автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Организационно-технологическое обеспечение эксплуатационной надежности транспортных зданий и сооружений

МЕЖДУНАРОДНЫЙ МЕЖАКАДЕМИЧЕСКИЙ СОЮЗ

На правах рукописи УДК 69.059.1.

Мотин Александр Юрьевич

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТРАНСПОРТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Специальность: 05.02.22 -Организация производства

Диссертация

в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

¿№6-4

МЕЖДУНАРОДНЫЙ МЕЖАКАДЕМИЧЕСКИЙ СОЮЗ

На правах рукописи УДК 69.059.1.

Мотин Александр Юрьевич

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТРАНСПОРТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Специальность: 05.02.22 -Организация производства

Диссертация

в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель: член-корреспондент ЖКА-РФ, кандидат технических наук, доцент Рогоыский Владислав Анатольевич

Официальные оппоненты: академик МАИ, доктор технических

наук, профессор Переселенков Георгий Сергеевич

Ведущая организация: Управление Октябрьской железной дороги

Защита состоится 23 июня 2005 г на заседании диссертационного совета Д-097.024.МАИ.03. Высшей Межакадемической аттестационной комиссии.

С диссертацией в форме научного доклада можно ознакомиться в диссертационном совете.

Автореферат разослан 23 мая 2005 г.

академик ЖКА-РФ, кандидат технических наук Костриц Апдрей Игоревич

Ученый секретарь академик, доктор технич

Общая характеристика работы.

Актуальность исследований

Современные производственные здания являются сложными инженерными сооружениями. Для поддержания их в работоспособном состоянии требуются определенные затраты на техническое обслуживание и ремонты. Стоимость транспортных зданий и сооружений составляет десятки миллиардов рублей Значительные объемы ремонтно-восстановительных работ по этим объектам связаны не только с нормальным физическим износом конструкций сооружений в процессе их функционирования, но и с тем, что несвоевременные профилактические мероприятия привели к значительным физическим износам основных несущих конструкций.

В системе организации технического обслуживания и ремонтов железнодорожных производственных зданий возникают две группы противоположных требований: с одной стороны техническое обслуживание и ремонты транспортных сооружений должны обеспечить максимально достижимый эксплуатационный период; с другой стороны, развитие железнодорожного транспорта ведет к постоянной смене технологического оборудования и вызывает необходимость вывода производственных зданий из эксплуатации для их ремонта и реконструкции, т.е. уменьшается продолжительность эксплуатационного периода.

Поэтому в основу методики оптимизации развития объектов зданий и сооружений железнодорожного транспорта должны быть положены: во-первых, система повышения уровня ремонтопригодности сооружений и их конструктивных элементов; во-вторых, система организации технического обслуживания и ремонта зданий и сооружений.

Исследования, связанные с техническим обслуживанием и ремонтами зданий, должны охватывать множество вопросов, начиная от профилактики дефектов конструкций в процессе эксплуатации и установления закономерностей увеличения темпов износов элементов зданий и кончая вопросами эксплуатационной надежности зданий, рассматривающими изменение качественных характеристик объектов во времени с учетом физического морального износа.

Предпосылками к такому подходу являются научные и практические работы ЦНИИОМТП, Академии коммунального хозяйства, ЦНИИ МПС, исследования наших и зарубежных специалистов: в области эксплуатации и ремонтов зданий Б.М. Колотилкина, А И.Кострица, В.А.Ланцова, А Г Ройтмана, а также Р.Альбрехта (Германия) и И Кери (Венгрия); в области

организации и технологии ремонтных и реконструктивных работ - С.С.Атаева, В.Л.Афанасьева, Ю.Б. Монфрсда и С.П.Першина.

В настоящем исследовании рассмотрена проблема эксплуатационной надежности транспортных зданий с целью планирования ремонтных и реконструктивных работ и упорядочения их структуры и объемов в процессе эксплуатации транспортных объектов.

Цель и задачи исследования. Предметом настоящего исследования являются производственные здания и сооружения железнодорожного транспорта. Изучаются ремонтопригодность этих зданий и основные положения по оптимизации технического обслуживания и ремонтов этих объектов. Автором собран и использован обширный статистический материал по эксплуатации и ремонтам транспортных зданий Октябрьской железной дороги.

Целью работы является разработка теоретических основ и методов повышения эксплуатационной надежности железнодорожных зданий и сооружений за счет эффективного технического обслуживания и ремонтов этих транспортных объектов.

Для достижения указанной цели в диссертации решены следующие задачи:

1. Проведен анализ нормативных документов по техническому обслуживанию и ремонтам зданий, в том числе и ППР для гражданских и промышленных зданий, с целью создания Положения о техническом обслуживании, ремонтам и реконструкции железнодорожных зданий и сооружений.

2. Разработаны методы рационального технического обслуживания и ремонтов транспортных объектов.

3 Разработаны организационно-технологические модели повышения эксплуатационной надежности железнодорожных зданий и сооружений.

Меюдика исследований. Сбор, обработка и обобщение обширного статистического материала об эксплуатации и ремонтах железнодорожных зданий и сооружений (около 500 объектов) позволил получить данные об их эксплуатационной надежности и разработать систему организации ремонтных работ и ремонтного производства; разработаны программы технического обслуживания и ремонтов производственных транспортных зданий основанные на теории надежности, линейном и динамическом программировании.

Научная новизна работы.

V разработаны теоретические основы организационно-технологического

обеспечения эксплуатационной надежности транспортных объектов, как

системы, допускающей регулирование всех процессов, связанных с

производством ремонтно-восстановителыгых и реконструктивных работ;

V разработана методика выбора надежности оптимальных технологических

процессов капитального ремонта зданий и сооружений;

V предложен метод перспективного планирования организационно -

технологических мероприятий по объектам недвижимости.

