации о максимальном усилии копания Р Г1р_м максимальном4 радиусе действия Rnu производится вычисление масс элементов экскаватора. После чего определяются корректировочные коэффициенты, и определяется корректировка полученных расчётных, значений.
Алгоритм программы расчёта удельных приведённых затрат экскаватора с заданными основными параметрами. С использованием информации о мощности силовой установки, из условия устойчивости определяется время затрачиваемое на подъём рабочего оборудования и поворот платформы на выгрузку и обратно в забой.
Затем путём суммирования составляющих с учётом коэффициента учёта факторов эргономики и качества работ к . и времени на переключение органов управления tnep получается время цикла работы экскаватора Т ,
Далее с учетом затрат времени на перестановки, зависящего от величины радиуса действия экскаватора RmLS и других его характеристик, глубины hq и ширины bq котлована, коэффициента использования сменного времени-кш, осуществляется расчёт эксплуатационной сменной производительности
После чего с использованием экономических показателей, обозначенных в исходных данных к расчёту, осуществляется расчёт величины удельных приведённых затрат Zy , а также времени производства работ iVi.
ПоСЛе ЭТОГО Осуществляется СраВНСНИе ВеЛИЧИНЫ Zy?i, ПОЛучеННОГО ДЛЯ расчётттого значения 2фі с предыдущим значением Z .j. Если Zya\ 2 ., то1 значение угла вращательного копания 2ф1 запоминается как значение, определяющее минимум ZJ7I - ір п Фі- Как правило, по мере перебора расчетных значений угла ф значение р п переписывается несколько раз, и с каждым разом величина Zy;], соответствующая величие tp njn — уменьшается.
Данный алгоритм позволяет определить оптимальный режим работы экскаватораг определяемый углов вращательного копания ip miu Д я заданных конкретных условий эксплуатации, определяемых, в свою очередь, прочностью разрабатываемого грунта G.
При этом, удельные приведённые затраты исследуются па минимум на всём диапазоне значений варьируемого аргумента - фгтт - в этом состоит отличие от способа поиска минимума уд. прив. затрат., используемого Плотниковым АР С. Д В случае наличия у функции нескольких минимумов данный алгоритм позволит найти минимум, характерный наименьшим значением удельных приведённых затрат,
Знание величины удельных приведённых затрат для одной машины не позволит оценить сё конкурентоспособность. Её величину необходимо определить для нескольких экскаваторов, и в результате сравнения можно будет вывит экскаватор наибольшей конкурентоспособности. Поэтому процедура оценки конкурентоспособности предполагает проведение расчёта но алгоритму, представленному па рис, ЗА для нескольких интересующих исследователя экскаваторов с последующим сравнением-полученных результатов. .
Перед тем, как сравнивать экскаваторы по величине стоимости разработки единицы объема грунта, необходимо соотнести продолжительность производства работ Tti? с ограничениям на сроки их производства TBPJI0IL {см. рис. 3.2), если величина Твр окажется меньше, то экскаватор можно допустить к дальнейшей оценке конкурентоспособности по величине удельных приведённых затрат.
Математические модели построены таким образом, что минимальное значение удельных приведённых затрат, получаемое при помощи варьирования величины угла вращательного копания ф соотвегствует максимальной производительности экскаватора, А максимуму производительности соответствует минимально возможное время выполнения-работ Трр данным экскаватором из условия его технических возможностей.
Для оценки конкурентоспособности экскаваторов, при помоши расчётной программы, работающей в соответствии с блок-схемой на рис. 3.1, необходимо последовательно для каждого из экскаваторов вычислить значения удельных приведённых затрат Zya и времени производства работ Твр. В результате будут поучены ряды значений Zy и TBpj для j оцениваемых экскаваторов (см. рис, 3,2). Затем, используя информацию о допустимом сроке производства работ Трр.дод удалить из списка экскаваторы, для которых имеет место условие Твр] ТвРіЛ[ІІІі. Затем из полученного списка экскаваторов выбрать машину, у которой имеет место минимальное значение уд. прив, затрат, это и будет экскаьатор максимальной конкурентоспособности.
Однако, ряд данных исходной информации неизвестен, Б то время, как в действительности эти данные имеют конкретные значения, В таких условиях произвести объективную оценку конкурентоспособности не представляется возможным.
Если осуществить варьирование неизвестных аргументов исходной информации в определённом диапазоне, то можно составить представление о интервалах изменения факторов, которое не приводит к существенным изменениям в конкурентоспособное ги. Таким образом будет получена информация, которую впоследстьии можно будет использовать для оценки конкурентоспособности исследуемых экскаваторов, уже не прибегая к расчету.
Оценку конкурентоспособности целесообразно разбить па дна этапа, В первом этапе по алгоритму, представленному на рис. осуществить рас чёт величины УПЗ и периода производства работ ТВР последовательно для каждого из исследуемых экскаваторов. На втором этапе произвести поиск минимального значения УПЗ среди экскаваторов, которые выполнят работу в заданный срок, . В силу того, что ряд аргументов исходной информации неизвестен, то целесообразно осуществить варьирование величин данных аргументов, и оценить степень их влияния па конкурентоспособность.
