автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование методов расчета параметров системы технического содержания локомотивов



к^РЬКОВСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО СОДЕРЖАНИЯ ЛОКОМОТИВОВ

05.22.07 - подвижной состав железных дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

па правах рукописи

БУТЬКО Татьяна Васильевна

Харьков - 1996

Работа выполнена на кафедре "Эксплутация и ремонт подвижного состава" (ЭРПС) Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Тартаковский Э.Д.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Сенько В.И.

- доктор технических наук, профессор

Тибилов Т. А.

- доктор технических наук, профессор

Федорец В.А.

Ведущая организация - Главное управление локомотивного хозяйства Государственной администрации железных дорог Украины. Защита состоится 1996 г. в .13 часов в ауд.

на заседании специализированного совета Д.02.15.01 при Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта по адресу:

-Украина,-310050, г.Харысов-50, шт.-Фейербаха-7.-

СТТТТЛ/ЧЛЛ'ГЛ ТТТТСкТЖ Т» П ПТЛ^аД^ЛПОТЛ» « »ЛМ/1ТА Г\ОТТЛТ»Г\1 |?1ТТ /* ГГ т> ^и^ттил

теке Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта.

Отзывы на автореферат просим направлять в адрес специализированного совета академии.

-Гз г

Автореферат разослан г.

Ученый секретарь специализированного Совета Д.02.15 к.т.н., доцент

П.А. Яновский

Общая характеристика работы

Актуальность. В настоящее время при сложившемся экономическом положении на Украине железнодорожный транспорт должен адаптироваться к переменным грузо- и пассажиропотокам, ценам на энергоносители, подвижной состав, запасные части и агрегаты, заработной плате своих работников для обеспечения наибольшей эффективности своего функционирования.

Уменьшение величины грузопотока на железных дорогах Украины привело к тому, что значительная часть локомотивов оказалась отставленной в неэксплуатируемый парк, а часть производственной мощности для проведения технических обслуживании (ТО) и текущих ремонтов (ТР) недоиспользуется. При такой ситуации возникает необходимость перепрофилирования малодеятельных депо и концентрации производства.

В условиях уменьшения грузопотока, старения локомотивного парка, снижения уровня его эксплуатационной надежности актуальной является проблема обеспечения эффективной работы тягового подвижного состава (ТПС). Одним из основных направлений решения такой проблемы является улучшение технического содержания и использования ТПС, что в значительной степени достигается путем совершенствования методов расчета параметров системы технического содержания локомотивов, использования и управления деповской ремонтной базы.

Исследования, проведенные ранее учеными-

железнодорожниками в данной области, в основном были направлены на оптимизацию отдельных подсистем, входящих в систему технического содержания. Данная диссертационная работа посвящена созданию такой теоретической базы, которая давала бы возможность ком-

плексно с единых методологических позиций решать вопросы совершенствования всей системы технического содержания локомотивов на основе экономико-математических методов, методов исследования операций с учетом стохастических аспектов, присущих транспортным процессам.

Особую актуальность приобретает диссертационная работа в связи с нарушением планово-предупредительной системы капитальных ремонтов, с вводом нового вида технического обслуживания ТО-5, возможных структурных преобразований, условий расширения хозяйственной самостоятельности железных дорог, локомотивных депо, локомотивостроительных и локомотиворемонтных заводов.

Внедрение в практику методов расчета параметров системы технического содержания ТПС, принятия научно-обоснованных технических решений, созданных на основе теоретических разработок данной диссертационной работы, позволяет квалифицировать ее как актуальную, направленную на решение крупной научно-технической проблемы.

Цель и основные задачи исследования. Целью работы является решение научно-технической проблемы улучшения технического состояния локомотивного парка железных дорог Украины путем совершенствования методов расчета и моделирования параметров системы технического содержания локомотивов, обеспечивающей минимальные затраты.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- рассмотреть систему технического содержания ТПС как сложную динамическую систему;

- разработать динамическую модель функционирования локомотивного парка депо, учитывающую обмен локомотивами с резервом

управления дороги (РУД) и влияние степени сбалансированности мощности ремонтной базы с потоком локомотивов, поступающих из эксплуатации;

- исследовать поведение численностей состояний локомотивного парка в распоряжении депо, полученные решения проверить на устойчивость;

- исследовать характер поведения показателей использования локомотивного парка и организации проведения ТО и ТР в депо;

- провести выбор и обоснование критерия качества управления функционированием участков ТО и ТР;

- разработать экономико-математическую модель функционирования участков ТО, ТР и неплановых ремонтов (НР) на основе стохастических моделей массового обслуживания для принятия решения о способах использования, развития и управления деповской ремонтной базой с оценкой погрешностей реальной и аппроксимирующей моделей;

- провести количественную оценку и исследовать поведение критерия качества управления системой участков ТО, ТР и НР, определить характер влияния эксплуатационных и ремонтных факторов на его величину;

- разработать методику моделирования и определения оптимальных размеров запасов узлов и агрегатов локомотивов для удовлетворения потребности в проведении плановых и неплановых ремонтов при минимальных затратах;

- провести количественную оценку показателей эксплуатационной и ремонтной технологичности конструкции узлов и агрегатов локомотивов;

- исследовать влияние изменения режимов работы участков ТО и ТР на процесс их функционирования;

- разработать метод формирования рациональной системы цикличности и периодичности ТО и ТР с определением перечня работ на ТО и ТР, который при максимальной надежности обеспечивает минимум затрат.

Характеристика методологииf метода исследования, предмета, объекта. Методология исследования - исследование операций и моделирование на ПЭВМ.

Методы исследования - теория вероятностей, математическая статистика, метод динамики средних, теория надежности, теория массового обслуживания, элементы теории множеств, вероятностные метрики.

Предметом исследования являются методы расчета и моделирования параметров системы технического содержания локомотивов.

Объектом исследования является система технического содержания и использования локомотивного парка.

Обоснование теоретической и практической ценности исследования, его научной новизны. Теоретическую ценность имеют:

- метод оценки устойчивости функционирования системы "локомотивный парк в распоряжении депо - участки ТО и ТР" в условиях переменного грузопотока;

- метод определен!« оптимальных межремонтных пробегов и периодов между ТО и ТР с выбором соответствующего перечня работ на каждом ТО и ТР при минимальных затратах;

- метод исследования качества функционирования ремонтных участков локомотивных депо.

Научную новизну представляют:

- динамическая модель для решения задачи обеспечения устойчивого функционирования системы "локомотивный парк в распоряжении депо - участки ТО и ТР" в условиях переменных грузо- и пассажи-

ропотоков (при решении учитывались нелинейность и нестационарность исследуемых объектов);

- метод и программный комплекс для формирования рациональной системы цикличности и периодичности ТО и ТР локомотивов с определением перечня работ на ТО и ТР, которые при максимальной надежности обеспечивают минимум затрат, связанных с эксплуатацией и ремонтом локомотивов;

- экономико-математическая модель и комплекс программ для решения задач развития, эффективного использования и управления ремонтной базой при проведении ТО и ТР с минимальными экономическими издержками;

- алгоритм и программа для оценки сходимости аппроксимирующих и реальных моделей функционирования участков ТО и ТР в терминах вероятностной метрики Леви- Ь;

- методика и комплекс программ для расчета оптимальных размеров и моделирования процессов формирования оборотных запасов узлов и агрегатов локомотивов для бесперебойного выполнения ТО, ТР и НР с минимальными затратами;

- методика оценки влияния режимов работы участков ТО и ТР на величину коэффициента технического использования локомотивного парка.

