Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ системы организации и управления эксплуатаци ей, техническим обслуживанием и ремонтом пожарных автомобилей в МОБ Вьетнама 10
1.1. Характеристика системы управления техническим обеспечением подразделений пожарной охраны Вьетнама 10
1.2. Анализ обеспеченности и технического состояния автомобильного парка подразделений пожарной охраны Вьетнама 16
1.3. Анализ качества и технического состояния пожарных автомобилей 19
1.4. Особенности организации и управления, эксплуатации, техническое обслуживание пожар . 24
1.5. Моделирование динамики эксплуатационных показателей пожарной автомобильной техники на основе вероятностно-статистических методов 30
1.6. Перспективы направления совершенствования управления организацией и управлением эксплуатацией пожарных автомобилей 34
1.7. Выводы по главе 1 39
Глава 2. Математическое моделирование функционирования автопарка подразделения пожарной охраны 42
2.1. Роль, место и задачи математического моделирования в управлении эксплуатацией современной пожарной техники 43
2.2. Основные требования к математической модели функционирования парка пожарного подразделения 48
2.3. Общая дискретно-событийная модель функционирования парка пожарного подразделения 50
2.4. Прямые переходы между отдельными смежными состояниями моделируемой системы 59
2.5. Обратные переходы в моделируемой системе и учет приоритетов при ремонте и техническом обслуживании . 61
2.6. Марковская модель функционирования парка пожарного подразделения . 66
2.7. Ограниченность аналитического и численного моделирования функционирования автопарка пожарного подразделения 70
2.8. Выводы по главе 2 72
Глава 3. Моделирование показателей эксплуатационной надежно сти автомобильной пожарной техники 73
3.1. Анализ влияния эксплуатационных параметров на надежность пожарных автомобилей 73
3.2. Организация сбора статистических данных об эксплуатационных параметрах пожарных автомобилей 77
3.3. Моделирование интенсивности отказов и восстановления пожарных автомобилей 82
3.4. Методика статистической обработки данных об эксплуатационных параметрах пожарных автомобилей . 84
3.5. Выводы по главе 3 93
Глава 4. Компьютерная система имитационного моделирования процессов эксплуатации и технического обслуживания пожарных автомобилей 95
4.1. Имитационная компьютерная модель «Прогнозирование готовности автомобильного парка» 94
4.2. Описание режимов работы 98
4.3. Пример применения программы 104
4.4. Выводы по главе 4 108
Заключение 110
Cписок литературы
- Анализ качества и технического состояния пожарных автомобилей
- Основные требования к математической модели функционирования парка пожарного подразделения
- Организация сбора статистических данных об эксплуатационных параметрах пожарных автомобилей
- Описание режимов работы
Анализ качества и технического состояния пожарных автомобилей
В настоящее время, система управления материально-техническим обеспечением Вьетнама в настоящее время функционирует в рамках годового плана снабжения.
К ее основным функциям следует отнести [15]: - определение потребности по номенклатуре и в количественном выражении пожарных подразделений; - закупка запасных частей, материалов и прочего имущества, необходимого для обеспечения текущей деятельности пожарных подразделений и выполнения рабочей программы подразделениями технической службы; - организация поставок, транспортировок запасных частей, материалов пожарным подразделениям и подразделениям технической службы; - контроль расходования, содержания и правильности эксплуатации материальных ресурсов; - подготовка плана снабжения с учетом прогнозов пожаров и чрезвычайных ситуаций, работ по обслуживанию и ремонту техники, помещений, в которых размещаются пожарные подразделения; - организация эксплуатации техники, обучение водительского состава, обеспечение исправности техники.