Практическая ценность

Использование разработанных методов повышения эксплуатационной надежности транспортных зданий производилось на многих объектах Октябрьской железной дороги при капитальном ремонте вокзального комплекса на станции Малая Вишера, автобазы НОД-3, учебно-производственного центра дороги, локомотивных производственных зданий депо Петербург пассажирский Московский и др. Это позволило установить наиболее эффективные пути снижения стоимости капитального ремонта железнодорожных зданий и сооружений за счет сокращения объемов работ и выбора оптимальной технологии при ремонтах и реконструкции транспортных объектов.

Реализация и апробация работы

Диссертация выполнялась в соответствии с координационным планом ЦУКС МПС - проблема 24.00.00 «Разработка научных основ технологического проектирования ремонтных работ на объектах железнодорожного транспорта» Внедрение положений диссертации было проведено при реконструкции и капитальном ремонте зданий и сооружений Октябрьской железной дороги на более 40 транспортных объектов.

С основными положениями диссертации автор ознакомил участников 65 научной конференции ПГУПСа в 2005 году.

Публикации

Основные научные результаты диссертации опубликованы в 4 печатных работах.

Содержание работы.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ

РЕМОНТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЗДАНИЙ

Совершенствование системы планово-предупредительных ремонтов зданий.

В 1963 году был издан документ «Положение о проведении планово-предупредительного ремонта зданий», утвержденный Госстроем СССР и явившимся основой для составления аналогичных документов для зданий и сооружений различных министерств и ведомств. В 1974 г. была издана вторая редакция этого документа.

Опыт более чем 40-летней работы с этим ППР специалистов, занимающихся эксплуатацией и ремонтом производственных зданий позволяет оценить как положительные, так и отрицательные моменты этого Положения с целью его совершенствования. Это особенно важно в связи с выходом в свет ГОСТ 18322-73 «Система технического обслуживания и ремонта техники», установившего термины основные понятия в области технического обслуживания и ремонта.

В общем виде можно предложить следующую методическую схему проведения работ по совершенствованию системы ППР:

а) анализ накопленного опыта внедрения системы ППР в полном объеме номенклатуры транспортных зданий и сооружений;

б) учет изменений в области планирования организации технического обслуживания и ремонтов объектов,

в) выбор рациональных методов рсмонтно-восстановительных работ в зависимости от объемно-планировочного решения здания и объемов и номенклатуры работ;

г) оптимизация межремонтных сроков с целью увеличения общего времени эксплуатации здания.

В соответствии с координационным планом ЦУКС МПС - проблема 24 00.00 «Разработка научных основ технологического проектирования ремонтных работ на объектах железнодорожного транспорта» в 1986-1987 гг. на кафедре «Строительное производство» ПГУПСа совместно с Октябрьской железной дорогой было разработано «Положение и техническом обслуживании, ремонтах и реконструкции железнодорожных зданий и

сооружений». Это Положение в связи с появлением новых ГОСТов по эксплуатации и ремонтам технических систем также требует модернизации.

Прежде всего речь может пойти о введении новой терминологии в соответствии с требованиями СНиП 10-01-94 «Система нормативных документов в строительстве». Коррективы в соответствии с упомянутым выше ГОСТами должны быть внесены и в понятие эксплуатации строительных объектов. Это не только процесс использования здания или сооружения по его назначению, но и техническое обслуживание и ремонт его.

Термин «техническое обслуживание», вводимый вместо привычного «техническая эксплуатация», более точно отражает технологию выполнения ремонтных работ. Под техническим обслуживанием следует понимать комплекс работ для поддержания исправности объекта.

Как показал анализ использования ППР на транспортных объектах, этому документу присущи следующие основные недостатки. Во-первых, он не учитывает физический износ зданий и сооружений, что не дает возможности планировать объемы ремонтно-восстановительных работ Во-вторых, в ППР не регламентируются средние трудозатраты на осуществление ремонтов здания, что не позволяет оценить эффективность ремонтно-восстановительных мероприятий. В третьих, ППР не дает возможности соединить воедино сроки службы конструкций и затраты на их эксплуатацию и ремонт, что дало бы возможность планировать на перспективу технологические мероприятия по ремонту и реконструкции и необходимые для этих целей ресурсы.

Поэтому представляется необходимым создание в дополнение к ППР методического аппарата, обеспечивающего возможность принимать решения о ремонте и реконструкции транспортных зданий и сооружений с учетом имеющихся ресурсов. При этом должно быть сохранено основное достоинство системы планово-предупредительных ремонтов, а именно ее профилактический характер. Создание методического аппарата для решения указанных задач возможно в рамках перехода к оптимальной организации и технологии ремонтно-восстановительных и реконструктивных работ с учетом конкретных видов и объемов работ.

Особенности организация технического обслуживания и ремонтов железнодорожных производственных зданий и сооружений.

Стоимость железнодорожных зданий и сооружений в нашей стране составляет десятки миллиардов рублей. Значительные объемы ремонтно-восстановительных работ по этим объектам связаны не только с нормальным физическим износом конструкций зданий в процессе их функционирования, но и с тем, что несвоевременные профилактические мероприятия привели к значительным физическим износам основных конструкций, которые выше нормативных.

Эксплуатационные службы железнодорожных производственных предприятий, занимающиеся техническим обслуживанием и ремонтом зданий,

укомплектованы не полностью. Часто все вопросы, связанные с эксплуатацией зданий, находятся в ведении отдела главного механика. Производственные предприятия железнодорожного транспорта имеют в своем распоряжении строительные подразделения, которые зачастую и осуществляют все работы по ремонту зданий. Поэтому, например, трудоемкость работ по текущему ремонту зданий локомотивных депо не превышает 150-180 чел-дней в месяц. Подсчитано, что эти трудозатраты для предупреждения преждевременного износа конструкций здания должны быть в 3-6 раз большими.

Таким образом, в системе организации технического обслуживания и ремонтов железнодорожных зданий и сооружений возникают две группы противоположных требований: с одной стороны, техническое обслуживание и ремонты транспортных объектов должны обеспечить максимально достижимый эксплуатационный период для каждого производстветшого объекта; с другой стороны, развитие железнодорожного транспорта ведет к постоянной смене технологического оборудования, вызывает необходимость в выводах зданий из эксплуатации для их ремонта и реконструкции, т е уменьшается продолжительность эксплуатационного периода.

