автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение эффективности эксплуатации парков дорожно-строительных машин методами оптимизации технологических процессов предприятия

кандидата технических наук
Ивойлов, Александр Александрович
город
Москва
год
2015
специальность ВАК РФ
05.05.04
Автореферат по транспортному, горному и строительному машиностроению на тему «Повышение эффективности эксплуатации парков дорожно-строительных машин методами оптимизации технологических процессов предприятия»

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности эксплуатации парков дорожно-строительных машин методами оптимизации технологических процессов предприятия"

На правах рукописи

Ивойлов Александр Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРКОВ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН МЕТОДАМИ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность: 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные

машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

9 СЕН 2015

Москва — 2015

005562041

Работа выполнена на кафедре «Дорожно-строительные машины» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Керимов Феликс Юсуфовнч

Официальные оппоненты: Кравченко Игорь Николаевич

доктор технических наук, профессор кафедры «Технический сервис машин и оборудования» ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева

Ерофеев Михаил Николаевич

доктор технических наук, профессор, заместитель начальника кафедры «Технологии строительства» Военно-технического университета МО РФ

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный

университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Защита состоится 15 октября 2015г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.212.126.02 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, д.64, аудитория 42. Справки по телефону: (499) 155-93-24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) http://www.macli.ru/1266-uchenyy-sovet-grallk-zaschity-

disscitaciy.html

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета, а копии присылать по e-mail: uchsovet@madi.ru.

Автореферат разослан « 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время в строительной отрасли России функционирует около 218 ООО строительных организаций. Из них на долю крупных и средних приходится около 2 %, но они выполняют около половины объёма работ строительного комплекса. На балансе строительных организаций находится 41,05 % или 23,03 тыс. единиц техники с истёкшим сроком службы, при этом средний возраст машин составляет 13 лет.

В свете запланированного увеличения объёмов строительства автомобильных дорог, недвижимости и коммунальной инфраструктуры (федеральные целевые программы «Развитие транспортной системы России (2010-2020 годы)», «Жильё для российской семьи», «Жилище»), довольно остро встаёт вопрос о повышении эффективности эксплуатации и надёжности дорожно-строительных машин.

На сверхнормативные простои техники в техническом обслуживании и ремонте (ТО и Р) приходится более 50% общего времени пребывания машин в неработоспособном состоянии. Большая часть этих простоев возникает из-за отсутствия запасных частей или низкого уровня организации работы подсистемы управления материально-техническими ресурсами. Это приводит к росту затрат на содержание и эксплуатацию парка машин, увеличивает сроки строительства, задерживает сдачу готовых объектов в эксплуатацию, повышает себестоимость строительных работ.

Мировой опыт показывает, что высокий агрегатированный эффект функционирования предприятия возможен только в случае комплексного управления его материальными потоками и технологическими процессами в рамках общего направления развития организации.

Объект исследования: парки дорожно-строительных машин.

В качестве предмета исследования выступают подсистемы средних и крупных эксплуатационных и сервисных предприятий: управляющая; ТО и Р машин на строительных объектах и эксплуатационной базе; материально-технического обеспечения.

Цель работы: повышение эффективности эксплуатации парков машин за счёт оптимизации производственных и материально-технических ресурсов предприятия.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать влияние временных составляющих и факторов на эффективность производственных процессов ТО и Р парка машин;

2. Осуществить сбор, обработку, анализ информации о функционировании предприятия, данных о надёжности машин и их конструктивных элементов. Выполнить оптимизационный эксперимент в среде имитационного моделирования, определить пропускную способность и уровни запасов предприятия;

3. Разработать методику формирования входных потоков требований на ТО и Р парков машин;

4. Установить зависимости выработки от степени технической готовности парков машин, режимов и уровня организации выполнения операций ТО и Р;

5. Исследовать влияние пропускной способности производственных подсистем предприятия и величины интервалов поставок номенклатуры запасных частей на эффективность его функционирования.

Методы исследований базируются на применении статистических и экспертно-аналитических методов обработки информации, теории вероятностей, методов дифференциального исчисления, имитационного моделирования в специализированной программной среде. Научная иовнзпа работы:

1. Разработана модель операционных потоков, которая позволяет выявлять факторы и осуществлять управление технологическими процессами функционирования предприятия при выполнении ТО и Р;

2. Создана экономико-математическая модель оценки эффективности технической и производственной эксплуатации парков машин предприятия, которая позволяет объективно оценить экономические последствия предлагаемых вариантов повышения работоспособности парка машин и эффективности системы управления с целью выбора наиболее предпочтительного курса действий;

3. Разработана методика формирования входных потоков требований на ТО и Р парков машин, позволяющая прогнозировать их наработку до первого и последующих отказов;

4. Построена имитационная модель эксплуатационного предприятия, которая позволяет определить оптимальные технические, технологические и экономические параметры, обеспечивающие максимальную эффективность его функционирования в зависимости от заданных условий.