Исследование влияния эксплуатационных условий на конкурентоспособность
Экскаватор предназначен для того, чтобы разрабатывать грунт, поэто му целесообразно оценить влияние объёма, ширины и глубины котлована, прочности разрабатываемого грунта на конкурентоспособность экскаваторов. Для различных значений указанных показателей наилучшими могут оказать ся различные машины. Поэтому целесообразно произвести исследование влияния объёма ширины и глубины, котлована, прочности разрабатываемого грунта на конкурентоспособность. Экскаватор эксплуатируется в каких-то определённых условиях технического обслуживания и экономических условиях (стоимость топлива, стоимость ГСМ, налоги, ставка оператора). Они оказывают влияние на величину удельных приведённых затрат, но одинаково для всех экскаваторов, по 84 этому на конкурентоспособность влияния не оказывают. Конечно, возможны случаи, когда для какой-то конкретной марки экскаватора техническое обслуживание может быть качественнее, или меньше его стоимость. Это может зависеть от расположения сервисных центров соответствующих моделей относительного того района, в котором эксплуатируется экскаватор, и прочих подобных условий. Примем качество технического обслуживания одинаковыми для всех экскаваторов.
На экскаваторах разной стоимости, как правило, применяются и ГСМ различного качества. Однако это ставит оцениваемые экскаваторы в различные условия, поэтому примем, что качество используемых ГСМ одинаково для всех экскаваторов.
После того, как разработан объём работ на объекте, наступает перебазирование. Перебазированием техники занимаются много различных компаний, имеющих свои особенности образования цен. Также цена перебазирова-ния зависит не только от длины, но еще от целого ряда характеристик маршрута, Всё это даёт неопределённость значений цен на перебазирования, в то время как именно они лежат в основе выбора рациональной размерной группы машины. Последнее определяет необходимость исследования влияния стоимости перебазирования на конкурентоспособность. у
Количество перебазирований определяется величиной объёмов работ, чем меньше объёмы, тем больше перебазирований. Стоимость перебазирования зависит от расстояния и от часа использования прицепа тяжеловоза, которая определяется его грузоподъёмностью. Необходимая грузоподъёмность прицепа-тяжеловоза диктуется величиной массы экскаватора. Поскольку экскаватор выбирается для определённых эксплуатационных условий (в противном случае оценить конкурентоспособность нельзя), то определяющей в стоимости перебазирований будет величина его массы. Стоимость часа использования прицепа-тяжеловоза необходимо связать с массой экскаватора. Определяющей в количестве перебазирований будет производительность экскаватора — чем быстрее разработан объём работ, тем быстрее наступит не 85
ре базирован и е, и тем больше их будет при прочих равных условиях. Все остальные составляющие стоимости перебазирований будут одинаковыми для всех экскаваторов. Связь мезкду стоимостью часа использования прицепа-тяжеловоза и его грузоподъёмностью неизвестна. Поэтому целесообразно произвести исследование конкурентоспособности при варьировании характеристик этой зависимости. Но для этого нужно определить эту зависимость. Стоимость часа использования не зависит от загрузки прицепа, поэтому до определённого предела веса, соответствующего грузоподъемности, стоимость одна, а по превышении этого предела — другая, т.е. в последнем случае будет использоваться прицеп-тяжеловоз большей грузоподъёмности. Наиболее распределены прицепы ірузопобъёмностью 20 т, это и определяет рубеж, при котором будет происходить повышение стоимости перебазирования. Целесообразно определить, при-каком превышении стоимости перебазирования дли экскаваторов массой более 20 т над экскаваторами массой менее- 20 т- происходит, изменение рекомендаций о выйоре, т.е. смещение минимума УПЗ от экскаваторов одной весовой группы в другую.
Экскаватор обладает некоторой величиной годового фонда рабочего времени, определяемого количеством выходных и праздничных дней. При этом часть времени от рабочих смен теряется на простои экскаватора по различным причинам, что оценивается коэффициентом использования сменного времени. При малой загрузке экскаватора по времени значительное количество времени высвобождается и компенсирует потери времени на устранение отказов и неисправностей, на несовершенство системы управления экскаватора. При малой загрузке по времени высокопроизводительные, надёжные и дорогие машины могут оказаться неэффективны — количество сделанной работы невелико из-за малого количества рабочего времени, и если соотнести эту работу с эксплуатационными издержками, т.е. получить величину Y1I3, то значение может получиться высоким относительно дешевых и относительно малопроизводительных машин. Т.е. конкурентоспособными могут оказаться дешевые и не очень надёжные машины. В связи с этим целесообразно определить влияние величины коэффициента использования сменного времени на конкурентоспособность.
Таким образом, на основании сказанного можно привести следующие факторы условий эксплуатации, относительно которых будет осуществляться оценка конкурентоспособности: 1. объём работ, глубина и ширина разрабатываемого котлована 2. прочность разрабатываемого фунта 3. стоимость перебазирования 3-. использование экскаватора по времени в течении смены Прочность разрабатываемого грунта определяет техническую производительность экскаватора, коэффициент использования сменного времени определяет сменную производительность, глубина и ширина котлована также оказывают влияние на сменную производительность. Обладая определённой производительностью, экскаватор разработает объём работ некоторой величины.за некоторое время. Величина которого определит момент наступления перебазирования, обладающего определенной стоимостью, А совокупность этих факторов определяет величину удельных приведённых затрат. В зависимости от комбинации этих факторов минимум УГ13 может принадлежать различным машинам.
Т.е. все исследуемые факторы эксплуатации, находятся во взаимосвязи друг с другом и определяют конкурентоспособность машин. В этой связи с целью расширения диапазона исследования целесообразно производить варьирование отдельного фактора дли различных комбинаций всех прочих факторов. Число этих комбинаций необходимо сократить.