Практическую ценность имеют:

- программный комплекс для формирования рациональной системы цикличности и периодичности ТО и ТР; межремонтные пробега и периоды, рассчитанные для локомотивов и МВПС, эксплуатирующихся на железных дорогах Украины;

- программный комплекс и номограммы для определения основных показателей производственной мощности участков ТО и ТР и ее резервов;

- численные значения и закономерности изменения критерия качества управления в функции приведенной интенсивности, определяющие экономически допустимые границы эффективного функционирования ремонтных участков;

- зависимости коэффициентов готовности, технического использования локомотивного парка и деповского процента неисправных локомотивов, определяющие зону устойчивого функционирования системы;

- алгоритм, программа для ПЭВМ и номограммы для определения оптимальных запасов узлов и агрегатов локомотивов; методика определения величины оптимальной партии для отправки узлов и агрегатов из депо на ремонтный завод с минимальными затратами в процессе формирования запасов.

Уровень реализации и внедрения научных разработок. Рассчитаны межремонтные пробеги для всех серий локомотивов и МВПС, эксплуатирующихся на железных дорогах Украины, которые положены в основу приказа Укpзaлiзницi (УЗ) №]87Ц-95г. "Про покращения тех-шчного угримапня та використання тягового рухомого складу" взамен приказа №28Ц-8бг. Методика и программный комплекс переданы в Укрзалюницю, что подтверждено актом внедрения.

Разработаны комплекты технологической документации для проведения ТО и ТР локомотивов разных серий и переданы в депо Южной, Донецкой и Юго-Западной железных дорог.

Определены параметры производственной мощности и резервы стойловой части участков ТО и ТР для локомотивных депо Южной ж.д.

Рассчитаны оптимальные размеры страховых и технологических запасов основных узлов и агрегатов локомотивов для ряда депо Южной ж.д.

Определены величины деповского процента неисправных локомотивов, заложенные в приказе №187Ц-95г.

Разработанные методики и программы используются в учебном процессе ХарГАЖТ в дисциплинах "Математические модели локомотивов в расчетах на ЭВМ", "Эксплуатация локомотивов и локомотивное хозяйство", в курсовом и дипломном проектировании, на ФПК и ИППК, при подготовке магистров в дисциплинах "Экономико-математические методы в локомотивном хозяйстве", "Автоматизированные системы управления локомотивным хозяйством".

Апробация и публикация результатов научного исследования.

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на научно-техническом семинаре кафедры "Локомотивы и локомотивное хозяйство" МИИТа, Москва, 1987 г.; на технических советах службы локомотивного хозяйства Южной ж.д., Харьков, 1986, 1989 г.г.; на научно-технических конференциях и семинарах кафедры ЭРПС ХарГАЖТ, Харьков, 1987-1996 г.г.; в производственном управлении Главного управления локомотивного хозяйства Укрзал1зшпц, Киев, 1994 г. Полностью диссертационная работа докладывалась на заседании научно-методической комиссии заведующих кафедр транспортных вузов стран СНГ по специальности "Локомотивы", Харьков, 1994 г.; на расширенном заседании кафедры ЭРПС, 1996г.

По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ и более 20 научно-технических отчетов.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных литературных источников, включающих 210 наименований, приложения. Рукопись содержит 321 страницу, в том числе 234 страницы

основного текста, 11 таблиц, 69 рисунков, а также приложения на 13 страницах.

Личный вклад в разработку научных результатов, выносимых на защиту. В ходе выполнения работы лично автором получены следующие научные результаты, которые выносятся на защиту:

1. Динамическая модель локомотивного парка депо, адаптированная к современным экономическим условиям в стране и отражающая степень сбалансированности мощности ремонтной базы с потоком локомотивов, поступающих из эксплуатации на ТО и ТР.

2. Метод оценки устойчивости функционирования системы "локомотивный парк в распоряжении депо - участки ТО и ТР", основанный на полученных закономерностях изменения коэффициентов готовности и технического использования локомотивного парка, а также деповского процента неисправных локомотивов.

3. Экономико-математическая модель и программный комплекс, учитывающие стохастическую природу транспортных процессов, для моделирования показателей мощности ремонтных участков ТО и ТР и ее резервов, для принятия решения о способах развития, управления и использования деповской ремонтной базы.

4. Алгоритм для оценки сходимости реальных и аппроксимирующих моделей в терминах вероятностной метрики Леви-Ь.

5. Метод оценки качества функционирования участков ТО и ТР, основанный на анализе полученных закономерностей изменения критерия качества управления.

6. Модель процесса формирования оптимальных размеров страховых запасов узлов и агрегатов локомотивов для проведения ТО, ТР и НР с минимальными затратами.

7. Методика исследования влияния режима работы участков ТО и ТР на устойчивость функционирования системы "локомотивный парк в распоряжении депо - участки ТО и ТР".

8. Метод формирования рациональной системы цикличности и периодичности ТО и ТР локомотивов, определяющий глубину технического воздействия на каждом ТО и ТР, обеспечивающий минимальные затраты при необходимом уровне надежности.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и сформулирована цель исследования.

В первой главе рассмотрена структура системы технического содержания локомотивов и проведен анализ ее отдельных подсистем.

Прослежена тенденция и пути совершенствования системы технического содержания и соответствующих руководящих приказов, в которых отражены основные ее положения. Дальнейшее совершенствование системы должно быть направлено по пути более эффективного использования локомотивного парка и уменьшения экономических издержек при проведении технических обслуживании (ТО) и текущих ремонтов (ТР), а также сопутствующих им процессов при поддержании необходимого уровня эксплуатационной надежности тягового подвижного состава.

По ряду объективных причин транспортный процесс, включая процессы проведения ТО и ТР, следует отнести к процессам, подчиняющимся стохастическим закономерностям. Основные из них: неравномерность транспортного потока, неодинаковое время выполнения однотипных операций, случайный характер отказов локомотивов, техническое состояние локомотивов, квалификация исполнителей, не-

равномерность подвода локомотивов на ТО и ТР из эксплуатации. Однако применяемые методы расчета параметров системы технического содержания являются в основном детерминированными, что является одной из важных причин несовершенства самой системы и предопределяет пути поиска экономии материальных, финансовых и трудовых ресурсов.

В диссертации освещены общие тенденции развития системы технического содержания подвижного состава на зарубежных железных дорогах Европы и США. По результатам обзора установлено, что структура ремонтного цикла, периодичность и объемы ремонтов локомотивов дифференцируются в зависимости от технического состояния, конструктивных особенностей, условий эксплуатации и ремонта; широко внедряется диагностика; разрабатываются и внедряются экспертные системы для управления эксплуатацией и ремонтом. Критерием оптимизации системы технического содержания является минимум затрат на запланированные объемы перевозок при безусловном обеспечении безопасности движения. Особенно показателен для Украины опыт Германии, где в настоящее время проводятся реформы всего ремонтного производства в условиях снижения объемов грузовых перевозок, наличия больших избыточных мощностей, персонала и оборудования заводов и депо.