Практическая ценность работы. Разработанная имитационная модель системы обеспечения сервиса, работоспособности и ресурсов парков машин позволяет с минимальными затратами получать достоверные, научно-обоснованные данные о функционировании и загруженности подсистем предприятия, распределении его ресурсов, а также оценивать экономические последствия принимаемых альтернативных решений при оптимизации функционирования и повышению эффективности работы предприятия. Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Модель операционных потоков;

2. Экономико-математическая модель оценки эффективности эксплуатации парков машин предприятия;

3. Методика формирования входных потоков требований на ТО и Р парков машин;

4. Имитационная модель предприятия по эксплуатации дорожно-строительных машин и оказанию услуг технического сервиса.

Внедрение и реализация результатов исследований. Разработанные в результате выполненных исследований рекомендации по оптимизации пропускной способности и ресурсов предприятия, а так же экономико-

математическая, информационная и имитационная модели приняты к внедрению в: ООО «Дорстройсевер» и ЗАОлКоминвест».

Реализация результатов исследования и научных положений позволяет повысить техническую готовность парка машин предприятия на 10,4 %. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанной имитационной модели составит 44 397 448,55 р./год.

Результаты разработок и исследований диссертационной работы использованы в учебном процессе кафедры «Дорожно-строительные машины» ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)».

Апробация работы: содержание основных положений диссертации доложено и одобрено на 66-й, 67-й, 68-й, 69-й, 70-й, 71-й, 72-й и 73-й научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ в 2008-2015 гг.

Теоретические и экспериментальные исследования выполнены при непосредственном участии автора в период 2008-2015 гг. Сформулированные научные положения, разработки и практические результаты исследования позволяют решить актуальные задачи, направленные на повышение эффективности эксплуатации парков дорожно-строительных машин.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 5 научных статей в ведущих журналах и изданиях, рекомендованных для публикаций ВАК России, получено Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, библиографического списка из 147 наименований, изложена на 225 страницах машинописного текста, включая 33 таблицы, 57 рисунков, и 9 приложений на 61 листе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены объект и предмет исследования, сформулирована цель исследования, приведены положения, выносимые на защиту, а также дана общая характеристика работы с позиций требований ВАК к кандидатским диссертациям.

В первой главе в результате анализа состояния вопроса установлено, что значительная часть строительных работ приходится на крупные и средние организации. Парк дорожно-строительных машин страны в целом является довольно изношенным, что приводит к удорожанию себестоимости выполняемых работ и более длительным срокам их реализации. Исследование путей повышения и оценки эффективности технической эксплуатации машин не представляется возможным без рассмотрения принципов работы системы ТО и Р и её взаимодействия с другими производственными подсистемами и внешней средой.

Исследованием эффективности эксплуатации парков машин занимались А.К. Алферов., И.Н. Аринин, А.И. Аристов, В.И. Баловнев, М.Н. Бедняк, В.И.

Брауде, Д.П. Волков, П.Н. Волков, Г.П. Гриневич, М.Н. Ерофеев, В.А. Зорин, Ф.Ю. Керимов, Б.Г. Ким, И.Н. Кравченко, Е.С. Кузнецов, Е.М. Кудрявцев, Б.И. Костецкий, Е.С. Локшин, И.А. Луйк, С.Н. Николаев, Л.Н. Семенов, В.Г. Ткаченко, Л.А. Фейгин, Б.Ф. Хазов, Б.В. Шелюбский и другие учёные.

Анализ критериев комплексной оценки эффективности эксплуатации парков машин показал необходимость определения весомости вклада каждого производственного подразделения, а также способов, режимов и своевременности выполнения операций ТО и Р в суммарную эффективность обеспечения работоспособности машин.

Анализ методов моделирования показал возможность исследования способов повышения эффективности предприятия на его компьютерной имитационной модели. Исследованиями в области математического и имитационного моделирования занимались A.B. Борщев, Г.М. Джиаглис, Д.А. Гольдсман И. Григорьев, Д.Ю. Каталевский, М.В. Киселёва, A.B. Кузнецова, A.M. Лоу, K.M. Мезенцев, Ю.Н. Павловский, O.A. Петухов, М.И. Рожков, Д. Стерман, Г.П. Фомин и др.