Поэтому основной целью настоящей работы является разработка теоретических основ и практических методов повышения эксплуатационной надежности железнодорожных зданий и сооружений на базе эффективной организации технического обслуживания и ремонтов этих объектов

Выводы:

1. В связи с введением новой терминологии в соответствии с требованиями СНиП 10-01-94 необходимо создание нового ППР для зданий и сооружений железнодорожного транспорта.

2 Новое Положение о проведении технического обслуживания, ремонтов и реконструкции железнодорожных зданий и сооружений должно быть дополнено нормативными данными, позволяющими принимать решения о ремонте объектов с учетом имеющихся ресурсов.

ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТОВ ЗДАНИЙ

Оценка ремонтопригодности элементов трапепортных здапнй.

Практика эксплуатации железнодорожных зданий и сооружений показывает, что вопросы ремонта объектов нельзя рассматривать в отрыве от практики их проектирования и строительства. Простота и низкая стоимость ремонта должны быть предусмотрены уже стадии проектирования объекта Эти требования регламентируются ГОСТом 19151-73 «Система технического обслуживания и ремонта техники. Ремонтопригодность».

Взаимосвязь ремонтопригодности с безотказностью и долговечностью зданий зависит в значительной степени от нормативных сроков службы отдельных конструктивных элементов.

Анализ практики эксплуатации и ремонтов производственных зданий показывает, что время эксплуатации можно разделить на три основные промежутка: так называемый период «приработки» (2-3 года после ввода здания в эксплуатацию), период нормальной эксплуатации и период интенсивного износа.

В первом периоде, когда происходит большое количество отказов отдельных конструктивных элементов здания, ведущая роль принадлежит безотказности Во втором и третьем периодах наибольшее влияние на основные показатели эксплуатационной надежности зданий оказывает ремонтопригодность Необходимо отметить, что второй период составляет обычно около 80% нормативного срока службы здания. Именно поэтому проблема ремонтопригодности зданий является частью государственной проблемы качества и надежности зданий и сооружений.

Однако опыт эксплуатации ремонта зданий пока мало учитывается при проектировании транспортных зданий и сооружений. В результате ¡юные здания оказываются мало подготовленными к работам по поддержанию исправности (техническому обслуживанию) и восстановлению работоспособности отдельных конструктивных элементов (ремонту).

Таким образом, при проектировании вне поля зрения остается вопрос ремонтопригодности, как свойства здания, заключающегося в его приспособленности к выполнению технического обслуживания и ремонта. Ото объясняется следующими обстоятельствами:

V отсутствием основных эксплуатационных требований к проектируемому зданию или сооружению в форме количественных и качественных характеристик;

V педооцет1кой важности ремонтопригодности руководством проектных организаций;

V недостатком соответствующих данных по практике эксплуатации зданий и информации по затратам на производство ремонтных работ.

Средний срок службы здания Т^ и общее время ремонта Тр полностью определяет основной параметр эксплуатации - время функционирования здания. Взаимосвязь Тш и Тр может быть установлена с помощью коэффициента готовности - к,., который представляет собой вероятность застать объект в любой момент времени в исправном состоянии

Тел

КГ =----------(1.1)

Т„, + т„

Автором собран обширный статистический материал по ремонтопригодности основных конструктивных элементов зданий сооружений, который позволил определять средние трудозатраты на осуществления ремонтных работ различных транспортных объектов Общий

объем статистических данных по зданиям и сооружениям Октябрьской железной дороги составил 523. Ниже, в табл. 1 представлены отдельные фрагменты данных о ремонтопригодности конструкций железнодорожных производственных зданий.

Таблица 1

Характеристика конструкции Основные материалы и срок их службы, лет кг

Трехслойное руберойдное покрытие Рубероидная кровля Плитный утеплитель Железобетонная плита покрытия 12 40 125 0,53

Кровля из гидроизоляционной Гидроизоляционная

мастики мастика 8

Керамическая засыпка Железобетонная плита 125 0,66

покрытия 125

Как видно из таблицы, наиболее рациональной конструкцией кровли промышленных зданий с точки зрения эксплуатационной надежности является кровля с применением безрулонной гидроизоляции. Стоимость эксплуатации ее значительно дешевле, так как количество ручных операций при ремонте рулонного ковра составляет 40-50%. Несмотря на то, что срок службы таких кровель всего 8 лет, тогда как срок службы рулонных кровель 12 лет, ремонтопригодность безрулонных кровель на 24% выше, чем рулонных кровель.

Исследование технологических процессов ремонтных и реконструктивных работ

Информация о техническом состоянии свыше 500 зданий и сооружений вокзалов, пассажирских платформ, производственных зданий локомотивных и вагонных депо, мастерских дистанций пути и других объектов в виде картограмм обрабатывались на компьютере и использовалась в дальнейшем для разработки рациональных технологических решений по ремонту и реконструкции зданий. Общее количество статистических данных о стоимости и трудоемкости ремонтных работ составило от 20 до 170 для различных типов конструктивных элементов

Автором на большом фактическом материале были проанализированы технологии разборочных и демонтажных работ, которые часто связаны с реконструкцией транспортных зданий и сооружений. Особенно трудоемкими являются работы по разборке кирпичных стен зданий, а также бетонных фундаментов и монолитных железобетонных каркасов. В частности, для разборки кирпичных стен зданий чаще всего используют способы разборки с помощью отбойных молотков, шар-бабой и способом последовательного

обрушения отдельных участков стен, который успешно использовался на объектах при реконструкции зданий депо Октябрьской железной дороги, начиная с 1962 года. В табл 2 представлены наиболее часто встречающиеся варианты механизации работ при разборке кирпичных стен. При этом машины, занятые непосредственно разборкой отнесены к ведущим, а погрузочными и другими вспомогательными работами - к комплектующим

Таблица 2.