Автомобильная пожарная техника является неотъемлемой частью пожарной охраны Вьетнама. К 2011 г. автомобильный пожарный парк пожарной охраны Вьетнама составил 709 единиц. В том числе 668 автомобилей в рабочем состоянии [56]. В настоящее время в подразделениях пожарной охраны Вьетнама средств и оборудования для противопожарной работы не хватает. В качестве примера рассмотрим количества пожарных автомобилей в 5-х
Количество пожарных машин марки ЗИЛ занимается 35% общего количества пожарных машин, и многие находятся в нерабочем состоянии. Город Ханой имеет всего 50 пожарных автомобилей, в том числе 13 пожарных машин марки ЗИЛ (производство в СССР), время их использова-17 ния составляет уже 16 – 27 лет и многие находятся в неисправном состоянии. Город Хошимин имеет 74 пожарных автомобилей, в том числе 14 машин в плохом техническом состоянии из-за долговременного использования и 6 пожарных автолестниц, из которых 3 машины в плохом состоянии. В Хайфоне работают 3 пожарных автолестниц и 12 обычных пожарных автоцистерн, в том числе только одна современная машина CAMIVA (производства Франции), остальные старые машины произведены в СССР (9 пожарных машин марки ЗИЛ, Зил-130). Город Дананг имеет 14 пожарных автомобилей, в том числе 01 пожарная машина в неисправном состоянии, 6 из них были преобразованы из автомобилей КАМАЗ, IFA и 2 автомобиля ЗИЛ-130, которые практически находятся в неработоспособном состоянии, тем более, одна автолестница ЗИЛ - в неисправном состоянии. Кроме вышеперечисленных городов, в других провинциях состояние пожарной техники находится в более тяжелых ситуациях, что вызывает невыполнения обеспечения пожаробез-опасности.
Большое количество автоцистерн объясняется тем, что водопроводная сеть городов находится в плохом состоянии и не может обеспечить необходимое количество воды для тушения пожаров. Поэтому приходится привозить на пожары большое количество воды в цистернах для обеспечения непрерывной работы автоцистерн.
Таким образом, в настоящее время в крупнейших городах Вьетнама один основной пожарный автомобиль приходится в среднем на 80 тыс. человек [54]. Для других крупных городов в мире это отношение составляет 40 -50 тыс. человек [18]. По сравнению с некоторыми большими городами стран мира, имеющими аналогичную численность населения и географическую площадь, как у крупных вышеназванных городов во Вьетнаме, общее положение с количеством противопожарных команд, их оборудованием и противопожарными силами на данном этапе вызывает серьёзную тревогу. 1.3. Анализ качества и технического состояния пожарных автомобилей
Существует несколько трактовок понятия качества. Наиболее часто используется определение, приведенное в ГОСТе «Качество продукции. Термины и определения» [45]. В соответствии с ним качество автомобиля - это совокупность свойств, определяющих его пригодность удовлетворять определенные потребности при использовании по назначению, а свойство характеризует одну из сторон автомобиля.
Тут необходимо отметить, под понятием «автомобиль» понимается как сложная система, состоящая из множества совместно действующих элементов (агрегатов узлов, деталей, механизмов), обеспечивающих выполнение заданных функций.
Автомобиль, в общем, и пожарный автомобиль в частности можно характеризовать бесконечным множеством свойств, но практический интерес представляет ограниченный их перечень, включающий 10 - 15 наименований. К основным относятся грузоподъемность, динамичность, экономичность, производительность, надежность, экологичность, управляемость, устойчивость, маневренность, проходимость, комфортность. Некоторые свойства являются комплексными, то есть содержат группу более простых свойств.
В процессе эксплуатации автомобиль взаимодействует с окружающей средой, а его элементы взаимодействуют между собой. Это взаимодействие вызывает трение, нагрев, нагружение деталей и т.д. В результате этого элементы автомобиля изменяют свое первоначальное состояние. Это состояние элементов может измениться настолько, что элемент не будет способен выполнять заданные функции.
Основные требования к математической модели функционирования парка пожарного подразделения
Одним из важнейших перспектив совершенствования управления организацией и управлением эксплуатацией пожарных автомобилей является прогнозирование уровня готовности техники, целесообразно разработать и внедрить автоматизированную систему поддержки принятия решений, основанную на применении математических моделей, позволяющих вырабатывать обоснованные и эффективные организационные и управленческие решения по данному вопросу.
Для решения задач прогнозирования уровня готовности пожарной техники приводится к необходимости использования имитационного моделирования с помощью алгоритмов и моделей поддержки принятия решений при управлении системой технического обеспечения [99,57,58,68,13]. Использование теории прогнозирования при управлении социально-экономическими системами связано с именами Винера и Колмогорова [16]. Часть этой теории рассматривается как векторный случай с дискретными и непрерывными временами благодаря работам Винера и Мазани, Хелсона и Лаунденсагера, Розанова, Робертсона, Яглома и некоторых других ученых [47,136,131,137].