Анализ основных моделей управления запасами, а также методов планирования и обеспечения предприятий производственными ресурсами выявил необходимость разработки способов пополнения складских резервов и оптимизации уровней их храпения с целью повышения эффективности функционирования предприятия.

Во второй главе построена система управления сервисом и работоспособностью парков машин, выполнен ее анализ и синтез с целью разработки методики по выявлению факторов и определения степени их влияния на производственные процессы. Разработана модель проекта системы, построены модели операционных и информационных потоков предприятия. Создана экономико-математическая модель оценки эффективности предприятий технической и производственной эксплуатации парков машин. Разработана методика формирования входных потоков требований на операции ТО и Р парков машин. Данные исследования позволили построить имитационную модель эксплуатационного предприятия для дальнейшего исследования эффективности его работы

В третьей главе выполнено ситуационное управление процессами исследуемого предприятия, сформированы основные технические, технологические и экономические показатели его функционирования.

Согласно разработанной методике выявлены факторы, влияющие на эффективность работы предприятия. Определены параметры, рассчитываемые в среде имитационного моделирования, выполнен симуляционный эксперимент.

Четвёртая глава посвящена реализации эксперимента по оптимизации объёмов приобретения и хранения материально-технических ресурсов, пропускной способности зон ТО и Р предприятия. Исследовано влияние факторов на эффективность работы предприятия на основе целевой функции экономико-математической модели. Установлены зависимости выработки машин от коэффициента технической готовности парка, режимов и уровня

организации выполнения операций ТО и Р. Выполнена оценка экономического эффекта от внедрения имитационного моделирования производственных процессов предприятия с целью их оптимизации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 1. Модель операционных потоков

Сложность анализа и динамика движения материальных потоков требует формализации процессов функционирования предприятия. Для этого разработана модель операционных потоков (функциональная модель), рис. 1. Она содержит

описание

функционирования предприятия и

отображает

последовательность и результаты действий, которые система

должна осуществить для достижения

конечной цели.

Модель операционных потоков состоит из подмоделей и

позволяет оцепить эффективность различных альтернатив (проектов системы), которые включают в себя варианты структур, методы организации и управления, параметры функционирования.

Анализ процессов состоит в выявлении алгоритмов реализации ситуаций, возникающих при ТО и Р машин, и продолжительности их разрешения. Алгоритм реализации (табл. 1) представляет собой последовательное соединение блоков «процесс», выполнение которых необходимо для описания определенной ситуации. Итоговое время /'- го процесса t¡ разделяется на составляющие, t¡_j и выявляются факторы, воздействующие и изменяющие его (табл. 2). Сумма формирует итоговое время пребывания машин в неработоспособном состоянии, а суммы t¡_у - его составляющие.

Новизна первого научного результата заключается в том, что модель операционных потоков позволяет упростить имитационную систему до пределов, позволяющих сохранить все существующие черты реальной системы, обеспечив при этом необходимую компактность для понимания её действий и возможность выявления факторов, влияющих на длительность протекания технологических процессов предприятия.

Рисунок 1 - Модель операционных потоков (фрагмент)

Таблица 1 - Описание и алгоритмы реализации ситуаций ТО машин (фрагмент)

№ Описание ситуаций Алгоритм реализации

1 ТО по плану-графику (без непланового ремонта) 18—74—75—30—31 —32—42

2 ТО с неплановым ремонтом необезличенным методом на машине. Запасные части имеются 18—74—75 —24 —25—3 0—31 —32—42

8 ТО, включая СО 18—28—30—31 —32—42

9 ТО на внешнем предприятии 12—13—14—42

Таблица 2 - Составляющие итогового времени ТО машин в эксплуатационной базе и влияющие на процесс факторы (фрагмент)_

Процесс Составляющие времени Факторы

Исправность оборудования, инструмента 1*13-7-1

Исправность системы электроснабжения 1*13-7-2

а О а н Продолжительность цеховых операций ремонта 1*13-7-3

ТО 113 1 ё § 5 г; Наличие агрегатов, узлов, деталей 1*13-7-4

Время поставки материальных средств 1*13-7-5

Время поступления заявки в течение смены ^3-7-6

Число смен работы зоны ТО 1*13-7-7

Эффективность мероприятий охраны труда 1*13-7-8

2. Экономико-математическая модель оценки эффективности

Усовершенствование критерия комплексной оценки эффективности технической эксплуатации парков машин позволило разработать метод оценки готовности техники с учётом потерь времени на сверхнормативные простои и ожидание материальных ресурсов на всех этапах выполнения технических воздействий:

д- _ _Лм/Г

г . (А.и -7>л/у + '1'пг1,)-Кп,

где ТРАБ - время работы парка машин; ви - удельный простой машин в плановых ТО и Р; тн,.„ - нормативная продолжительность непланового ремонта; кп - коэффициент, учитывающий долю времени технических воздействий, приходящуюся на сменное время; Кор - коэффициент использования организационных резервов.