Наименование Технические Назначе- Кол- Производит

машин и дашгыс ние во . в смену

оборудования

Комплект № 1

Компрессор Давление воздуха Разборка 1 12-15

6 атм. стен мЗ

Транспортер Ширина ленты 500 Подача 1

мм щебня

Автосамосвал I рузоподъемность Вывоз 1

КамАЗ 5320 8 тонн щебня

Комплект № 2

Кран МК ЦУМЗ- Грузоподъемность Разборка 1 20-30

15. 15 тонн стен мЗ

Оборудованный

шар-бабой

Экскаватор Э-303 Емкость ковша 0,3 Погрузка 1

мЗ щебня

Автосамосвал Грузоподъемность Вывоз 1

КамАЗ 5320 8 тонн щебня

Бульдозер-тягач Разборка 1 120-170 мЗ

Д-271 стен

Экскаватор Э-303 Погрузка 1

щебня

Автосамосвал Вывоз 3-4

КамАЗ 5320 щебня

Как показывает практика производства разборочных работ на объектах железнодорожного транспорта, использование третьего комплекта машин полностью оправдывает ссбя в случае полной разборки здания. Работы организуются следующим образом. Бульдозер-тягач с помощью специального троса диаметром не менее 20мм и длиной, превышающей в 1,5 раза высоту здания, производит обрушение стены. Он же используется для подачи кирпичного щебня к экскаватору. Необходимо отметить, что общее количество кирпича, годного в дело при третьем варианте наибольшая. Так, при разборке

кирпичных стен прямоугольного депо на станции Петербург-пассажирский-Московский (ТЧ-8) количество годного в дело кирпича составило около 60%.

В работах Кострица А.И. и Рогонского В.А. показано, что время безотказной работы основных конструкций зданий при нормальной эксплуатации распределяется в соответствии с нормальным законом. Поэтому для анализа статистических зависимостей автором построены рекурсивные модели, состоящие из основного уравнения, содержащего основной параметр -время эксплуатации объекта I, и уравнений, моделирующих изменения основных факторов, влияющих на этот параметр.

(2.1)

ТСЛ = Г(Х), 1р=Гф).

В формуле (2.1) Х- интенсивность отказов объекта, (3 - износ здания или сооружения.

Обработка данных статистики по ремонтам железнодорожных зданий и сооружений показало, что соотношение стоимости и трудоемкости восстановительных работ по основным конструкциям

зданий сравнительно стабильно. Если принять за 100% обще затраты на производство работ по капитальному ремонту, то на ремонт фундаментов приходится 3-6%, стен 10-12%, покрытий и перекрытий 6-10%, полов 6-14%, проемов 4-6%, крыш 15-17%, внутренней отделки 17-24%, инженерного оборудования 6-9%, прочих устройств 15-18%. Таким образом, при капитальном ремонте железнодорожных зданий и сооружений стоимость и трудоемкость ремонта основных несущих конструюдай объекта более чем в три раза меньше, чем элементов, имеющих сроки службы от 10 до 40 лет.

Соотношение затрат на производство ремонтных и реконструктивных работ по различным конструктивным элементам дали возможность характеризовать эти конструкции, а также объемно-планировочное решение здания с точки зрения технологии производства ремонтных работ. Технологичность осуществления восстановительных работ может быть определена с помощью коэффициента технологичности

Кт = 1 +--------(3.2)

1 Р

где А1р -увеличение расчетной продолжительности ремонтных работ по сравнению с продолжительностью ведения ремонтных работ по эталонному варианту

При обработке данных статистики о времени ведения ремонтных и реконструктивных работ за г" принят усредненный срок производства работ для зданий, построенных на основе типовых унифицированных серий. Значение К, получено для объектов, эксплуатация которых ведется более 30 лет. Доверительный интервал определен в виде Кт . + Е, где Е - ошибка прогноза. Для зданий локомотивных и вагонных депо было получено среднее значение для Кт = 1,09+ 0,02. Был проведен также анализ факторов,

определяющих предельное верхнее значение К,, который подтвердил вывод о том, что для зданий депо постройки XIX века (круглые, веерные, ступенчатые), значения Кт может быть больше эталонного на 20-40%. Выводы:

1.Исследование ремонтопригодности конструкций железнодорожных зданий и сооружений позволило определить средние трудозатраты на осуществление ремонтных работ.

2. Обработка статистических данных по ремонтопригодности дала возможность показать, что при катальном ремонте железнодорожных зданий сооружений стоимость и трудоемкость ремонта основных несущих конструкций в три раза меньше, чем элементов, имеющих сроки службы от 10 до 40 лет.

ГЛАВА ГЛ. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРОЦЕССОВ

РЕМОНТА И РЕКОНСТРУКЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ ЗДАНИЙ

Формализация процессов обслуживания и ремонта.

При анализе процессов эксплуатации конструктивных элементов здания необходимо учитывать закономерности увеличения темпов их износа в зависимости от времени эксплуатации. Если имеется большая группа однотипных элементов с постоянной для всех эксплуатационной надежностью, то требуется по выборке п из этой группы сравнительно небольшого объема ( п « !Ч) сделать заключение о величине надежности всей группы конструктивных элементов.

Для любого строительного элемента длительность его службы и - -случайная величина, исчерпывающей характеристикой которой будет плотность распределения длительности службы. Если вести наблюдения за N однотипных конструктивных элементов, фиксируя степень износа каждого, то можно в любой 1-ый промежуток времени Л1 дать количественную характеристику исправности конструкции с помощью формулы

Р(0=ШЖ, (1.3)

где к -интервал, зависящий от общего числа обследованных конструкций.