Брушлинский, С.В. Соколов [127,17,41,29,100,102,123] и другие. Динамические модели производственных систем и процессов управления разрабатывались А.А. Вавиловым, Н.А. Саломатиным, Ю.М. Горским, А.А. Колобовым, Л.Ф. Шклярским. Решение проблемы моделирования производственных систем связано не только с описанием объекта управления, но и с описанием его системы управления [27,104,108]. В настоящее время не существует единого универсального способа решения задач управления, одинаково эффективно работающего с любым способом описания объекта. Поэтому, описание объекта в некотором классе моделей влечет за собой выбор соответствующего способа построения системы управления.
При создании имитационных систем для управления технического обеспечения предлагается учитывать концепции организации материально-технического обеспечения, предложено в рядах работ [132-135,137,138,8,35-37,69,72,81].
Необходимо отметить что, достоинства пожарных автомобилей определяются его мобильностью, возможностью доставки большего объема воды к месту пожара для тушения. Кроме достоинств, пожарному автомобилю присущ и ряд недостатков. Один из них - высокая себестоимость на содержание.
От затрат на содержание существенно зависит эффективность работы многих отраслей экономики, себестоимость продукции основного производства обслуживаемых предприятий. В значительной степени себестоимость Пожарных автомобилей зависит от затрат на текущий ремонт (ТР) (рис. 1.8).
В условиях Вьетнама, значительная доля пожарных автомобилей находится в постоянных пожарных частях. В этих условиях важнее не снижение себестоимости использования автомобилей, а их бесперебойная работа, так как одной из важнейших задач при эксплуатации автомобильной пожарной техники является обеспечение необходимой степени ее готовности к выезду и выполнению задач по тушению пожаров. В этом случае на первый план выходит безотказность автомобилей, а также возможности производственно-35 технической базы (ПТБ) по восстановлению их утраченной работоспособности [74]. На рис. 1.8 [78] выделены показатели, определяющие вклад рассматриваемых в диссертационной работе мероприятий в прирост конечного продукта и, следовательно, в эффективность работы автомобильного пожарного парка.
Эффективность работы автомобильной пожарной техники Степенни готовности Стоимомтьна содержание Количествовыездов ктушениюпожаров Безопасностьэксплуатационногопроцесса
Уровеньработаспособности парка Затраты на поддержаниеработоспособностипарка Производительностьтрудаперсонала,обеспечивающегоработоспособностьпарка Уровень влияния на экологическую безопасностьэксплуатационногопроцесса
Коэфициент техническойготовности;наработкана отказ;простои времонте идр. Затраты наТО иремонт Производительностьтрударемонтногоперсонала Наработки на отказы Связь показателей работы автомобильной пожарной техники и его подсистемы технической эксплуатации [78] Дерево систем технической эксплуатации автомобилей (рис. 1.9) предложенное Кузнецовым Е.С. [80] определяется генеральная система C0 , которая структурируется на подсистемы первого (C101 , C102 ……, C10n), второго и последующих уровней. На рис. 1.9 приведены три верхних уровня дерева системы технической эксплуатации автомобилей. Тут необходимо отметить, две подсистемы первого уровня: C10 3 – «Производственная база» и C10 7 – «Условия эксплуатации»
«Учет транспортных условий и интенсивности использования изделий», поскольку условия эксплуатации влияют на поток отказов». 1.7. Выводы по главе 1
Проведенный анализ современного состояния автопарка и организации эксплуатационного обслуживания пожарных автомобилей, а также современных подходов к организации и теоретическому обоснованию позволил сделать следующие выводы:
Из выше приведенного анализа показывает серьезную нехватку по жарной техники и ремонтной бригады, большое количество техники после многих лет службы находится в неисправном состоянии. В настоящих соци ально - экономических условиях, Вьетнам не может заменить и оснастить полностью новой пожарной техникой [55]. Поэтому, требуется разработка моделей и алгоритма управления эксплуатацией пожарной техники, с помо щью которой эксплуатация пожарной техники является наиболее эффектив ной и сократить время ремонта путем определения приоритетов очередности в ремонте пожарных автомобилей.