В работе проведен обзор исследований по оптимизации систем технического содержания транспортных средств на основе использования вероятностных методов в автомобильном и авиационном транспорте, па морском и речном флоте, для сельскохозяйственной техники и городского транспорта. Особое внимание уделено анализу таких исследований на автомобильном транспорте, которые проводятся под руководством В.Е. Канарчука, И.А. Луйка, Е.С. Кузнецова, М.М. Бедняка и других ученых.

Исследования по совершенствованию системы технического содержания подвижного состава (ПС) на железнодорожном транспорте проводятся в странах СНГ под руководством С .Я. Айзинбуда, А.И. Володина, А.Л. Голубенко, A.B. Горского, В.И. Гридюшко, И.П. Исаева, В.Н. Кашникова, В.Г. Козубенко, Е.Е. Коссова, Т.Ф. Кузнецова, В.Д. Кузьмича, Е.С. Павловича, Ю.Е. Просвирова, О.М. Савчука, В.И. Сенько, И.Ф. Скибы, Т.В. Ставрова, В.В. Стрекопытова, Э.Д. Тартаковского, Т.А. Тибилова, В.А. Федорца, В.П. Феоктистова, H.A. Фуфрянского, В.А. Четвергова и других ученых.

Анализ разработанных методов и проведенных исследований проблемы совершенствования системы технического содержания подвижного состава показал, что она решалась на уровне оптимизаций отдельных подсистем: система технического обслуживания и ремонта (СТОР); проектирование, управление и использование ремонтной базы; совершенствование технологии проведения ТО и TP и другие. Помимо этого, существующие теоретические разработки были сориентированы на тенденцию роста грузопотока и, как следствие, на увеличение мощности ремонтной базы. В настоящее время наблюдается тенденция падения грузопотока в результате общего спада в экономике. Ввиду этого образовались большие избыточные мощности по производственным площадям, оборудованию и контингенту работающих. В таких условиях более приоритетными становятся задачи определения резервов производственной мощности, разработки методов эффективного использования и управления ею, строгой количественной оценки принимаемых управленческих решений, как на уровне отдельных депо, так и на уровне управлений дорог и Укрзашзнищ. Проведенный анализ также показал, что при формировании рациональной СТОР необходимо более полно учитывать все виды затрат при проведении ТО и TP, включая затраты, связанные с простоем локомотива в

целом, сбалансированность ремонтной базы по мощности и уровшо технической оснащенности с потоком локомотивов. Принятая в настоящее время на Украине краткосрочная программа по стабилизации финансового положения железнодорожного транспорта предусматривает снижение эксплуатационных затрат на 10%. При этом состояние основных средств, особенно ТПС отмечается как критическое, уровень его износа достигает по отдельным сериям 80%. В сложных финансовых условиях УкрзалЬшщей проводятся работы по обеспечению исправного состояния основных средств и особенно ТПС. В этом направлении одной из важных является проблема корректировки системы технического содержания ТПС, которая требует как совершенствования теоретических методов расчета параметров и критериев оптимизации отдельных подсистем, так и комплексного исследования поведения этих подсистем с учетом их взаимовлияния. При этом принятие адекватных управленческих решений по повышению эффективности системы технического содержания должно осуществляться с учетом стохастических закономерностей, присущих транспортным процессам и базироваться па применении экономико-математических методов.

В соответствии с вышеуказанным сформулированы цель и основные задачи настоящей диссертационной работы.

Во второй главе приведена динамическая модель функционирования локомотивного парка депо, адаптированная к современным условиям. Выбор такой модели обоснован тем, что корректировка системы технического содержания локомотивов предусматривает создание такой нормативной и информационной поддержки процессов эксплуатации и ремонта локомотивного парка, которая обеспечивала бы безусловное выполнение заданных объемов перевозок с минимальными затратами во всех сопутствующих сферах (подсистемах), включая:

проектирование, использование и управление деповской ремонтной базой; технологию проведения ТО и ТР; формирование запасов узлов и агрегатов локомотивов для удовлетворения потребности в плановых и неплановых ремонтах; систему цикличности и периодичности ТО и ТР и др. С этих позиций процесс функционирования локомотивного парка является связующим звеном всех подсистем, входящих в систему технического содержания локомотивов. Поэтому проблема совершенствования системы технического содержания решается путем определения механизмов связен отдельных подсистем и их формализации на строгой теоретической основе.

Существующий в настоящее время парк локомотивов в распоряжении депо и соответствующие ему производственные мощности всех элементов тягового хозяйства, в том числе и производственные мощности для осуществления ТО, ТР и НР были сориентированы на относительно постоянную величину грузо- и пассажиропотоков. В современных условиях величина грузооборота носит переменный характер. В настоящее время продолжается тенденция падения объема грузовых перевозок, как в силу общего спада производства в стране, так и из-за ограниченной платежеспособности грузовладельцев. С падением грузопотока изменяется и размер эксплуатируемого парка. Лишние локомотивы отставляются в резерв управления дороги, или эксплуатируемый парк пополняется из РУД. Учитывая эти процессы, система "локомотивный парк в распоряжении депо - участки ТО и ТР" представлена в виде графа состояний и переходов. Работоспособное состояние соответствует пребыванию локомотива в эксплуатируемом парке или в РУД, а неработоспособное соответствует пребыванию в депо на ТО-3, ТО-4, ТО-5, ТР-1, ТР-2, ТР-3 или НР. На основании метода динамики средних получены системы дифференциальных уравнений относительно средних численностей состояний парка локомоти-

вов В данной модели, с учетом того, что ТО-4 разрешается совмещать с выполнением ТО-3, ТР-1 и ТР-2, это состояние отдельно не выделено, а пребывание локомотива на ТО-5 совмещено с НР. В модели с использованием принципа квазирегулярности учтено, что в общем случае интенсивности переходов X к и Ц к зависят от численностей состояний и параметров мощности ремонтной базы. Через X к обозначены интенсивности переходов локомотива из эксплуатируемого парка во все другие состояния (к = О - в РУД; к = 1 - 4 - на ТО-3, ТР-1, ТР-2, ТР-3; к = 5 - на НР). Через Р- к обозначены соответствующие интенсивности возврата локомотива в эксплуатируемый парк. Интенсивности переходов из ТО-3, ТР-1 и НР в эксплуатируемый парк функционально представлены с помощью формулы Литгла и учитывают возможное время ожидания локомотива в зависимости от организации проведения ТО-3, ТР-1 и НР в конкретном депо. X « и Но зависят от численности эксплуатируемого парка. Конкретный вид этих зависимостей определяется тенденцией изменения грузопотока. Уравнения динамики средних, описывающие функционирование локомотивного парка в распоряжении депо при указанных условиях и допущениях, имеют следующий вид: Г ¿2

~-=г[ф,(2,г) + 1, +х2 +х3 + х4 +Х5]*гп +ф2(211)*212 + + [р5/(1+|Л5*ф)]* г31;

¿2,

= Я.1*2П -[н, /(1+ Ич*Ф)]*^219

^21 ¿1

си ей сп ш

где Х\и 7-ги 7.гг, Z?з, 224, 2з1, - среднее число локомотивов, находящихся соответственно в эксплуатации, на ТО-3, ТР-1, ТР-2, ТР-3, НР и РУД в момент времени г;

ф =(2г1 + -л)/ А.с; п - число ремонтных позиций на ТО-3, ТР-1 и НР; К - интенсивность потока заявок на участки ТО-3, ТР-1 и НР (в отличие от интенсивностей поступления А. к конкретного локомотива); ^ о = ф 1(2и); Ро=Ч>2 (гп).