На основе приведённого критерия разработана экономико-математическая модель оценки эффективности, основанная на трёх параметрах (времени, стоимости и эффективности). Составляющие модели сведены к единой стоимостной оценке. Её целевой функцией является максимальное приращение чистого дисконтированного дохода предприятия (дчдд):

мт = 'т(»п)-'ШЫ

->шах,

где чддМ и чдд(пп) - ЧДД предприятия до и после оптимизационных мероприятий; л0 п„ - соответственно имеющееся и требуемое число постов ТО и Р, материально-технических и прочих ресурсов.

Д = Ё

(1-4) О")'

Таким образом, величина ДЧЗД определена с помощью разработанной экономико-математической модели оценки эффективности предприятия: ~(Л77?, (яю) + Лге, (я„) + Д72|(»„))-Д(С0Г(яв)+' («га) + сДпга ) + С„ + СГ(,„ (ига) + Сзч («„,.)) где I - текущий момент времени; тэ - срок контракта, по которому предприятие выполняет определённый объём работ строительного подряда, год; тя - доход от эксплуатации техники, р./год; га - доход от оказания услуг технического сервиса сторонним организациям, р./год; тг -доход от реализации запасных частей и материалов, р./год; Сот - затраты на оплату труда персоналу, р./год; СЭ1 - эксплуатационные затраты, р./год; СА - амортизационные отчисления, р./год; С„ - накладные расходы, р./год; С(.,/м - затраты на услуги технического сервиса, р./год; С3,( - затраты на запасные части и расходные материалы, р./год; 5п - ставка налога на прибыль; г - ставка дисконтирования.

Научная новизна данного результата позволила оценить альтернативные варианты повышения работоспособности парков машин и эффективности функционирования предприятий.

3. Методика формирования входных потоков требований на ТО и Р

парков машин

Интенсивность возникновения требований на ТО и плановые ремонты зависит от времени работы машин, частоты их выполнения и числа машин в парке: /„, =!.„,

I,

где /п1, - интенсивность возникновения требований на выполнение ¡-го вида обслуживания; г, - нормативная периодичность выполнения.

Формирование входных потоков требований на неплановые ремонты выполнено на основе эмпирической ведущей функции потока отказов П(/) для п однотипных дорожно-строительных машин в интервале 1е[0;У мото-ч.

Поскольку машины эксплуатировались в одинаковых условиях, ведущая функция разложена на п частных реализаций, рис. 2.

Рисунок 2 - Частные реализации ведущей функции потока отказов

Каждая реализация описана полиномиальной линией тренда с точностью не менее 99,5%: = а14 + Ы3 + й2 + Л+е, где Г2к - число отказов, возникших у машины при заданной наработке, а 1 - наработка машины в мото-ч. Для решения данных уравнений применён метод итераций. В результате получены

наработки машин до первого и последующих отказов (табл. 3). Методами математической статистики выполнена обработка этих данных и определены параметры модели для каждого отказа (табл. 4).

Таблица 3 - Наработки строительных машин до отказов, мото-ч

№ машины № отказа

1 2 3 т

1 Ы

2 112

п 12п 1|п

Таблица 4 - Параметры ¡-х

№ отказа 1 2 3 4

1сп 1сп2 1ср4

а о2 Оэ О,

V V, V? V,

Ь ь, Ь? Ь, ь4

а 31 32 аз 34

с С1 С2 с? С4

По полученным параметрам построены функции вероятностей возникновения первых и последующих отказов (рис. 3). В одной системе координат сопоставлены между собой теоретическая и эмпирическая ведущие функции (рис. 4). Точность сходимости ведущих функций составляет 96,8%.

1,0 0,8 0,6 -0,4 -0,2 -0,0

0

Рисунок 3 - Вероятности возникновения Рисунок 4 - Сходимость эмпирической и

отказов теоретической ведущих функции

Для каждой из п реализаций получены интервалы наработок машин между отказами, в результате обработки которых получены параметры распределения Вейбулла-Гнеденко (ит, о, V, а, Ь и с), которые являются основой формирования входного потока требований на неплановый ремонт.

Научная новизна разработанной методики позволяет решить задачу определения и прогнозирования параметров законов распределений до первого и последующих отказов восстанавливаемых изделий на основе ведущей функции потока отказов.