В связи с этим, основной задачей управления материально-техническим обеспечением пожарной охраны Вьетнама в настоящих условиях является обеспечение ее стабильного функционирования. Решение данной задачи может быть реализовано путем разработки системы поддержки принятия решений по управлению материально-техническим обеспечением, а также методов оптимизации параметров управления при условии ограниченного ресурса [26] и прогнозирования готовности пожарных автомобилей на обоснованной имитационной модели.
Система поддержки принятия решений позволит управлять готовностью техники, оптимизировать количество ремонтных бригад, сроки эксплуатации техники в материально-техническом обеспечении с различной интенсивностью ее использования, производить мониторинг состояния техники, определять оптимальную марку и модель для различных регионов.
В настоящее время действует планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта, которая представляет собой комплекс проводимых в плановом порядке организационно-технических мероприятий. Перспективным направлением развития планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта является создание специально автоматизированной поддержки принятия решений, позволяющей управлять технической готовностью автомобильной пожарной техники посредством оптимизации процедур технического обслуживания и ремонта, распределению людских и материальных ресурсов.
Организация сбора статистических данных об эксплуатационных параметрах пожарных автомобилей
Эффективность тушения пожаров и проведения спасательных работ в значительной степени определяется своевременностью, качеством и достаточностью материально-технического обеспечения (МТО) привлекаемых подразделений пожарной охраны.
Организация и управление процессами эксплуатации, технического обслуживания, ремонта современной пожарной техники требует внедрения автоматизированных систем управления, основанных на применении математических моделей и методов, позволяющих вырабатывать обоснованные и эффективные организационные и управленческие решения.
В настоящее время одним из важнейших направлений совершенствования системы МТО пожарных подразделений является разработка методов, моделей и алгоритмов информационной поддержки принятия организационных и управленческих решений.
Основные требования к математической модели функционирования парка пожарного подразделения
Одна из важнейших функций системы МТО заключается в обеспечении и поддержании необходимого уровня готовности пожарной техники в подразделениях. Степень готовности к выезду и выполнению задач по тушению пожаров - важнейший критерий эксплуатационной надежности пожарной автомобильной техники. Поэтому в качестве основного свойства, характеризующего данную сложную техническую систему выберем готовность как описываемой системы в целом, так и готовность отдельных ее элементов.
Общая модель, описывающая динамику изменения готовности пожарной техники отдельного подразделения может быть построена на основе рассмотрения переходов между различными по степени готовности состояниями
моделируемой системы. Определим основные требования к данной математической модели функционирования системы и определим подходы к ее построению.
1. При моделировании функционирования системы необходимо рассматривать ее возможные различающиеся между собой по степени готовности пожарной техники состояния. При этом необходимо рассматривать пожарный автомобиль как техническую систему, включающую в себя сам автомобиль - «шасси» и установленное на нем специальное оборудование -«надстройку».
2. В процессе функционирования система совершает прямые и обратные переходы между состояниями. Прямые переходы обусловлены различного характера (как технического, так и организационного) событиями, приводящими к «выходу из строя» отдельных пожарных автомобилей. Обратные переходы обусловлены различного характера (как технического, так и организационного) событиями, приводящими к «возвращению в строй» отдельных пожарных автомобилей.
3. Справедливо предполагать, что отдельные возможные состояния системы можно заранее перечислить, а переходы между состояниями происходят мгновенно, т.е. рассматривается случайный процесс с дискретными состояниями. Моменты возможных переходов системы из одного состояния в другое не фиксированы заранее, а являются случайными, т.е. рассматривается случайный процесс с непрерывным временем. Таким образом, приходим к заключению о необходимости моделирования динамики изменения готовности пожарной техники отдельного подразделения в виде случайного процесса с дискретными состояниями и непрерывным временем.
4. Понятие «состояние системы» не является первичным, а строится на основе предельного элементарного понятия «элементарное состояние системы». Произвольное состояние системы является подмножеством первичного множества элементарных состояний системы. Конкретное сложное состояние, связанное с определенной степенью готовности подразделений, представляет собой некоторый набор соответствующих определенным критериям включения элементарных состояний системы.