Система дифференциальных уравнений решалась методом Рупге-Кутта на ПЭВМ при заданных начальных условиях и ограничениях для разных сочетаний изменения грузопотока и вариантов организации проведения ТО и ТР, в частности: при отсутствии очереди на участках ТО-3, ТР-1 и НР; для случая, когда процесс проведения ТО-3, ТР-1 и НР организован так, что образуется очередь локомотивов, ограниченная величиной т; для крайнего случая - когда очередь локомотивов перед участками ТО-3, ТР-1 и НР может возрастать практически неограниченно. Для этих вариантов получены зависимости изменения средних численностей состояний локомотивного парка во времени. Анализ полученных функций показал, что в

каждом случае средние численности состояний стремятся и достигают через определенный интервал времени некоторых предельных значе-

ний, а процесс изменения состояний локомотивного парка депо носит характер устойчивого равновесия. Этот вывод подтвержден проведенными в диссертации исследованиями рассматриваемых процессов на устойчивость (в смысле устойчивости по Ляпунову) на основании критериев Гурвица, Рауса и метода фазового пространства.

На основании полученных результатов исследованы зависимости коэффициентов готовности Кх и технического использования локомотивного парка /{■„,, а также зависимость деповского процента неисправных локомотивов адп как функций от Ул}(1) для различных схем организации функционирования участков ТО-3, ТР-1 и НР: а) отсутствие очереди локомотивов; б) возможная длина очереди < т; в) очередь локомотивов может расти практически неограниченно.

Таким образом, коэффициенты Кг, КТИ и а1)п формально определены как фазовые ограничения на решение системы дифференциальных уравнений для принятия управленческих решений.

С учетом изложенного для характеристики степени сбалансированности состояний локомотивного парка с мощностью и эффективностью использования ремонтной базы введено понятие устойчивости функционирования системы "локомотивный парк в распоряжении депо - ремонтные участки" (в отличие от устойчивости по Ляпунову): данная система функционирует устойчиво, если размер эксплуатируемого парка полностью соответствует заданным размерам грузопотока. Для количественной оценки устойчивого функционирования использован коэффициент К,», а ограничивающим условием являются показатели экономического характера, характеризующие качество функционирования объектов локомотивного хозяйства. Таким образом, для устойчивого функционирования системы величина Ктн не должна быть меньше соответствующей нижней границы допуска. Так дня пар-

ка локомотивов типа 2ТЭ116 при устойчивом функционировании

Кти> о,92.

Формально установлено, 'по конкретное развитие процесса изменения состояний локомотивного парка депо определяется видом и

величиной интенсивностей Л. к и М- к. Интенсивности А, к определяются действующей системой нормативных межремонтных пробегов н периодов. Интенсивности М- к определяются характером и оргаштзацией процессов проведения ТО и ТР на ремонтных позициях. Задача совершенствования системы технического содержания локомотивов разбивается на две подзадачи: выбор оптимальных цтсличностей и перио-дичностей ТО и ТР; оптимизация проектирования, использования и управления деповской ремонтной базой и сопутствующих процессов. Решение этих задач представлено в последующих разделах диссертации.

Глава третья содержит описание разработанного метода и программного комплекса для определения рациональных межремонт-ных пробегов и периодов ТО и ТР локомотивов с назначением соответствующего перечня работ на каждом ТО и ТР.

Учитывая, что задача носит оптимизационный характер, в качестве целевой функции приняты суммарные затраты на выполнение плановых ТО и ТР, неплановых ремонтов и диагностику, расход запасных частей, материалов, энергоресурсов, смазочных материалов:

" 1 ™ А

где п - общее количество узлов, которые осматриваются или ревизи-руются на ТО или ТР;

5 - межремонтный пробег;

пц - кратность выполнения работ над >м типом оборудования, т.е. пц * 5 - пробег локомотива до выполнения .¡-го вида работ;

С} - расходы на плановую работу по .¡-му узлу (в составе ТО или ТР) или его замену;

Щ - полные расходы, связанные с отказом (НР).¡-го узла;

А - потери депо, связанные с простоем локомотива на ТО или ТР;

/,(Б,т\,т2,...,тп) - расход топлива в килограммах на 1 км при межремонтном пробеге 51 и кратности работ по ]-му виду оборудования - 1Щ (/" = 1,2,...,п), (расход электроэнергии в кВт«ч на 1 км);

]и(Б,т\,т1,...,тп) - расход смазочных материалов на 1 км при межремонтном пробеге 5 и кратности работ по ,]-му виду оборудования - пц (/' = 1,2,...,п);

Р(}щ, Б, г) - вероятность того, что за пробег пц • Я произойдет [ отказов ,]-го вида оборудования;

I) - расходы, связанные с проведением диагностических операций;

БТ- стоимость 1 кг топлива или 1 кВт-ч электроэнергии;

БМ - стоимость 1 кг смазочных материалов.

Минимизация функции 0,(Б,т\,тпг,...,тл) происходит в два этапа. На первом этапе - для каждого номера j (узла локомотива) определяется значение оптимального межремонтного пробега доставляющее минимум функции

й (%) = (1 / • № . М;[1\Б})] + С]} ,

где М, .[Т(50] = >Р(щ,Б,1) - функция восстановления.

ьо

На втором этапе определяется оптимальный межремонтный пробег между ТО или ТР - 5ор' для всего локомотива в целом. При

этом функция () становится функцией одного переменного так как в качестве гщ можно взять [£,0р' / 5], если ¿У'р' / Б > 1 и гщ — 1, если IЯ < \ (рС]) - целая часть числа х).

При реализации первого этапа основная трудность состояла в определении производной (ТК^)- На основании анализа предшествующих исследований, проведенных в МИИТе, ВНИИЖТе, ОмИИТе, Д1ТУЖТс и других организациях, было учтено, что основными законами распределения времени безотказной работы узлов локомотивов являются: гамма-распределение, нормальное распределение, распределение Вейбулла. Для этих законов в диссертации получены численные и аналитические решения (5^0 для случая, когда после отказа >го вида оборудования производится восстановление, не пош!-жающее вероятности отказа.

- Время безотказной работы ^го вида оборудования локомотива подчинено гамма-распределению с плотностью вероятности

/,(Г,) = -—* ехр(-Х* Г.)

>' (т + 1)! ^ '

где т - целое число;

А. - интенсивность отказа j-гo вида оборудования; ц = Т(%).

= -*—*\[ + е + е л + е *еА I-

(13; Щ I Л

m

1

_ m~ 1

. , Б iU.fe-l) 6 X -1)

X*t. +-*е J +■•■+—;—*е J

J 8-1 8 -1

■с, = <>

2-я: . . 2-7С

где £ - cos--f-z*sm-

m m

Для определения Sfr1 полученное уравнение решается численно.