В этом случае плотность распределения длительности службы конструкции определится из выражения

п

ВД =----• (2.3)

N¿1

Анализ закономерностей увеличения темпов износа конструкций удобно производить с помощью понятия потока отказов Основной характеристикой потока отказов является параметр потока X(t) - интенсивность отказов Этот параметр вычисляется следуюгцим образом. Определяется по данным эксплуатации среднее число заявок на ремонт конструкции mcp(t) до момента t Если у N конструкций зданий одного типа было до момента времени t всего m(t) отказов, то

m(t)

mcp(t) =---. (3.3)

N

С помощью уравнения ( 3.2) можно найти параметр потока заявок на ремонт конструкций по формуле

dmcp(t)

X(t)- ----------. (4.3)

dt

Если À(t) = Const =■- Я,, то параметр Я можно легко найти по данным обследования объектов. В случае, если за время t у N объектов было m отказов, то

m

X =---. (5.3)

Nt

Определение среднего времени ремонта здания ли сооружения возможно двумя методами. Первый заключается в расчете времени ремонта т по нормативным документам, (например, с помощью ЕНиР), исходя из объемов ремонтных работ. Второй метод основан на обработке статистических данных по трудоемкости ремонта (<Э) и среднему числу ремонтных рабочих. Это даст возможность определить общее время ремонта.

Задача прогнозирования ремонтопригодности любого эксплуатируемого объекта может считаться решенной, если помимо Т0 и © будут определены объемы ремонтных работ.

Исходным данными для расчета являются: интенсивность отказов X, = 1 /tj , интенсивность восстановления у, = 1|т, ; п, -количество

одновременно ремонтируемых объектов, которое зависит от принятой технологии работ ( l<i <n); N - количество объектов данного типа (0<k <N). Тогда на основе теории массового обслуживания необходимо найти такое значение Nv, при котором вероятность того, что в любой момент времени все рассматриваемые объекты ремонтируются или ожидают ремонта, была бы не меньше заданного значения

оГ" N!Nn

Pn+k=---------, (6.3)

Itf/k! + CtVN! JXaf$)'

где 0е=Х/у Для обеспечения нормальной эксплуатации здания нужно, чтобы поток отказов был меньше потока восстановления

«N/ n < 1 . (7.3)

Расчет по формуле (6 2) заключается в том, что определяется такое значение Р, при котором величина P0+l£ удовлетворяла бы соотношению 1-Р^к^Р. (8.3)

Автором рассчитаны номограммы для определения Nv при различных значениях Р, а и пр (рис. 1- 4).

Анализ эффективности использования ремонтных брш ад.

Теоретические разработки, связанные с моделированием процессов ремонта реконструкции транспортных объектов, позволили практически оценить эффективность работы ремонтно-строительных подразделений

Если каждый из N ремонтируемых однотипных объектов требует доставки конструктивных элементов и материалов с производственной базы в среднем п раз в день. Тогда для рационального ведения ремонтных работ необходимо, чтобы количество подготовленной производственной базой строительных материалов в день соответствовало количеству требований, поступающих со всех объектов. Вероятность того, что продукция базы не потребуется для любого из N ремонтируемых объектов убывает с ростом времени t и равна:

-Xt

F(t) = е (9.3)

где X = 1/п - характеристика частоты потока требований на доставку конструктивных элементов с производственной базы. Автором показано, что распределение близкое к (9.3) имеет место на практике. Поэтому вероятность, что время ремонтно-восстановительных работ на каждом из N объектов (х) до того, когда вновь потребуются доставка строительных конструкций и деталей, меньше! будет

-Xt

Р{х < t} = 1 - е . (10.3)

к,

Рис. 1. Номограмма для определения N при пр = 1.

0,1 0,15 0.15 «,4 0,4 1.0 и г

Рис. 2. Номограмма для определения N при Пр 2.

А]

Рис. 3. Номограмма для определения N при пр 3.

Рис 4. Номограмма для определения N при пр = 4.

Иначе говоря, случайная величина т подчиняется экспоненциальному закону и поток требований на доставку конструктивных элементов является простейшим, а значит, математическое ожидание этой случайной величины равно ИХ. Можно считать, что случайная величина т также подчиняется экспоненциальному закону с математическим ожиданием 1/Т =у времени обслуживания одного требования на доставку конструкций.

Организационно-технологическая система по ремонту транспортных зданий и сооружений, состоящая из звеньев -обслуживающего ( производственная база, транспорт) и обслуживаемого (ремонтируемые объекты) может находится в К->Ш состояний: 1) все объекты обеспечены строительными материалами и конструктивными элементами; 2) один объект простаивает, N-1 работают; 3) два объекта простаивают, а N-2 работают и т.д. Поэтому вероятность нахождения системы в одном из этих состояний равна

№ к

Рк = ----------- (АУу) Р0, (11.3)

(И - К)!

Где Р0 - вероятность того, что все ремонтируемые объекты обеспечены материалами и конструктивными элементами.

Используя математический аппарат теории массового обслуживания , дадим основные характеристики организационно-технологической системы по ремонту транспортных сооружений:

1) коэффициент загруженности производственной базы

С^М-Ро; (12.3)

2) коэффициент простоя объекта из-за отсутствия конструктивных элементов

(2----------------. (13.3)

N

Практическое использование метода. При реконструкции 6 высоких пассажирских платформ Ш'Ч-3 Октябрьской железной дороги использовало разработанный автором метод для обеспечения бесперебойной работы ремонтно-строительных бригад на этих объектах. Было определено, что , если производственная база затрачивает на удовлетворения одной заявки с объекта 0,2 дня ( у=1/0,2 ) , то интенсивность реконструктивных работ должна быть такова, чтобы строительных материалов и конструкций хватало на работу в течение 1,5 дней (к= 1/1,5).

Загруженность производственной базы и средние простои ремонтно-строительных бригад на объектах в этом случае определятся из табл 3.

Таблица 3.

К Кол-во объектов, ожидающих доставки конструкций (К-1) Рк/Ро Рк Рк(К-1)

0 0 1,00 0,37 0,00

1 0 0,79 0,29 0,00

2 1 0,51 0,19 0,19

3 2 0,28 0,10 0,20

4 3 0,11 0,04 0,12

5 4 0,03 0,01 0,04

6 5 0,00 0,00 0,00

2,72 1,00 0,55

Суммируя 3-й столбец табл. 3 учитывая, что 2\= 1, получаем: 2УР„ =1/Р03>к=1/Р„ = 2,72, откуда Р0 = 0,37.

Используя уравнение (12 3), рассчитываем загрузку производственной базы обеспечением работ по реконструкции пассажирских платформ: = 1-0,37 = 0,63.