Анализ функционирования системы существенно упрощается в случае, когда рассматриваемый случайный процесс является Марковским. Такие процессы представляют собой случайные процессы без последействий, когда для любого момента времени вероятностные характеристики процесса в будущем зависят только от его состояния в данный момент и не зависят от того, как и когда система оказалась в этом состоянии.
В подавляющем большинстве случаев вероятность той или иной степени готовности пожарной техники отдельного подразделения в ближайшем будущем зависят от степени готовности в настоящий момент времени, и не зависит от того, какова была степень готовности в прошлом. Поэтому при моделировании функционирования системы предысторией рассматриваемых процессов, вызываемых поломками и ремонтом техники, можно пренебречь и применять для их исследования Марковские модели.
В соответствии с обоснованным выше подходом к построению имитационной компьютерной модели функционирования парка пожарного подразделения представляется целесообразным построить общую математическую дискретно-событийную модель.
Определение дискретных состояний моделируемой системы необходимо проводить, основываясь на некоторых позволяющих различать их между собой критериях. В качестве критериев различия целесообразно выбрать результаты прямых и обратных процессов, отражающих реальные события, происходящие с элементами системы.
В описываемой системе прямые переходы связаны с возникновением неисправностей в процессе эксплуатации пожарных автомобилей (поломок), которые приводят к «выходу из строя». Обратные переходы обусловлены устранением неисправностей в процессе ремонта и технического обслуживания (восстановления) пожарных автомобилей и приводят к «возвращению в строй».
Возможно, упростить рассмотрение процессов функционирования системы, если пренебречь вероятностью одновременного выхода из строя и возвращения в строй двух и более элементов, то есть одновременной поломки и восстановления двух и более автомобилей. Тогда переход между двумя любыми двумя из возможных состояний системы может быть связан с процессами выхода из строя (поломки) и возвращения в строй (восстановления) только одного определенного автомобиля.
Таким образом, приходим к выводу о том, что возможные дискретные состояния системы могут отличаться между собой только по текущему состоянию отдельных автомобилей (с учетом либо без учета последовательности изменений состояния каждого из автомобилей).
Исходя из вышесказанного, возможные состояния моделируемой системы можно определить следующими тремя способами, различающимися по степени детализации результатов прямых и обратных переходов.
Первый способ предполагает различать элементарные состояния, представляющие собой все возможные упорядоченные наборы k элементов множества N (пожарных автомобилей), состоящего из n элементов, т.е. представляет все размещения akn из n элементов по k. Интерпретация данного способа заключается в том, что нас интересует не только то, какие автомобиля несправны (входят в набор k элементов из n элементов), но и последовательность их выхода из строя. В реальных условиях необходимость такого учета может обусловливаться тем, что ремонтные бригады приступают к обслуживанию соответственно очередных вышедших из строя автомобилей и при поломке следующего автомобиля, даже имеющего более высокий уровень приоритета обслуживания, не всегда целесообразно прерывать ремонт предыду щего автомобиля (например, на стадии его завершения). В этом случае число возможных состояний определяется числом возможных размещений из n элементов по k и может быть определено как:
Описание режимов работы
Организация и управление процессами эксплуатации, технического об служивания, ремонта современной пожарной техники требует внедрения ав томатизированных систем управления, основанных на применении матема тических моделей и методов, позволяющих вырабатывать обоснованные и эффективные организационные и управленческие решения
При моделировании эксплуатации автомобильной техники применяются, как правило, методы теории систем массового обслуживания [61], которые позволяют найти основные параметры, необходимые для оценки эффективности эксплуатации автопарка [10,59,64].
Однако необходимо учитывать, что одним из наиболее важных критериев эффективности эксплуатации пожарной техники становится степень готовности к выезду и выполнению задач по тушению пожаров.
В [97] авторами построена общая Марковская модель функционирования автопарка пожарной техники отдельного подразделения, позволяющая рассматривать ее возможные состояния, различающиеся между собой по степени готовности пожарной техники и описывающая динамику изменения готовности на основе рассмотрения прямых и обратных переходов между различными состояниями моделируемой системы.