- Для нормального распределения времени безотказной работы .¡-го вида оборудования

1

оо

2* п*а2,

Ф

<т, - л/и

2

С,.=0

где Ф - функция Лапласа;

7] - средняя наработка на отказ ]-го вида оборудования;

а) - среднее квадратическое отклонение.

Для определения полученное уравнение решается численно. - Время безотказной работы .¡-го вида оборудования подчинено закону распределения Вейбулла с плотностью вероятности

= /Л1 * ехр (- щ * $ ),

где а} и Д - числовые параметры.

В этом случае решение получено в конечном виде:

( с.

\Уь

5?

Ор1 __ I

(а -(3 -П-К^ •/?. .

где V - среднетехническая скорость локомотива.

При реализации второго этапа функции /х(Б, т\, т% ..., тп) и /^(Б, т\, тг.....тп) аппроксимированы по данным эксплуатации и ремонта полиномами первой или второй степени.

При проведении минимизации т\, т% ..., тп) - функция многих переменных заменена на функцию одного переменного Л':

е

г V 5 -1 £ -1 5 "Л

> Л4". А""'. /

В силу того, что эта функция не является непрерывной, ее минимизация проведена .перебором значений 5 от Ятю до *5шах с шагом

V

ЮООкм> Д5 >500км. Величина 5пип принята не меньше длительности (пробега) непрерывной работы локомотива (время оборота) и не более наименьшего межремонтного пробега уго узла (5} ). Величина 5тах СООТВеГСТВуеТ ОДНОЙ ИЗ ВеЛИЧИН! О так - период проведения профилактических и контрольно-диагностических работ без демонтажа узлов с локомотива; ^пах - сроку службы с учетом восстановления в деповских ИЛИ заводских условиях; 5^1г.ах - полному сроку службы сборочной еди-1шцы до замены (списанная) без последующего восстановления.

Таким образом, решена проблема формирования рациональной системы периодичности, цикличности и перечней работ на ТО и ТР. На основе изложенного метода разработай программный комплекс, ориентированный на ресурсы 1ВМ РС АТ. Программа предусматривает для каждого дискретно изменяющегося межремонтного пробега £ расчет кратности выполнения пу очередной работы. Для каждого пробега Я и соответствующих вариантов кратносгей работ щ производится расчет целевой функции £>. Оптимальная периодичность ТО или ТР и соответствующий перечень операций выбирается по минимальному значению целевой функции (). При необходимости разработанный программный комплекс может быть расширен для случаев других законов распределения времени безотказной работы при сохранении общей концепции введением необходимых подпрограмм.

В соответствии с изложенным методом расчеты проведены для всех серий локомотивов и МВПС, эксплуатирующихся на железных дорогах Украины. В качестве исходпых данных по каждой серии локомотивов были рассмотрены более 50 наименований узлов. При этом в качестве основного закона распределения времени безотказной работы был использован закон распределения Вейбулла, так как он является достаточно универсальным и при некоторых сочетаниях параметров трансформируется в другие законы, а при [1 > 1 учитывает

процесс старения. Сравнительный анализ полученных результатов с пробегами, приведенными в действовавшем приказе №28Ц-86г., показал, что для железных дорог Украины полученные значения отличаются от существующих на 17-20%. При анализе изменения целевых функций получено, что они достаточно медленно изменяются

в области оптимумов. Изменение межремонтных пробегов в интервале ± Ю% приводит к изменению целевой функции £>(5) не более, чем на 1%. Это позволило при формировании системы ТОР обеспечить кратность нормативных межремонтных пробегов и периодов.

Полученные в диссертации результаты положены в основу приказа УЗ №187Ц-95г. об улучшении технического содержания и использования тягового подвижного состава Украины взамен действовавшего приказа №28Ц-86г., что подтверждено соответствующим актом внедрения. Определенные в результате моделирования кратности работ пц явились основой при разработке ряда комплектов технологической документации на выполнение ТО и ТР разных серий локомотивов.

Четвертая глава посвящена разработке экономнко-матсмати-ческой модели функционирования ремонтных участки« ТО-3, ТР-1 и НР локомотивов в депо, использование которой позволит принимать адекватные управленческие решения на стадиях проектирования, использования и управления деповской ремонтной базой.

Отправным моментом при создании модели явились введение, выбор и обоснование критерия качества управления. В диссертации критерий качества управления предложен в форме отношения показателя качества функционирования системы ремонтных участков в данном ее состоянии и показателя качества функционирования системы в идеальном состоянии:

где Р(г) и Р0(1) - соответственно показатели качества функционирования реальной и идеальной систем; причем Р(г) - является математическим ожиданием характеристики качества функционирования системы в момент времени X.

Для оценки эффективности функционирования системы в интервале времени и < / < ц введен также интегральный критерий качества в форме:

Вопрос о смысловом характере показателя качества Р(1) рассматривается с двух позиций:

1) в качестве Р(г) принята фактическая пропускная способность системы ремонтных участков, т.е. Р(г) = А (1);

2) в качестве Р(г) приняты суммарные издержки на содержание ремонтных позиций и бригад и издержки от простоя локомотивов в

ожидании ремонта, т.е. Р({) = 11(1) =С\*г+С1*Ь^

/

где г - математическое ожидание количества локомотивов, простаивающих в очереди перед ремонтными участками за период времени I,

Ь - математическое ожидание числа простаивающих ремонтных позиций за период /;

С\ н Сг - соответственно стоимости простоя локомотива и стойла с ремонтными бригадами.

Таким образом, в работе анализируются две модификации критерия П(1):

Показатели качества функционирования участков ТО и TP локомотивов A(t) и U(t), через которые определены критерии качества

D(t)=A(t)/A0(t)nD(t) = U(t)/U0(t).

управления D(t) в каждой из предложенных модификаций, являются в конечном итоге функциями показателей мощности исследуемой системы ремонтных участков.

Для оценки показателей мощности участков ТО и ТР локомотивов в диссертации использован аппарат теории массового обслуживания (ТМО). Динамика моделей массового обслуживания определена распределениями случайных величин: интервалов между моментами времени прохода локомотивов через контрольный пост депо (входящий поток) и длительностей обслуживания на ремонтных позициях (обслуживающий поток). Входящий и обслуживающий потоки

составляют входные данные модели В & В (В - множество, в котором принимают значение входные данные В). Структурная информация -дисциплина постановки в очередь, дисциплина обслуживания, порядок работы системы и т.п. определяют вид преобразования 0 входных

данных В в выходные V е V , т.е. 0 :B->V.

На основе статистической информации о функционировании системы участков ТО и ТР, собранных в шести локомотивных депо Южной, Юго-Западной и Донецкой ж.д. за период более 15 лет были определены классы распределений, задающих динамику модели. Это в основном - экспоненциальный класс и связанный с ним класс гипер-эрланговских распределений. Помимо этого, проведено восстановление точного вида указанных выше распределений и оценка их параметров. При этом создана значительная база данных, которые обрабатывались на ПЭВМ ежемесячно, поквартально и за полугодие.