Коэффициент простоя при осуществлении реконструктивных работ на объектах равен:

(}2 = 0,55/6 = 0,11.

Это значит, что простои монтажников составят всего 6 минут в час На рис 5 показаны зависимости С?, и СЬ от количества ремонтируемых объектов N Использование разработанного метода позволило оптимально планировать производство ремонтных и реконструктивных работ на строительных объектах Октябрьской железной дороги.

Выводы:

1 .Проведенные автором расчеты, связашгыс с определением объемов работ в зависимости от износов конструкций и их ремонтопригодности позволило получить номограммы, дающие возможность принимать решения по технологии ремонтных работ.

2 Предложен метод оптимального планирования производства ремонтных работ, основанный на теории массового обслуживания.

ГЛАВА 1У. ВАРИАНТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕМОНТНЫХ И РЕКОНСТРУКТИВНЫХ РАБОТ

Организационпо-технологические особепности ремонтных и реконструктивных работ.

Основными задачами организационно-технологического проектирования ремонта и реконструкции транспортных объектов является не только выполнение ремонтно-строительных работ в заданные сроки, но и снижение их себестоимости, трудоемкости, уменьшите расходов ресурсов.

Объемы работ по капитальному ремонту производственных и гражданских транспортных зданий с каждым годом увеличиваются. Ежегодно свыше половины капитальных вложений, направляемых в промышленное строительство, идет на реконструкцию производственных предприятий. Удельный вес ремонтных работ в программах дорожных строительных организаций составляет от 40 до 60% всех общестроительных работ

Как показывает практика переустройства зданий и сооружений железнодорожного транспорта, реконструкция и техническое перевооружение по сравнению с новым строительством существенно сокращает удельные капитальные вложения, уменьшает продолжительность строительства. Однако при реконструкции и капитальном ремонте зданий выработка строительных рабочих снижается на 25-40%, удельный вес заработной платы повышается в среднем на 35-45%, а затраты на эксплуатацию средств механизации повышаются в среднем на 75-100%.

Технология ремонтных и реконструктивных работ имеет ряд существенных особенностей по сравнению с новым строительством-

1) рассредоточенностъ и мелкообъемность работ;

2) наличие специальных видов работ (разборочных, демонтажных, работ, связанных с усилением конструкций);

3) стесненность производства работ, связанная с необходимостью вести ремонт и реконструкцию в действующих производственных предприятиях;

4) офаниченная возможность использования унифицированных сборных конструкций.

Одним из главных путей снижения стоимости и трудоемкости ремонтных и реконструктивных работ является дальнейшее расширение вариантного проектирования технологии производства работ и моделирование строительных процессов с целью получения оптимальной технологии производства работ.

При традиционном проектировании технологии строительного производства ограничиваются обычно разработкой и сопоставлением двух-трех вариантов, которые кажутся эффективными априори. Сущность же математического моделирования заключается в том, что создается модель в виде системы уравнений, описывающих данные технологический или организационный процесс. В такую модель входят уравнения, связывающие

показатели исследуемого процесса и переменные (трудоемкость, стоимость, машиноемкость и т.д.), значениями которых можно варьировать. Такой подход позволяет получить оптимальное решение с использованием методов прикладной математики и современной вычислительной техники

Система технического обслуживания, ремонта и реконструкции транспортных зданий и сооружений должна обеспечивать нормальное их функционирование в течение всего периода эксплуатации Основной целью функционирования этой системы является обеспечение необходимой эксплуатационной надежности зданий и сооружений, предупреждения их преждевременного износа и снижения затрат на их содержание.

Основными составляющими системы технического обслуживания, капитального ремонта и реконструкции зданий являются:

а) виды технического обслуживания и ремонта объектов;

б) периодичность ремонтных работ;

в) сроки службы элементов зданий и сооружений;

г) технология и организация ремонтных работ.

Таким образом, круг задач на отыскание оптимальных решений при техническом обслуживании, ремонтах и реконструкции транспортных объектов чрезвычайно широк, а сами эти задачи разнообразны по характеру, сложности и методам решения. Вместе с тем можно выделить некоторые специфические особенности задач такого рода. В частности, при выборе оптимальных решений по технологии и организации строительного производства преследуется цель использовать ресурсы строительной организации наилучшим образом, что позволит сократить сроки ремонтных работ, уменьшить их трудоемкость и себестоимость.

Оценка оргапизационпо-техноло1 ических процессов капитальною ремонта зданий.

Оптимальность решений об организации и планированию капитального ремонта железнодорожных производственных зданий во многом зависит от правильно определенной себестоимости выполнения тех или иных ремонтно-строительных работ Очевидно, что оценки оптимальных планов должны определять объективно необходимые затраты на производство работ Вся проблема здесь заключается в том, что эта стоимость должна быть определена задолго до составления проектов и смет на капитальный ремонт или реконструкцию здания.

Пусть для оптимальности допустимого плана производства ремонтно-строительных работ с объемами X (хь х2, ..,хп) необходимо и достаточно существование вектора С - (С(, с2, ., ст). Вектор С можно рассматривать как оценку всех ресурсов, имеющихся у ремонтно-строительной организации При этом оценка каждого вида ресурса а, не отрицательная

с, ,0. 1 = 1,2,...,т;

(1.4)

с, = 0, если ЕОй хк > Ь,

Сумма оценок затрачиваемых ресурсов не должна превышать расчетную себестоимость ремонтных работ

где - имеющиеся запасы данного вида ресурса п

ЗЛкС^С/; к =1,2,..., 8. (2.4)

1=1

В оптимальный план могут включаться только рациональные способы выполнения работ, для которых суммарная оценка равна Ск Ресурсы, имеющиеся в избытке, имеют нулевые оценки

п

2№кС, = С\р , при хК >0. (3.4)

1= 1

Таким образом, вектор Ср , соответствующий оптимальному лану, сам является решением экстремальной задачи по оценке технологического процесса ремонтно-восстановительных работ. На практике предложено ряд приближенных методов оценки предварительной стоимости ремонтно-восстановительных работ на предпроектной стадии осуществления капитального ремонта зданий и сооружений

Наиболее достоверные данные по оценке технологических процессов капитального ремонта получаются с использованием метода нормативных показателей. Этот метод заключается в использовании большого статистического материала по оценке проектов капитального ремонта гражданских и промышленных зданий, позволяющего ориентировочно оценивать априори стоимость ремонтных работ. Автором этот метод был использован для оценки технологических процессов капитального ремонта зданий локомотивных и вагонных депо, а также высоких пассажирских платформ на Октябрьской железной дороге.