4. Имитационная модель предприятия по эксплуатации дорожно-строительных машин п оказанию услуг технического сервиса. С помощью разработанной модели операционных потоков создана блок-схема имитационной модели (рис. 5). На её основе в специализированной программной среде построена имитационная модель предприятия,

|-4jD>

позволяющая получить в ограниченный промежуток времени достоверные данные о функционировании и загруженности подсистем, распределении его ресурсов.

Объектом моделирования является эксплуатационное предприятие с парком, состоящим из 150 дорожно-строительных машин, которое наделено дилерскими полномочиями и обязательствами в области фирменного сервисного обслуживания техники, поставок оригинальных запасных частей и информационной поддержки в закреплённом регионе сбыта.

Для предприятия представлены основные характеристики, отобраны и сформированы технические, технологические и экономические показатели его функционирования. Выполнено ситуационное управление процессами функционирования предприятия.

Полученная и обработанная информация введена в имитационную модель в виде 861 параметра, которые в дальнейшем явились основой выполнения экспериментов и расчётов.

Разработанная модель операционных потоков позволила выявить 873 фактора, влияющих на работоспособность предприятия. Из них сформировано 116 агрегатированных факторов. Согласно экспертной оценке, наиболее значимыми являются: пропускная способность зоны ТО и Р машин, число передвижных средств ТО и Р, а так же периодичность пополнения склада запасными частями. Согласованность мнений экспертов определена путём конкордации рангов Кендалла, которая составила 98,3%.

Имитационная модель имеет следующие основные ограничения: за период исследования тэ принято 5 лет работы предприятия в одну смену, длительностью 8 ч, или 10 400 часов модельного времени. Принятый временной интервал приблизительно соответствует достижению нормативной наработки машин парка до капитального ремонта; предприятие обеспечено объёмом работ для полной загрузки собственного парка; предприятие на своей производственной базе в рамках дилерских обязательств обслуживает машины сторонних организаций и выполняет реализацию запасных частей в рамках выполняемых работ; парк машин предприятия остаётся фиксированным; сверхнормативные простои при выполнении операций ТО и Р, составляют 20% от нормативного времени; время реакции органа управления - 0,3 ч; время ожидания передвижных средств диагностики - нормальное распределение tcp=2 ч, <7=0,6; время транспортирования машины на базу - нормальное распределение tcp=2,4 ч, а= 0,8.

Имитационная модель позволила получить 761 параметр функционирования предприятия. В зависимости от сформулированных целей исследований, выполняемых на разработанной имитационной модели, число снимаемых параметров может быть значительно увеличено.

В результате построены графические отображения изменения складских резервов запасных частей и расходных материалов, (рис. 6).

В модели одновременно протекает 20 стохастических процессов. Для получения репрезентативных и качественных расчетных данных для каждого набора исходных параметров (итерации) необходимо выполнение нескольких

прогонов (репликаций), среднее значение результатов которых является результатом выполнения конкретной итерации.

Уровень запаса, шт.

N \ \ А (А \ № \1 N

Время, ч.

Рисунок 6 - Динамика изменения складских запасов комплекта расходных материалов, необходимых для выполнения ТО-2 бульдозера

Назначены уровень доверительной вероятности и относительный уровень ошибки вычислений; минимальное число репликаций - 2, максимальное - 25, доверительная вероятность - 95%, относительный уровень ошибки - 0,5.

При запуске имитационных экспериментов уравнения процессов модели собираются в главную систему дифференциальных уравнений, обрабатываемую с помощью встроенных в программную среду численных методов решения дифференциальных (Эйлер, РК4 (Рунге-Кутта)), алгебраических (Изменённый Ньютон, Быстрый Ньютон, Классический Ньютон) и смешанных уравнений (РК4 + Ньютон, Эйлер + Ньютон). Для них заданы абсолютная, относительная и временная точности, которые соответствует размерности 1*10"5.

Программная среда допускает выполнение калибровки имитационной модели путём нахождения значений параметров, при которых модель будет работать наиболее близко к реальной системе. Эксперимент анализа чувствительности позволяет оценить зависимость результатов моделирования от конкретных параметров имитационой модели.

Симуляционный эксперимент позволил вычислить исходные значения основных технических, технологических и экономических параметров функционирования предприятия и величину его чистого дисконтированного дохода за пятилетний период (табл. 5, графа «Базовый вариант»).

Оптимизационный эксперимент выполнен согласно целевой функции экономико-математической модели. В нём выполнена одновременная оптимизация 117 параметров — 113 видов запасных частей, лимитирующих надёжность парка машин, а так же 4 параметров, соответствующих числу стационарных постов и передвижных постов ТО и Р.

Во время выполнения оптимизационного эксперимента осуществлено 7 836 прогонов для 3 919 итераций за 25 635 секунд.