Основной вывод из предварительного анализа динамики изменения готовности реальных подразделений, проведенного методами имитационного моделирования на основе этой модели, заключается в невозможности описания ее поведения в рамках теории систем массового обслуживания. Несмотря на то, что моделируемая система является эргодической, при рассмотрении характера ее поведения возникает необходимость учета наблюдающихся в ней при изменении начального состояния достаточно длительных переходных процессов.
Для моделирования функционирования реальных подразделений с автопарком пожарной техники необходимо с достаточной точностью определить показатели интенсивности прямых и обратных переходов в соответствующих уравнениях Колмогорова. В описывающих поведение моделируемой системы уравнениях [97] прямые переходы связаны с возникновением неисправностей в процессе эксплуатации пожарных автомобилей (поломок), которые приводят к «выходу из строя». Обратные переходы обусловлены устранением неисправностей в процессе ремонта и технического обслуживания (восстановления) пожарных автомобилей и приводят к «возвращению в строй».
Прямые переходы связаны с возникновением неисправностей пожарных автомобилей в процессе эксплуатации. Для количественного описания переходов необходимо определить для каждого пожарного автомобиля интенсивность связанного с возникновением неисправностей потока событий, которая может зависеть от различных эксплуатационных факторов (типа автомобиля, возраста, пробега, дорожных и климатических условий и т.п.).
Прямые переходы между смежными состояниями обусловлены потоками событий, связанных с возникновением неисправностей отдельных автомобилей и количественно описываются интенсивностями потоков Хг (поломок /-го ПА). Для каждого пожарного автомобиля интенсивность связанного с возникновением неисправностей потока событий 1г представляет собой некоторую величину, которую можно определить на основе анализа статистических данных о поломках автомобиля.
При математическом моделировании [10,59] используется понятие «Параметр потока отказов» (Failure intensity), определяемый в [47] как отно шение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки. Также используется технический параметр «наработка на отказ», характеризующий надёжность восстанавливаемого прибора, устройства или технической системы. Согласно [47] она определяется как отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки. Ключевым понятием является «наработка» (Operating time), под которым понимается продолжительность или объем работы, причем в зависимости от вида восстанавливаемого объекта она может быть представлена различным образом [46-48,117,115]. Допускается ее представление как непрерывными величинами (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т. п.), и целочисленными (число рабочих циклов, запусков и т. п.).
При математическом моделировании эксплуатации автотранспортных средств [83,85,130,9,105,101,61,59,64,97,118] наработка чаще всего оценивается в показателях пробега. Такой подход представляется оправданным в случае эксплуатации крупными автоперевозчиками, поскольку практически весь технический ресурс автотранспортных средств вырабатывается за достаточно короткое время.
Общая наработка автотранспортных средств напрямую связана с таким понятием, как износ, амортизация (depreciation). При оценке остаточной стоимости используются как показатели пробега, так и время эксплуатации автотранспортных средств [116,6,126,89,71]. При этом учитывается изменение качества автотранспортных средств не только в ходе эксплуатационного износа, но и вследствие иных деградационных процессов, связанных с накоплением повреждений при старении.
Отличительные особенности пожарной автомобильной техники в сравнении с использованием автотранспортных средств в других сферах деятельности проявляются в относительно большой длительности эксплуатации и малой интенсивности применения. Поэтому при моделировании различных эксплуатационных показателей, отражающих характеристики качества и надежности, становится необходимым учет временного фактора. На эксплуатационную надежность пожарной автомобильной техники помимо временного фактора существенное влияние могут оказывать режим работы, дорожные и климатические условия, в которых она эксплуатируется, а также качество технического обслуживания и хранения.
Диссертация предлагается, в данном случае представляется целесообразным сделать следующее предположение: обобщенная наработка, понимаемая как степень износа, является некоторой функцией состояния объекта, полностью определяющая все его эксплуатационные характеристики. Обобщенную наработку пожарной автомобильной техники, по мнению авторов, следует представлять некоторым эмпирически обоснованным функционалом: D = F{T,L,W,C,S,R), (3.1) который учитывает основные эксплуатационные факторы: возраст автомобиля (7) и его пробег (L), с учетом влияния дополнительных факторов, обусловленных режимом эксплуатации в определенных дорожных (W) и климатических условиях (С), а также качеством обслуживания (S) и условиями хранения (R).