В петербургском НИИ АКХ предложен метод, основанный на оценке стоимости заменяемых при капитальном ремонте конструктивных элементов. Удельная стоимость ремонта по 1-ой ремонтной программе определяется из следующего соотношения

с,=к,СЛ (4.4)

где С™ - удельная восстановительная стоимость конструктивных элементов, заменяемых при 1 -ом ремонте, отнесенная на 1 м2 площади здания; к! -коэффициент удорожания, учитывающий сложность ремонтных работ о сравнению с новым строительством; к, > 1. Значения этого коэффициента варьируются от 1,05 до 1,38.

Стоимость ремонтных работ, отнесенная к 1м2 площади здания по 1 - ой ремонтной программе определяется из формулы

С,уд ------- ХР.шС^ (5.4)

100 шгМ

где сш - удельная восстановительная стоимость т -й группы конструктивных элементов здания; Р, ш - процент конструктивных элементов т- группы, заменяемых при 1-м типе ремонта; М, - множество номеров групп конструктивных элементов, заменяемых при 1 -ом ремонте. Значение Сш определяется о нормативным показателям или выявляется на основе данных статистики.

Учет организационно-технологических параметров, влияющих на стоимость проведения ремонтов или реконструкции железнодорожного транспорта в целом или отдельных конструктивных элементов автором получены формулы для определения усредненной удельной стоимости капитального ремонта. Это позволило на основе линейного программирования разработать программы оптимального выбора организационно-технологический решений по капитальному ремонту и реконструкции транспортных зданий может быть проведен с помощью экономико-статистической модели. На основе данных статистики стоимости капитального ремонта различных зданий и сооружений

Таким образом, одним из главных путей снижения стоимости, трудоемкости капитального ремонта производственных зданий является дальнейшее расширение вариантного проектирования производства работ. Однако, для широкого внедрения такого проектирования необходимо разработать научно обоснованную нормативно-справочную базу, которая сможет охватить и расширить ряд узких мест, возникших в настоящее время при разработке документации на капитальный ремонт и реконструкцию транспортных предприятий.

Наличие вариантного проектирования при разработке проектов капитального ремонта позволит в значительной мере учесть организационно-технологические факторы, влияющие на увеличение трудоемкости и себестоимости строительно-монтажных работ в условиях действующих транспортных предприятий, произвести оценку влияния технологических решений на общую продолжительность ремонтных и реконструктивных работ.

Моделирование процессов ремонта обьекюв. В реальных условиях проектирования ремонтно-восстановительных работ возникает множество ситуаций, обусловленных техническим состоянием объекта и родом используемых ресурсов. Необходимо учитывать также особенности ремонтных работ, связанных с модернизацией зданий. Эти особенности связаны с тем, что для некоторых транспортных производственных объектов необходимо рассматривать варианты замены конструкций с использованием более долговечных материалов.

Для такого рода технологического проектирования ремонтных работ необходимо учитывать следующие условия:

2а,-Р,, 1=1,2,...,п; (6.4)

а: с. Хц^Смод, 1 1,2,—>ш; (7.4)

Уц х, <М; (8.4)

2А, Ял <Фч; (9-4)

где Ху - общий фонд эксплуатируемой производственной площади зданий; Смод - минимальный объем работ о модернизации зданий в денежном

выражении; Р, - количество производственной площади транспортных зданий, для которых планируются ремонтные мероприятия; уу - потребность в трудовых ресурсах рот осуществлении j -ой программы ремонта зданий 1-го типа; М - минимальная численность работающих на капитальном ремонте людей в ремонтно-строительной организации, g13. нормативная потребность в ресурсах К-го типа для осуществления _)-ой программы ремонта; Ф-минимальный объем ресурсов ремонтно-строительной организации. Исследования автора показали, что многие задачи оптимизации технологии и организации ремонтных работ - выбор оптимального по стоимости варианта работ, определения рационального комплекта машин для производства работ, минимизации расхода трудовых и материальных ресурсов - могут с успехом быть решены на основе линейного программирования .

Рассмотрим следующий практический пример. Строительная организация ведет капитальный ремонт жилого дома. Перегородки этого дома можно изготавливать из легкобстонных блоков или делать каркасными с обшивкой гипсокартонными листами. На ближайший месяц производственные ресурсы Ф строительной организации установлены в следующих объемах (табл.4).

Таблица 4.

Наименование ресурсов Ед. изм. Общее кол-во ресурсов Потребность на 1 м2 гипсо картонной перегородки Потребность на 1 м2 легко-бетонной перегородки

Легкобетонные блоки мЗ 100 - 0,08

Пиломатериалы мЗ 25 0,02 0,01

Гипсокартонные листы м2 2100 2,1 -

Трудозатраты чел/ ДН 375 0,27 0,17

Задача заключается в том, чтобы определить общее количество как каркасных хь так и легкобстонных перегородок х2 которое нужно возвести в текущем месяце, чтобы общая их площадь была максимальной. Можно записать, что общая площадь возводимых при капитальном ремонте здания должна бьггь:

<3=х1 + х2- шах. (10.4)

Исходя из данных таблицы можно записать рад ограничений для решения данной задачи и получения значений для XI и х2: легкобетонные блоки - 0,08 х2 <100 пиломатериалы - 0,02 XI ь 0,01х2 ¿25

гипсокартонные плиты - 2,1 х, <2100 (11.4)

трудозатраты - 0,27 х, + 0,17 х2 <575

На основе методов исследования операции можно показать, что данная задача линейного программирования может быть решена графическим способом. Геометрическое место точек, координаты которых удовлетворяют линейной системе неравенств (11.4), образует выпуклый многоугольник. Можно показать, что максимум для <3 будет соответствовать одной из вершин этого многоугольника.