Значения некоторых параметров функционирования предприятия, рассчитанных при выполнении симуляционного и оптимизационного экспериментов, представлены в табл. 5 и табл. 6.

Оптимизация пропускной способности процессов ТО и Р машин и объёмов хранения материально-технических ресурсов предприятия увеличила чистый

Таблица 5 - Некоторые параметры функционирования предприятия, рассчитанные в среде имитационного моделирования_

Наименование параметра Обозначение параметра Базовый вариант После оптимизации

Число передвижных средств ТО, шт. par pstO 10 14

Число передв. средств ремонта, шт. par psr 10 3

Число постов ТО на базе, шт. par Ю12 8 9

Число постов ремонта на базе, шт. par rem 4 6

Коэф. технической готовности парка КТГ 0,712 0,816

ЧДД,р. С HDD, CHDDij 83 345 029 305 332 272

АЧДД, р. dCHDD 221 987 243

Таблица 6 - Параметры оптимизации запасных частей бульдозеров

Обозначе ние в модели Уровень запаса на Установлено за 5

Наименование запасной части складе, шт. лет, шт.

До оптимиз. После оптимиз. До оптимиз. После оптимиз.

NBZ1 Ролик поддерживающий 33.002 20 19 19 22

NBZ2 Каток опорный 31.021 20 16 7 11

NBZ27 Комплект для ТО-2 80 34 1 594 1 578

NBZ28 Комплект для TP 50 20 428 422

дисконтированный доход за пятилетний период на 221 987 243 р., или в 3,66 раза.

Техническая готовность парка машин выросла на 10,4%. Это привело к увеличению их выработки и сокращению времени неплановых простоев в ожидании работ ТО и Р. Приращение выработки гусеничных экскаваторов за рассматриваемый период времени в расчёте на одну машину при разработке грунта IV группы составило 66 630 м3, колёсных экскаваторов - 11 890 м3. Приращение наработки бульдозеров составило 970,77 мото-ч, а пробег самосвалов увеличился на 16 057,5 км; затраты на хранение запасных частей сократились на 119 819 286 р. или в 1,69 раза, а затраты на их приобретение на 1 103 639 р.

Выполненный симуляционный эксперимент с учётом оптимальных параметров функционирования предприятия позволил построить зависимости: годового времени работы машин парка от срока их эксплуатации (рис. 7); Ктг от наработки машин с начала эксплуатации с учётом использования организационных резервов предприятия (рис. 8); выработки машин от их возраста с учётом уровня организационных резервов предприятия (рис. 9).

Из рис. 7 видно, что старение машин приводит к сокращению времени их эксплуатации по назначению. Это происходит в результате увеличения числа отказов и приводит к увеличению времени их нахождения в ремонте. Параметр потока отказов с течением времени сокращает уровень технической готовности машины, но перераспределение времени выполнения и повышение уровня организованности работ ТО и Р способны значительно повысить готовность и производительность машин парка (рис. 8 и рис. 9).

1600 1400 1200 1000

И*»^. 1

- --

1, лет4*

1

Рисунок 7 - Зависимость годового времени работы от срока эксплуатации: 1 -экскаватора одноковшового на

пневмоколёсном ходу, 3-й размерной группы; 2 - самосвала на шасси грузового автомобиля грузоподъёмностью до 8 т, 3 — экскаватора одноковшового на гусеничном ходу, 4-и размерной группы; 4 - бульдозера на базе гусеничного трактора тягового класса 3.

1 679 3 219 4 622 5 914 7 056

Рисунок 8 - Зависимость Ктг от наработки экскаватора одноковшового на гусеничном ходу, 4-й размерной группы с учётом использования времени организационных резервов предприятия

65 000 55 000 45 000 35 000 25 000

О, м /год

;

Кор-

---

1 '» лет

1 2 3 4 5

Рисунок 9 - Зависимость выработки экскаватора одноковшового на гусеничном ходу, 4-й размерной группы от возраста машины с учётом уровня организационных резервов предприятия

Так, в конце пятого года эксплуатации с учётом отношения Ко[/Кта=0,8 значение Ктг=0,55, а выработка () составила 40 784 м3/год. Путём сокращения

непроизводительных простоев

машин в ожидании технологических операций или при переносе выполнения доли работ ТО и Р на межсменное время можно достичь величины отношения Кор/Ктв=1,33. Это позволит увеличить Ктг до 0,67 и повысить выработку машины на 8 971 м'/годили на 22%.

На основе полученных оптимальных параметров

функционирования предприятия

выполнен ряд экспериментов с изменением периода поставки запасных частей (рис. 10 и рис. 11).