Как показал анализ, в депо в настоящее время, как правило, совмещаются на одних и тех же ремонтных позициях технические обслуживания ТО-3, текущие ремонты ТР-1 и неплановые ремонты. Хотя в некоторых депо эти виды обслуживания и ремонтов производятся на специально выделенных ремонтных позициях. Учитывая это, исследо-

вался как суммарный поток локомотивов, так и отдельные потоки поступлений и обслуживании на ТО-3, ТР-1 и НР. В результате исследований получено, что в период до 1990 г. интенсивности входящих потоков X е [0,280; 0,350], а в настоящее время в виду уменьшения грузопотока X е [0,080; 0,115]. В период до 1990г. значения интенсив-ностей обслуживающих потоков li е [0,025; 0,100], а в настоящее время ц е [0,010; 0,030]. Таким образом, многолетние исследования входящих и обслуживающих потоков локомотивов в депо на ТО-3, ТР-1 и НР позволили определить множество данных В , задающих динамику моделей массового обслуживания.

С целью дальнейшей идентификации стохастической модели массового обслуживания ремонтных участков в депо определен вид преобразования G. Для этого произведен детальный анализ существующих способов и форм организации процессов проведения ТО и ТР локомотивов в депо. На основании обобщения данных Укрзал^з-нищ и самостоятельно проведенных наблюдений в шести локомотивных депо Украины принята стохастическая модель массового обслуживания без прерывания обслуживания, с ограниченным числом мест для ожидания - т, п - каналами (стойлами) обслуживания. Дисциплины очереди таковы, что локомотивы обслуживаются в порядке поступления. В соответствии с модифицированной символикой Кендалла стохастические системы массового обслуживания М/Е2/1/6, М/ЕЗ/2/4, М/Е2/3/5, М/Е2/4/3 и аналогичные им практически исчерпывают возможные варианты организации выполнения работ на участках ТО-3, ТР-1 и НР в депо, включая и совмещение этих работ на одних и тех же ремонтных позициях.

Учитывая, что процессы, протекающие в исследуемых системах, являются немарковскими, использован метод псевдосостояний. Для

каждой из моделей разработаны размеченные графы состояний, получены системы уравнений Колмогорова относительно вероятностей состояний.

Через вероятности состояний определены основные показатели мощности ремонтных участков: абсолютная пропускная способность -А; среднее число локомотивов в очереди - г ; среднее время ожидания -I о-*; среднее время пребывания локомотива в депо / с»ст; среднее число занятых - г и простаивающих стойл - Ь. Для реализации предложенного метода разработан комплекс программ для определения показателей мощности ремонтных участков. Исходными данными для вычислений являются только интенсивности входящих потоков А и интенсивности обслуживающих потоков ¡л. Таким образом, разработанный комплекс логических и вычислительных процедур, алгоритмов и программ представляют преобразование 0, позволяющее получить

множество выходных данных V - показателей мощности ремонтных участков локомотивного депо.

На основании проведенных расчетов показатели мощности представлены в виде удобных номограмм в функции приведенной интенсивности системы р- Я / ц, которые позволяют проанализировать их характер, определить область допустимых решений и величину резерва производственной мощности.

Оценка точности выходных данных аппроксимирующих и реальных моделей проведена в терминах вероятностной метрики Леви-Ь. При этом сравнивались расчетные и реальные значения случайных величин времени ожидания и числа локомотивов в очереди. Для оценки погрешностей в диссертации разработан соответствующий алгоритм, реализованный в виде программы на ПЭВМ. Величина погрешности разработанных моделей составляет не более 5 - 7%. Проведено также

сравнение реальных моделей и моделей только с экспоненциальными распределениями. Диапазон изменения относительной погрешности в этом случае - от 7% до 24,3%. Таким образом, полученные результаты при оценке погрешностей достаточно убедительно доказывают адекватность разработанных моделей исследуемому процессу функционирования ремонтных участков локомотивов в депо.

Полученные номограммы для определения показателей мощности участков ТО и TP позволяют проанализировать характер изменения критерия качества управления Dfij.Tlри анализе поведения D(t) в форме D(t) = A(t) /Ao(t) в качестве Л0 принята такая величина абсолютной пропускной способности, которая достигается при определенном уровне технической готовности ремонтных участков (ц-const), и для которой суммарные экономические издержки от простоя локомотивов в очереди и простоя ремонтных позиций - минимальны. Для количественного определения А„ для каждой модели получены зависимости суммарных затрат U-C,*r + C2*L в функции р, т.е.

U = U(p). Эти зависимости имеют четко выраженный минимум при р = /Л, которому в свою очередь соответствует максимальная экономически целесообразная абсолютная пропускная способность А0. Очевидно, что для идеально функционирующей системы ремонтных участков D(t)-1, В табл. 1 приведены допустимые отклонения р до рь и D(t) от 1, в пределах которых можно гарантировать эффективное функционирование участков ТО-3, ТР-1 и HP.

Для исследования поведения системы во времени использован интегральный критерий ô [fi, fj]. Получены неравенства, при выполнении которых обеспечивается эффективное функционирование системы за исследуемый период At = Ц - te.

¿>D,; tj] >Dn* А t и 5[h; /j] < DK * Л t.

Аналогичный анализ проведен при исследовании D(t) в форме D(t)=U(t)/U0(t). Эффективное функционирование системы обеспечивается при р е [рь ; ра] (табл. 1), при этом D(t)&[ 1; 1,4] для всех исследуемых моделей. За период Л t система сработает' эффективно, если справедливо неравенство S[t\, ij] < Z), * А t, где /А = 1,4.

Таблица 1.

Параметры, характеризующие уровень эффективного функционирования ремонтных участков локомотивов

Параметры функционирования Вид модели

М/Е2/1/6 М/ЕЗ/2/4 М/Е2/3/5 М/Е2/4/3

ро 0.56 1.36 2.43 3.72

пределы изменения о е [р м ; р и] 0.40-0.75 1.12-1.78 2.21-2.84 3.50-3.97

пределы изменения D=A/Ao € \D„ ; DB] 0.70-1.30 0.74-1.26 0.84-1.16 0.93-1.07

Таким образом, предложенный критерий D(t) характеризует уровень использования стойловой части участков ТО-3, ТР-1 и HP, т.е. характеризует степень сбалансированности потока локомотивов, поступающих из эксплуатации, с мощностью ремонтной базы.

Критерий D(t)=A(t)/Ao(t) позволяет не только количественно, но и качественно оценить уровень использования стойловой части. Если D(t)—A(t)/A(i(l)<l - стойловая часть недоиспользуется, если D(t)=A(t)/Aa(t)>l - наблюдается простой локомотивов в очереди. При D(t)=A (t)/Ao(i) e[DK; Z)J процесс функционирования участков соответствует экономически целесообразным значениям соотношения меж-

ду графиковой периодичностью постановки локомотивов и мощностью ремонтной базы. При величине В(1) =Л(1)/Лч(() близкой к 0,70 резервы производственной мощности позволяют производить ТО-4, ТО-5, модернизацию локомотивов, подготовку к сезонной эксплуатации и диагностику.

Критерий 0( 1)=11(с)/и<)(1) только количественно определяет степень сбалансированности потока локомотивов с мощностью ремонтной базы. При Б(1)=и(г)/ио(1)>1,4 система ремонтных участков функционирует убыточно.

Интегральный критерий 3 [/,; характеризует эти процессы во времени.

С учетом изложенного, мероприятия обеспечивающие эффективное функционирования ремонтных участков - это технические, организационные и управленческие мероприятия, обеспечивающие процесс В (I) —> 1 при Лг 1, где 7 - конечный промежуток времени, за который реализуются данные мероприятия.

