ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Как неотъемлемая часть транспортной системы страны автомобильный транспорт играет важную роль в перевозке пассажиров и грузов. Являясь частью других производственных систем, автомобильный транспорт оказывает значительное влияние как на ритм производства, так и на себестоимость продукции. Существенную долю затрат в себестоимости перевозок составляют затраты на поддержание работоспособности автомобилей.
Значительная доля автомобилей в условиях нефтегазового комплекса Западно-Сибирского региона занята обслуживанием месторождений. Соответственно, бесперебойная работа автомобильного транспорта способствует снижению затрат основного производства. С другой стороны, излишние площади производственно-технической базы автотранспортных предприятий увеличивают себестоимость продукции.
Известно, что в течение года меняются интенсивность и условия эксплуатации. Соответственно варьирует поток отказов автомобилей, который влияет на неравномерность загрузки постов текущего ремонта (ТР) и вызывает как незапланированные простои автомобилей в один период, так и простои постов в другой.
Существующие методы расчета числа постов ТР недостаточно учитывают неравномерность потока требований. Вариация потока связывается только с числом автомобилей, а число постов рассчитывается без учета затрат от их простоя. Следовательно, необходимо совершенствовать методику технологического расчета с учетом вышесказанного. Для того чтобы решить эту задачу необходимо знать закономерности формирования потока отказов автомобилей с учетом вариации основных влияющих факторов.
Работа выполнялась при поддержке грантом губернатора Тюменской области (2004 год).
Целью работы является повышение эффективности работы автотранс-
портных предприятий путем установления закономерностей процесса восстановления автомобилей в условиях нестационарного потока требований и минимизации на их основе суммы затрат на содержание зоны ТР и потерь от простоев автомобилей в ожидании.
Объект исследований - процесс формирования нестационарного потока требований на текущий ремонт и устранения отказов и неисправностей в зоне ТР.
Предмет исследований - закономерности формирования потока требований на ТР и устранения отказов и неисправностей.
Научная новизна;
• выявлены факторы, влияющие на число постов зоны ТР в условиях неравномерности потока отказов;
• выявлены закономерности влияния этих факторов на число постов зоны ТР;
• разработаны математические модели этих закономерностей; экспериментально определены численные значения параметров моделей;
• разработана имитационная модель оптимизации количества постов ТР в условиях неравномерного потока отказов.
Практическая ценность заключается в разработке программного обеспечения и методики корректирования расчетного числа постов ТР с учетом неравномерности поступления автомобилей, позволяющей минимизировать сумму затрат от простоя автомобилей в зоне ТР и затрат от простоя постов ТР.
На защиту выносится:
• результаты отбора факторов, влияющих на число постов ТР в условиях неравномерности потока отказов;
• закономерности влияния факторов на число постов ТР;
• математические модели влияния этих факторов на число постов ТР;
• методика корректирования расчетного числа постов ТР с учетом
неравномерности поступления автомобилей.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на международной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях» (Тюмень, 2001), научно-практическом семинаре международной выставки-ярмарки «Транспортный комплекс - 2002» (Тюмень, 2002), региональной научно-практической конференции «Нефть и газ. Новые технологии в системах транспорта» (Тюмень, 2003).
Реализация результатов работы. Разработанная методика внедрена в Управлении технологического транспорта и специальной техники №3 ООО «Сургутгазпром». Кроме того, результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ при подготовке инженеров по эксплуатации автомобильного транспорта.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 статьях.
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
Из-за невозможности эксплуатации всех автомобилей с одинаковой интенсивностью, из-за особенностей конкретных автомобилей, и изменяющихся сезонных условий возникает проблема приспособленности зоны ТР к числу поступающих требований (поступление автомобиля в зону ремонта для устранения неисправности принято называть требованием). Но не многие предприятия имеют возможность, меняя параметры зоны ТР, приспособить ее к колебаниям потока отказов. Это вызывает незапланированные простои как автомобилей так и постов, а значит появление непредвиденных затрат. Следовательно, существует проблема приспособленности зоны текущего ремонта к постоянно меняющемуся потоку отказов автомобилей (параметр потока отказов - относительное число отказов, приходящееся в единицу времени или пробега одного изделия[111, с. 44]).