Наибольшего приращения АЧДЦ при прочих оптимальных параметрах предприятие достигает при периоде поставки запчастей / =360ч, а =40, а не при первоначально заданной величине периода поставки / =320ч, а =40.

При увеличении периода поставки запасных частей свыше 360 часов наблюдается резкое снижение ДЧДД и последующий его перенос в отрицательную область. Данная тенденция наблюдается вследствие значительного снижения доходов от эксплуатации парка машин и реализации запасных частей.

При увеличении периода поставки до 440ч ДЧДД становится меньше первоначальной величины на 26,1%, а при I =480 ч предприятие становится убыточным.

При сокращении периода поставки относительно базовой величины наблюдается общая тенденция равномерного снижения ДЧДД, вызванная ростом затрат на приобретение и хранение запасных частей.

250 200

0,90 0,80 0,70 0,60 0,50

К ■г

\

N \

At, а=< Ю \

150 100 50 0

• Л ■Щ1 Л, м лн Р-

\

\|

At, а=40

оооооооооооо

CN (N (N fl с*}

Рисунок 11 - Зависимость ДЧДД от интервала поставки запасных частей

оооооооооооо ^оогччоотоос^юо^г

Рисунок 10 - Зависимость Ктг парка машин от интервала поставки запасных частей

Техническая готовность парка машин при условии поставки запасных частей в интервале [0; 360] ч находится примерно на одном уровне, имея небольшие колебания, вызванные возникновением очередей при выполнении ТО и Р.

При увеличении периода поставки выше 360 ч наблюдается резкое падение готовности парка машин, инициируемое дополнительными простоями, вызванными дефицитом на складе запасных частей, лимитирующих надёжность машин.

Серия экспериментов с изменением числа стационарных и передвижных постов ТО и Р позволила выявить зависимости Ктг парка машин и ДЧДД предприятия от их количества (рис. 12 и рис. 13). При сокращении числа постов относительно оптимальной величины, ЧДД и его приращение начинают снижаться, уходя в область, характеризующую нерентабельность функционирования предприятия. Это возникает вследствие образования очередей на выполнение ТО и Р и вызывает снижение дохода предприятия от эксплуатации парка машин с одновременным повышением затрат на хранение запасных частей. 0,820

0,800

0,780

0,760

0,740

Kn-J^

\

/ |

| п >сты шт.

1 2 3 4 5 6 7 8 Рисунок 12 - Зависимость К^ парка машин от числа передвижных средств ремонта

230 220 210 200 190

1 2 3 4 5 6 7 8 Рисунок 13 - Зависимость ДЧДД предприятия от числа передвижных средств ремонта

АЧД Ц, мл л. р.

Пост .1, шт

Организация дополнительных постов вызывает постепенное снижение ДЧДД, поскольку это не приводит к существенному росту пропускной способности зон ТО и Р и положительному приращению выработки машин, но

повышает затраты на формирование новых рабочих мест, увеличивает амортизационные отчисления и эксплуатационные затраты.

Установлено, что с ростом числа постов повышается техническая готовность парка машин. При достижении определённого уровня она становится постоянной величиной. Для дальнейшего повышения Ктг необходимо выполнение прочих организационных и технологических мероприятий.

Научная новизна данного положения заключается в разработке универсального инструмента исследования средних и крупных эксплуатационных и сервисных предприятий. Имитационная модель позволяет в ограниченный промежуток времени получать и оптимизировать параметры функционирования предприятия в соответствии с выбранным критерием, а также оценивать последствия выполнения запланированных мероприятий.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. В результате выполненных исследований построена система обеспечения сервиса и работоспособности парков машин предприятия:

- выполнен анализ процессов и материальных потоков разработанной системы с целью выявления при помощи коэффициента организационных резервов внешних и внутренних связей между её подсистемами и элементами;

- разработана модель операционных потоков для выявления времени прохождения машин по этапам выполнения технологических процессов, и влияющих на них факторов. Она содержит в алгоритмической форме описание функционирования системы и отображает последовательность и результаты действий, которые необходимо осуществить для достижения конечной цели. Для 59 производственных процессов выявлено в общей сложности 211 временных составляющих и 843 фактора, влияющих на них;

- выполнена классификация и агрегация факторов для определения весомости их влияния на процессы ТО, ремонта машин и материально-технического обеспечения предприятия. В результате выявлено 116 агрегатированных факторов и определена степень весомости каждого из них;

- разработана экономико-математическая модель оценки эффективности предприятий технической и производственной эксплуатации парков машин. Модель даёт возможность объективно оценить экономические последствия предлагаемых вариантов повышения работоспособности парка машин и эффективности работы предприятия с целью выбора наиболее предпочтительного курса действий;