Формально задача обеспечения эффективного функционирования ремонтных участков сводится к обеспечению условий, при которых р=Л /¡.1 е [ра ; М С учетом этого проведена систематизация основных факторов и подсистем, влияющих на величины X и ¿1.

перечень операций ТО и ТР

к

" Л^ОКСПЛ. - Ли р

чГ^нср.

и

ц =

-Лоб

- Пет, Пбр.

- Треж.

- Яхки,

"V.

где, №ксгш - размер эксплуатируемого парка депо; Лир - интенсивность неплановых ремонтов, обусловленная надежностью локомотивов; /пер. -система периодичностей поступлений локомотивов на ТО и ТР; М,б. -

размеры запасов узлов и деталей; пст и ибР - соответственно количество стойл и ремонтных бригад; Tpcx. - режим работы участков; IIik:i - параметры технологичности конструкщш локомотивов.

Учет и оптимизация этих факторов и подсистем обеспечивают эффективное функционирование системы ремонтных участков в депо.

Таким образом, в диссертащш предложено ввести два новых показателя D(t) и ¿{/,-/ t], которые при известном количестве ремонтных позиций характеризуют экономически целесообразный уровень использования производственной мощности участков ТО-3, ТР-1 и HP, позволяют численно определить границы их эффективного (неубыточного) функционирования и вскрыть рычаги воздействия по обеспечению управления этим процессом.

В пятой главе проведен анализ и оптимизация факторов и подсистем, влияющих на время простоя локомотивов на ремонтной позиции, т.е. на интенсивность обслуживания /л .

Организационно-экономическим фактором, существенно влияющим на интенсивность обслуживания локомотивов на участках ТО и ТР и на устойчивость системы вообще, является обеспеченность запасами узлов и деталей для удовлетворения потребности в проведении плановых и неплановых ремонтов. В условиях рыночной экономики для депо становится целесообразным содержать экономически и технологически обоснованный запас.

Запас No5 состоит их технологического - пКш. и страхового - псгр:. А^б^Ятсхн+Лир. Определение величины итехн достаточно точно описывается традиционными детерминированными методами, усовершен-ствовашгыми в диссертации. Слагаемое пегр носит вероятностный характер. В процессе определения nc,v было учтено, что снятый с локомотива узел или агрегат в зависимости от вида повреждения может быть отремонтирован в депо или на специализированном ремонтном заво-

де. При этом время ремонта включает время накопления партии для отправки на завод и время доставки на завод и обратно. Учитывая, что число неплановых ремонтов однотипных узлов или агрегатов распределено по закону Пуассона, а величина страхового запаса должна соответствовать величине одновременного выхода из строя а единиц узлов или агрегатов с интегральной вероятностью 0,95, Лсгр. определяется из соотношения, преобразованного к следующему виду:

£ V. и > *ехр(-Л'ы*$*Р) = 0,95

где х - кол1гчество агрегатов или узлов данного типа, которое может одновременно выйти из строя (х = О, 1,2,..., а);

N¡¿1 - количество агрегатов данного типа на локомотивах депо;

§ - коэффициент взаимозаменяемости агрегатов;

Р - вероятность выхода из строя агрегата, учитывающая процесс восстановления (в депо гаи на заводе);

а - количество агрегатов данного типа, которое может одновременно выйти из строя с интегральной вероятностью 0,95.

Таким образом, «стр. = а.

Для расчетов и моделирования размеров технологического и страхового запасов разработан алгоритм и соответствующее программное обеспечение для ПЭВМ, а также получены номограммы для определения запасов основных узлов и агрегатов локомотивов. В программе имеется блок, предусматривающий определение экономической целесообразности создагаш такого запаса. Проведено моделирование величины запаса в зависимости от способов его формирования (времени доставки на ремонтный завод и обратно и размеров партии отправки).

Определена оптимальная партия отправки по минимуму целевой функции экономических издержек Сзш. на приобретение, хранение, содержание и транспортировку при условии, что экономическая стратегия состоит в том, чтобы на одну денежную единицу, вложенную в запасы, получить Ь денежных единиц отдачи:

Сзап=(1/2)*Л*(Ца+//х)*Оп+Дпер*Аа / Оп=>тт, где Цл - стоимость агрегата или узла; Цхр - стоимость хранения и содержания, включая амортизационные отчисления; Оп - размер партии отправки; - стоимость перевозки на ремонтный завод и обратно; Аа- интенсивность использования запаса.

Одним из производственно-технических факторов, влияющих на интенсивность обслуживания на ремонтной позиции, является эксплуатационная и ремонтная технологичность конструкции локомотивов (ТКИ). Для локомотивного депо оценка показателей эксплуатационной и ремонтной технологичности позволяет сопоставить имеющиеся производственные мощности и технологическую оснащенность участков ТО и ТР и производственные мощности, необходимые для проведения ТО и ТР локомотивам новых серий. Основным показателем ТКИ является оперативная продолжительность в ТО и ТР, которая для ТО-3 и ТР-1 локомотивов составляет порядка 55-60% от общей продолжительности простоя па стойле. В диссертации в качестве базового выбран тепловоз, для отдельных узлов которого определены численные значения показателей технологичности, включая: доступность, легкосъемность, взаимозаменяемость и контролепригодность (табл.2), а также предложены комплексные показатели технологичности применительно к процессам ТО-3, ТР-1 и НР.

Таблица 2

Наименование агрегата или узла ТТпкячятр пи ТКИ

Доступность Легкосъем-ность Взаимозаменяемость Контролепригодность

Тяговый генератор 0,458 0,278 0,375 0,692

Тяговый электродвигатель 0,367 0,214 0,650 0,587

Синхронный подвоз-будитель 0,654 0,339 0,637 0,101

Контроллер машиниста 0,884 0,373 0,974 0,293

Распределительный редуктор 0,721 0,523 0,633 0,042

Гидромеханический редуктор 0,713 0,537 0,993 0,144

Следующим фактором, оказывающим влияние на интенсивность обслуживания локомотивов на участках ТО и ТР, является количество ремонтных позиций и бригад, а также режим их работы. На основании номограмм, полученных в главе 4 определяется уровень использования (г / п)*\ 00% или недоиспользования (/- /и) *100% стойловой части, что служит критерием напряженности производственной деятельности участков. При необходимости изменения количества ремонтных позиций п, их оптимальное число определяется по минимуму

функции и~Ц *г+С,*1 = 1/(п).

В условиях уменьшения грузопотока при недоиспользовании стойловой части становится целесообразным пересмотреть режимы работы ремонтных бригад и перейти от круглосуточного режима ра-

боты к двух или односменному с использованием простаивающих ремонтных позиций.

В диссертации рассмотрен процесс принятия решения об изменении режима работы на основании совместного анализа показателей производственной мощности участков (критерия D(t)) и коэффициента технического использования парка А™, который принят в качестве количественной меры при оценке устойчивости. Установлена зависимость

Я™ = Z„ / (Z„ + Z23 + Z24 + l*tCUCT),

где tCUCT- среднее время пребывания локомотива в депо при выполнении ТО-3, ТР-1 или HP.