Для решения данной проблемы необходимо выяснить, какие исследования проводились по следующим вопросам:
• какие существуют факторы, влияющие на неравномерность поступления автомобилей в зону ТР;
• выявленные закономерности случайных изменений потока требований на текущий ремонт;
• существующие закономерности сезонных изменений потока требований на текущий ремонт;
• учет неравномерности потока требований при определении параметров зоны ТР.
1.1. Факторы, влияющие на неравномерность поступления автомобилей
в зону текущего ремонта
Факторы, влияющие на неравномерность поступления автомобилей в зону ТР можно условно разделить на 2 группы:
8
факторы, влияющие на случайную неравномерность поступления автомобилей;
факторы, влияющие на сезонную неравномерность поступления автомобилей.
К первой группе факторов можно отнести:
Конструкция автомобиля - фактор, характеризующийся такими свойствами как: надежность, ремонтопригодность, безотказность, долговечность, сохраняемость [90, 111, 78, 118, 119, 23 с. 25, 76, 99].
Надежность автомобиля — свойство выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение определенного промежутка времени. Это свойство определяется такими показателями, как число отказов в работе, средний срок службы, и наработка.
Ремонтопригодность - характеризуется отношением времени простоя в ремонте к рабочему времени, доступностью узлов и деталей для ремонта.
Безотказность — свойство автомобиля непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или пробега (наработки).
Долговечность - свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния. Под предельным состоянием понимается состояние, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена.
Сохраняемость - свойство непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние после хранения или транспортировки.
Техническое состояние узлов автомобиля должно подвергаться контролю на всех этапах эксплуатации - при работе на линии, при техническом обслуживании и ремонте. Основной причиной неудовлетворительного технического состояния узлов и агрегатов автомобиля является несвоевременное или некачественное выполнение ТО. Оценка технического состояния отражена в [89] через коэффициент К4.
Режим работы автомобиля оценивается исходя из таких показателей как нагрузка, скорость движения, режим движения (городской цикл или дви-
жение за городом), стиль вождения, стаж водителя, суточный пробег и т.д.
Интенсивность эксплуатации автомобиля - среднесуточный пробег автомобиля можно рассматривать как влияющий на случайную неравномерность поступления автомобилей в зону ТР.
Дорожные условия характеризуются типом и состоянием дорожного покрытия, планом дороги, профилем дороги [9, 48 с. 25].
Автомобильная дорога должна обеспечивать удобное и безопасное движение автомобильного транспорта с установленной расчетной скоростью при необходимой пропускной способности [28].
Неудовлетворительное состояние дорожного покрытия отрицательно сказывается на состоянии ходовой части автомобиля [55 с. 200, 5].
План дороги - графическое изображение проекции трассы на горизонтальную плоскость, которая выполняется в уменьшенном масштабе. Проектирование дороги в плане выполняется исходя из наименьшей скорости движения, максимального удобства, безопасности движения, комфортности и т.д.
Профиль дороги также влияет на безопасность движения, и в целях ее увеличения на опасных поворотах увеличивают наклон дороги в сторону поворота для большей поперечной устойчивости автомобиля.
Влияние дорожных условий на трудоемкость ТР учитывается через коэффициент, учитывающий категории условий эксплуатации Ki [77 с. 31, 89]
Ко второй группе факторов можно отнести:
Климатические условия [22] эксплуатации автомобилей характеризуются температурой окружающего воздуха, атмосферным давлением, скоростью ветра, уровнем солнечной радиации, количеством атмосферных осадков, продолжительностью зимнего периода и другими факторами. Кроме того, от климата зависят дорожные условия. Например, наличие снега или влаги снижает коэффициент сцепления шин с дорогой, что ведет к уменьшению интенсивности их изнашивания.
10
Сезонные колебания температуры воздуха сильно влияют на параметр потока отказов. Для климатических условий Тюменской области характерны
перепады температур в течение года до 60 С.
При воздействии низких и высоких температур изменяются физико-химические свойства конструкционных сталей, и других сплавов.
Для районов Крайнего Севера автомобили делают в северном исполнении. Металлы при низких температурах склонны к хрупкому разрушению, проявляют повышенную чувствительность к концентраторам напряжений (трещины, заклепки), быстрому разрушению сварных швов и прилегающих к ним участков, поэтому снижается величина ударной вязкости металлов, а высокая влажность воздуха вызывает интенсивное развитие атмосферной коррозии деталей автомобиля. Совместное действие коррозионной среды и нагрузок снижает прочность, пластичность, уменьшает жесткость, увеличивает трение между движущимися деталями машин, это приводит к их быстрому разрушению. При температурах ниже - 40 °С происходит процесс стеклования резины. Это вызывает ее хрупкость и разрушение.