- создана модель информационного обеспечения предприятия, необходимая для функционирования входящих в него производственных подсистем и их связи друг с другом. Модель решает задачи учёта технического состояния парка машин; совершенствования организации ТО и Р; контроля уровней и выбора метода пополнения складских запасов запасных частей и материалов, оборотного фонда агрегатов и узлов; календарного планирования и прогнозирования; оперативного планирования и управления;

- построена имитационная модель предприятия по эксплуатации дорожно-строительных машин и оказанию услуг технического сервиса, которая предоставляет возможность в ограниченный промежуток времени и с минимальными затратами получить достоверные, научно обоснованные экспериментальные данные о функционировании предприятия в различных ситуациях.

2. В среде имитационного моделирования выполнен оптимизационный эксперимент, который позволил определить уровни запасов и число постов ТО и Р, удовлетворяющие целевой функции - максимальному приращению чистого дисконтированного дохода предприятия, который увеличился в 3,66 раза. Уровень готовности парка машин предприятия в результате оптимизации повысился на 10,4 %. Экономический эффект за рассматриваемый период работы предприятия при этом составил 221 987 243 р.

3. На основе обработки и анализа экспериментальной информации о показателях надёжности машин разработана методика формирования входных потоков требований на ТО и Р парков машин.

4. С помощью имитационного моделирования установлены зависимости выработки машин от степени технической готовности парка, режимов и уровня организации выполнения операций ТО и Р.

5. Исследовано влияние интервалов поставки запасных частей и изменения пропускной способности подсистем ТО и Р на уровень готовности парка машин и эффективность функционирования предприятия.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Ивойлов A.A., Керимов Ф.Ю., Филимонов И.А. Критерий комплексной оценки эффективности технической эксплуатации машин // Вестник МАДЩГТУ). вып. 2(13), 2008. - с. 27-32. (рекомендовано ВАК России)

2. Ивойлов A.A., Керимов Ф.Ю., Филимонов И.А. Методика расчёта производственной программы ТО и ремонта машин эксплуатационных предприятий // Вестник МАДЩГТУ), вып. 3(14), 2008. - с. 33-38. (рекомендовано ВАК России)

3. Ивойлов A.A., Керимов Ф.Ю., Филимонов И.А. Функциональный анализ и управление процессами обеспечения работоспособности машин // Вестник МАДЩГТУ), вып. 4(15), 2008. - с. 42-49. (рекомендовано ВАК России)

4. Ивойлов A.A. и др. Ретроспективный анализ комплекса строительной деятельности России (1998-2011 гг.) // ВИНИТИ РАН Депонированные научные работы, №9, 2014. - 29с.

5. Ивойлов A.A. и др. Инструменты создания имитационной модели системы управления ресурсами и работоспособностью парков машин // ВИНИТИ РАН Депонированные научные работы, №9, 2014. - 15с.

6. Ивойлов A.A. и др. Совершенствование системообразующего критерия оценки эффективности управления работоспособностью парка машин // ВИНИТИ РАН Депонированные научные работы, №9, 2014. - 11с.

7. Ивойлов A.A. и др. Разработка технико-экономической модели эффективности системы управления ресурсами и обеспечения работоспособности парков машин строительных организаций // ВИНИТИ РАН Депонированные научные работы, №9, 2014. - Юс.

8. Ивойлов A.A. Технико-экономическая модель оценки эффективности системы управления сервисом, работоспособностью и ресурсами парков машин//Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ), вып. 1(40), 2015. - с. 86-91. (рекомендовано ВАК России)

9. Ивойлов A.A. Оптимизация производственных процессов и ресурсов эксплуатационного предприятия в среде имитационного моделирования//Строительные и дорожные машины, вып. 4, 2015. - с. 28-33. (рекомендовано ВАК России)

10. Ивойлов Александр Александрович, Керимов Феликс Юсуфович, Киреева Светлана Васильевна, Ларин Павел Григорьевич, Корнеев Виктор Михайлович. Расчетная программа «Оптимизация, прогнозирование и оценка эффективности параметров функционирования предприятий по эксплуатации и техническому сервису парков дорожно-строительных и технологических машин 1.0» (РП «Optimization of the processes of technical service 1.0»): Свидетельство о государственной регистрации программы для .ЭВМ № 2015616842. Заявка №2015612854 от 06.04.2015 г.

Подписано в печать: 18.06.2015

Объем: 0,9 усл. п. л. Тираж: 100 шт. Заказ № 150 Отпечатано в типографии «Реглет» 125009, г. Москва, Страстной бульвар, д. +7(495)979-98-99; www.reglet.ru