На рисунке 6 дано графическое определение оптимального варианта распределения ресурсов ремонтно-строительной организации. Стороны выпуклого многоугольника ЛВС Г) КО образованы прямыми, уравнения которых были получены из ограничений (11.4), если их заменить точными равенствами.

Чтобы определить, координаты какой из вершин соответствуют оптимуму, достаточно построить ряд прямых х2 - <3 , далее перемещая их до прямоугольника АВСОЕО , получим точку В, которая и является оптимумом. Координаты ее: х, = 575; х2 1250. Это значит, что ремонтно-строительная организация должна возвести исходя из наличных ресурсов 575 м2 гипсокартонных перегородок и 1250 м2 легкобетонных. Определим теперь как будут в этом случае использованы ресурсы строительной организации. Подставляя значения для Х[ и х2, получим из системы неравенств (11.4): легкобетонные блоки 0,08x1250= 100. пиломатериалы 0,02x575 +0,01x1250=24< 25

гипсокартонные плиты 2,1x575 = 1207< 2100 трудозатраты 0,27x575 + 0,17x1250 = 368< 375.

Таким образом, разработанный метод оптимального планирования ремонтных работ, основанный на линейном программировании, позволил выявить оптимальный вариант производства ремонтных работ при наилучшем использовании ресурсов ремонтно-строительной организации.

Рис. 5. График зависимости Qi и Q2 от N

Выводы:

1.Разработана программа выбора органзацонно-технологческх решений по капитальному ремонту и реконструкции транспортных зданий.

2 Предложен метод вариантного проектирования капитального ремонта железнодорожных объектов, основанный на линейном программировании, позволяющий оптимально расходовать ресурсы ремонтно-строительных органзаций

Рис. 6 Графическое определение оптимального варианта распределения ресурсов ремонтно-строительной органзацией.

Заключение

Стоимость железнодорожных зданий сооружений составляет десятки миллиардов рублей. Значительные объемы ремонтно-восстановительных работ по этим объектам связаны не только с нормальным физическим износом конструкций сооружений в процессе эксплуатации, но и с тем, что несвоевременные профилактические мероприятия привели к значительным износам основных несущих конструкций.

Автор настоящего исследования, посвященного организационно-технологическому обеспечению эксплуатационной надежности железнодорожных зданий и сооружений:

1) показал на основе опыта эксплуатации зданий и сооружений Октябрьской железной дороги, что основной документ, регламентирующий правила эксплуатации и осуществления капитальных ремонтов зданий и сооружений «Положение о проведении планово-предупредительного ремонта производственных зданий» не учитывает современных требований в области планирования и организации ремонтов зданий;

2) сделал расчеты по ремонтопригодности конструкций зданий и сооружений на основе обработки данных статистки по ремонтам зданий и сооружений Октябрьской железной дороги;

3) связал на базе построенных им моделей в единый алгоритм вопросы ремонтопригодности железнодорожных зданий и сооружений с вопросами технологии и организации ремонтов этих объектов;

4) создал комплекс ремонтных программ для железнодорожных зданий сооружений которые учитывают капитальность объекта, объемно-планировочное и конструктивное решение, износ основных несущих конструкций. Создание таких программ позволяет вести поиск оптимальных решений по технологии ремонтных работ;

5) предложил для одного из самых трудоемких видов ремонтных работ-разборочных варианты механизации в зависимости от вида конструктивного материала и объемов работ;

6) разработал модель для расчета загруженности ремонтных подразделений на объектах ремонта, основанную на теории массового обслуживания. Использование предложенной модели расчета загруженности ремонтных бригад при реконструкции высоких пассажирских платформ на Октябрьской железной дороги позволило снизить простои ремонтных рабочих на 15-17%;

7) внедрил систему оптимальное перспективное планирование ремонтов железнодорожных зданий и сооружений. Это планирование основано на использовании разработанной автором модели, позволяющей учитывать трудоемкость и стоимость ремонтных работ, а также другие виды ресурсов. В целом использование разработанных в диссертации методов при ремонтах и реконструкции зданий и сооружений вагонных и локомотивных депо, вокзалов, пассажирских платформ дало экономический эффект в размере 820 тыс. рублей.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1.Моделирование технологических процессов ремонта объектов. В сборнике трудов ПГУПСа «Совершенствование технологи ремонта транспортных зданий и сооружений», СБП, 2004 г.

2.Рогонский В.А., Мотин А.Ю. Совершенствование системы планово- предупредительных ремонтов зданий и сооружений железнодорожного транспорта. В сборнике трудов ПГУПСа «Совершенствование технологии ремонта транспортных зданий и сооружений», СПБ, 2004 г.

3.Беляев В.Н., Мотин А.Ю. Оценка организационно-технологических процессов капитального ремонта зданий. В сборнике трудов ПГУПСа «Совершенствование технологии ремонта транспортных зданий и сооружений», СПБ, 2004 г.

4. Мотин А.Ю., Горбунов В А. Совершенствование строительных процессов обслуживания и ремонтов транспортных зданий. В сборнике трудов 65 научно-технической конференции ПГУПСа. СПБ, ПГУПС, 2005 г.

Мотан Александр Юрьевич

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТРАНСПОРТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Специальность: 05.02.22 -Организация производства

Диссертация

в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 20 05 05 Формат 60 х 84 '/,6 Печать офсетна Уел 2 п л Тир 100 экз Зек № 71 Лицензия серия ЛП № 000332 от 15 12 1999 г

Отпечатано с оригинал-макета в ООО «Издательство «ОМ-Пресс» 190031, Санкт-Петербург, наб р Фонтанки, 117 Тел 168-83-10(58-310) факс 168-87-96(58-796)

И29?М

РНБ Русский фонд

2006^4 13504