Климатические условия оказывают существенное влияние на протекание рабочих процессов двигателя, силовой передачи и ходовой части [38]. Более быстрому охлаждению агрегатов способствует ветер и снежная пыль.
Эксплуатация автомобиля с жарким климатом также имеет ряд особенностей:
• эксплуатация при высокой температуре окружающего воздуха обусловливает работу двигателя на предельном тепловом режиме (перегрев двигателя и агрегатов трансмиссии), при этом разжижаются различные виды смазок, увеличивается износ и расход топлива;
• большая концентрация абразивной пыли требует тщательной защиты всех узлов и агрегатов автомобиля;
• наличие солей приводит к усилению коррозии металлов;
• в условиях жаркого климата вода имеет повышенную жесткость,
11
поэтому на стенках системы охлаждения появляется накипь;
• в условиях жаркого климата нужно уделять особое внимание системе питания, электрооборудованию, элементам ходовой части, шинам.
Наиболее полно было рассмотрено влияние климатических условий на изменение качества автомобилей в работах Л.Г. Резника [94, 95, 96, 97], Н.С. Захарова [29] и других ученых [50, 56, 74, 79 с. 55, 122, 123, 124].
Кроме того, влияние климатических условий отражено в работе [89] через коэффициент корректирования Кз.
Изменение интенсивности эксплуатации парка автомобилей и техники влияет на состояние парка в целом, вследствие чего наблюдаются большие периодические наплывы автомобилей в зону ремонта в один период времени и простои зоны ТР в другой.
Влияние сезонных изменений интенсивности эксплуатации на производственную программу по техническому обслуживанию отражено в работе [27], а влияние на ресурс двигателей - в работе [6].
Характер работы автотранспортного предприятия. Здесь имеет место особенность клиентуры предприятия, работа которой зачастую связана с сезонами года, а также то, чем занимается само АТП в течение года (сель-хоз-перевозки, пассажирские перевозки, нефтегазодобывающая отрасль и др.). Этот фактор тесно связан с сезонными колебаниями интенсивности эксплуатации.
Сезонное изменение состояния дорожного покрытия [23, 55 с. 199] характерно для предприятий северного региона, где зимой проходимость дорог становится значительно лучше вследствие застывания болот. В осенне-весенний период, же наоборот, проходимость дорог самая плохая. При ухудшении дорожного покрытия с одной стороны падает интенсивность эксплуатации, а с другой стороны растет количество отказов .
12
1.2. Закономерности случайных изменений потока требований на
текущий ремонт
Закономерность - объективно существующая, повторяющаяся, существенная связь явлений [3]. Закономерности делятся на функциональные (детерминированные) и случайные (вероятностные, стохастические).
Случайное возникновение неисправностей вследствие действия различных факторов формируют случайную неравномерность поступления требований (заявок) на проведение ТР.
Потоком требований или событий называется последовательность однородных событий, следующих одно за другим в какие то случайные моменты времени [16].
Случайное изменение потока требований при неизменном среднем числе требований в единицу времени образует стационарный поток (рис. 1.1).
л. • ¦ • « ¦ ф ф ф ф ¦ *
¦ • ¦ ¦ ¦ ¦ , * ¦ • ф ¦ ¦ ¦ ¦* ¦*
Рис. 1.1. График стационарный поток требований
Ряд авторов [2, 109, 83, 72, 66, 12, 88] используют теорию массового обслуживания для моделирования потока отказов автомобилей, считая при этом, что поток требований на ремонт является простейшим.
Поток требований называется простейшим, если он обладает тремя свойствами: стационарный, ординарный, без последействия. Ординарный по-
13
ток- требования приходят по одному а, без последействия - поступление одних требований не зависит от поступления других [16]. Из этого следует, что при использовании математического аппарата теории массового обслуживания поток требований считается случайным.
Далее будут рассмотрены результаты некоторых исследований, касающиеся этого вопроса.
Исследования Бедняк М.Н. [11 с. 38] показывают изменения коэффициента неравномерности по дням недели (рис. 1.2).
Как видно из графика, наибольшего значения коэффициент неравномерности достигает в начале (неисправности, накопленные за выходные) и конце недели (неисправности, накопившиеся за неделю). Следовательно, в эти дни повышается нагрузка на зону ТР.
Кроме того, автор рассматривает изменение входящего потока требований в зону ТР по часам суток. Наибольший всплеск значений потока приходится на начало и конец рабочего дня.
Автор не ведет разделения потока требований по типу отказа. Изменение коэффициента неравномерности в течение недели и дня имеет явно не стационарный характер. Но если рассматривать эти изменения применительно к сезону, то можно предположить о стационарности потока требований.
13 я1
1,2
1,1 1
0,9 0,8
-—-^
\ ——¦—
—-~
lit
п
в
п
Рис. 1.2. Изменение коэффициента неравномерности поступления требований по дням
недели
14
Академиком Селивановым А.И. [102, с. 97] показано изменение суммированной интенсивности отказов по времени. Хотя интенсивность периодически имеет спады и подъемы, здесь не имеет место сезонная неравномерность, а скорее случайная. Из графика (рис. 1.3) видно, что средняя интенсивность на всем рассматриваемом промежутке времени постоянна, а отказы возникают вследствие постепенного износа той или иной детали.
,
_
I
J
Рис. 1.3. Характеристика суммированной интенсивности отказов (или суммарного
параметра потока отказов)
Профессор Авдонькин Ф.Н. [1 с. 270, 2], считает, что моменты потребности автомобилей в текущем ремонте, их число и трудоемкость являются случайными величинами и признает поток требований на ремонт простейшим. Рассматривая все износы узлов и агрегатов по наработке, он тем самым не рассматривает сезонную неравномерность, так как его графики имеют ярко выраженный плавный вид (сплошная линия на рис. 1.4). На рис. 1.4 показана зависимость трудоемкости устранения отказа от пробега. Если нет сезонной неравномерности, то график выглядит как сплошная линия, а если присутствует сезонная неравномерность - пунктирная линия (в общем виде). То есть изменение сезонных условий должно обуславливать изменение числа отказов и трудоемкости.
15
чгл-ч
20 15 10 5 J
/ /
/ /
^_ «#» у
>* ... — -------
О 20 kO SO 80 I, тыс. им
Рис. 1.4. Зависимость трудоемкости устранения отказа от пробега
Тахтамышев Х.М. [109] рассматривает случайный поток требований с постоянной средней интенсивностью, что говорит о том, что поток считается тоже стационарным.
В исследованиях, проведенных Клейнером Б.С. и Тарасовым В.В. [47 с. 14] установлено, что поток заявок на ремонт является пуассоновским (простейшим).
со(х)
Ч Ч
чч
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
месяцы года
Рис. 1.5. Метод поинтервалъного анализа параметра потока отказов Вариация интенсивностей эксплуатации отдельных автомобилей связа-
16
на с тем, что сменные или суточные пробеги представляют собой случайные величины. По данным Кузнецова Е.С. коэффициент их вариации составляет 0,2...0,5 [58, с. 73], а также в работе [56 с. 90] он предлагает рассматривать изменяющийся фактический параметр потока отказов соф в течение года как состоящий из нескольких стационарных потоков (в зимний период — со3, весенний период — сов, летний период — со,), (рис. 1.5), что позволяет использовать для расчетов характеристик зоны ТР теорию массового обслуживания.
Автор работы [90] рассматривая время до наступления отказа как случайную величину, получает также случайный поток отказов. Основной его характеристикой является параметр потока отказов со:
at
где со — среднее число отказов в единицу времени после момента t;
Q(r) — математическое ожидание числа отказов за время /;
Кроме того, он рассматривает параметр сложного потока отказов как сумму параметров потоков его составляющих:
п i
Это дает возможность выявить долю отказов по каждой системе автомобиля.
Кроме того, автор [90] считает, что если производить ремонтные воздействия до возможного наступления отказа, то поток отказов не будет случайным, а запланированным - регулярным.
Считая поток требований, входящих в зону ремонта простейшим вышеперечисленные авторы тем самым принимают, что время между поступающими требованиями распределено по экспоненциальному закону[16 с. 204] (рис. 1.6).
17 |