Анализ показывает, что при постоянной величине интенсивности входного потока локомотивов X., в частности при к =0,12, переход от круглосуточного режима работы на двух ремонтных позициях к двухсменному режиму роботы на четырех ремонтных позициях приводит к

увеличению величины ^с„сТ.от 31 до 42 часов, что соответствует снижению величины Кп, с 0,88 до 0,83. Уменьшение Кт не должно быть более допустимого из условия наличия потребного количества локомотивов для выполнения заданных размеров движения. В случае невыполнения этого условия изменение режима работы требует введения в эксплуатацшо части локомотивов из РУД.

В шестой главе разработана методика и проведен расчет экономической эффективности от внедрения сформированной рациональной системы цикличности и периодичности ТО и ТР. Расчет проведен на примере электровозов ЧС-7, эксплуатирующихся в депо "Октябрь" Южной ж.д. в сравнении с системой цикличности и периодичности ТО и TP, выполнявшейся в соответствии с ранее действовавшим приказом №28Ц-86г.

Внедрение СТОР, сформированной на основании метода, разработанного в главе 3, приводит к уменьшению эксплуатационных при-веденных'затрат на 5,2%.

Заключение

В диссертационной работе комплексно с единых методологических позиций решена научно-техническая проблема совершенствования методов расчета и моделирования параметров системы технического содержания локомотивов, а также методов управления и использования деповской ремонтной базы, обеспечивающих уменьшение эксплуатационных затрат и улучшение технического состояния локомотивного парка.

Созданный комплекс расчетных моделей позволяет решать задачи по обеспечению рационального соотношения между параметрами ремонтной базы и объемами выполняемых перевозок, принимать Экономически обоснованные решения о перепрофилировании малодеятельных депо и концентрации ТО и ТР; разрабатывать системы цик-личностей и периодичностей локомотивов новых серий, локомотивов подлежащих модернизации с целью продления срока службы; корректировать нормативы межремонтных пробегов и периодов, объемов ТО и ТР, деповского процента неисправных локомотивов, страховых и технологических запасов узлов и агрегатов; разрабатывать комплекты технологической документации для производства ТО, ТР и НР. Теоретические и методологические разработки диссертационной работы могут быть использованы для создания методического обеспечения в соответствие с новым учебным планом для магистров и ИППК.

При этом получены следующие основные результаты: 1. На основании метода динамики средних с использованием принципа квазирегулярности разработана динамическая модель функцио-

нирования локомотивного парка депо, адаптированная к современным экономическим условиям. Получены зависимости и исследован характер изменения средних численностей состояний локомотивов, доказано существование установившегося режима для различных вариантов изменения грузопотока и при различных способах организации функционирования участков ТО и ТР. Доказано, что установившиеся режимы являются устойчивыми по Ляпунову.

2. Введено понятие устойчивости функционирования системы "Локомотивный парк в распоряжении депо - ремонтные участки" для характеристики степени сбалансированности состояний локомотивного парка с мощностью и эффективностью использования ремонтной базы.

Доказано существование предельных значений коэффициента готовности Кг, коэффициента технического использования локомотивного парка Кт и деповского процента неисправных локомотивов адт которые при устойчивом функционировании системы находятся в пределах 0,90< К: < 0,94, 0,88< К™ <0,92. На основании этих исследований обоснованы величины а,т, заложенные в приказе УЗ №187Ц-95г.

3. Введены и определены критерии качества управления в двух модификациях: в форме отношения пропускных способностей и в форме отношений суммарных издержек на содержание ремонтных позиций и бригад и издержек от простоя локомотивов в ожидании ремонта для реальной системы ремонтных участков и системы ремонтных участков, функционирующих с минимально возможными затратами.

4. Разработана экономико-математическая модель на основе стохастических моделей массового обслуживания и программный комплекс для принятия решений о способах развития, использования и

управления участками ТО, ТР и НР. На основании статистической информации определено множество входных данных, задающих динамику разработанных многофазного-мпоголинейных моделей типа М/Е2/1/6, М/ЕЗ/2/4, М/Е2/3/5, М/Е2/4/3. При этом основными классами распределений, задающих динамику моделей являются экспоненциальный и гиперэрланговские классы распределений с интен-сивностями входящих потоков локомотивов X е [0,080; 0,350] и ин-тенсивностями обслуживающих потоков М- е [0,010; 0,100].

5. Получены номограммы для определения основных параметров и резервов производственной мощности участков ТО и ТР. Показано, что на среднее время ожидания локомотивов и среднее время их пребывания в системе в 1,5 - 2,0 раза большее влияние оказывает интенсивность обслуживания Ц, чем интенсивность поступления X. Зависимости средней длины очереди локомотивов г=г(р) и среднего

числа простаивающих ремонтных позиций L = L{р) имеют характерные точки перегиба. При этом скорость изменения этих параметров до точки перегиба (в области малых р) в 2,5 раза больше, чем после точки перегиба. Т.е. в области малых р корректировка мощности ремонтной базы (перепрофилирование) приводит к значительным изменениям суммарных экономических издержек от простоя локомотивов и простоя ремонтных позиций и бригад.

Проведена проверка на адекватность аппроксимирующих и реальных моделей в терминах вероятностной метрики Леви-L, для чего разработаны соответствующие программы. Величина погрешности составляет не более 5-7 %.

6. В результате моделирования получены зависимости и исследован характер изменения критериев качества управления и установлены экономически допустимые границы их изменения, в пределах кото-

рых обеспечивается эффективное функционирование участков ТО-3, ТР-1 и НР. Для нормативов, заложенных в приказе УЗ №187Ц-95г., рекомендованы следующие пределы изменения критерия качества управления: в форме £>=Л/4о-0,70-1,30 (причем, при В=А/Ла<1 - наблюдается простой ремонтных позиций, а при В—А/Аа>1 - простой локомотивов), в форме /)=Ш/о-1-1,40.

7. Разработана методика определения и формирования оптимальных размеров страховых и технологических запасов узлов, агрегатов и деталей для бесперебойного выполнения ТО, ТР и НР с учетом стохастических закономерностей, присущих этому процессу. В соответствии с предложенной методикой расчета размер страхового запаса обеспечивает надежность своевременной замены узлов и агрегатов с вероятностью 0,95. Разработаны соответствующие алгоритм и комплекс программ, получены номограммы для определения запасов. На размер запасов основное влияние оказывает время накопления агрегатов для отправки на заводской ремонт, т.е. величина партии отправки. Исследован процесс формирования запасов, предложен метод определения оптимальных размеров партии агрегатов и узлов при отправке на ремонтный завод.

8. Произведена оценка параметров эксплуатационной и ремонтной технологичности конструкции узлов и агрегатов тепловозов. Определено, что оперативная продолжительность в ТО-3 и ТР-1 составляет порядка 55-60% от общей продолжительности простоя локомотива на ремонтной позиций. Количественно оценены показатели ТКИ для тепловозов по доступности, легкосъемности, взаимозаменяемости, контролепригодности.

9. Разработана методика для исследования влияния изменения режима работы участков ТО и ТР на устойчивость функционирования системы "локомотивный парк в распоряжении депо - участки ТО и ТР"

посредством совместного анализа показателей производственной мощности и коэффициента технического использования локомотивного парка Ктл- Переход от круглосуточного режима работы комплексных бригад на участках ТО-3, ТР-1 и НР приводит к снижению Кп, соответстветшо с 0,88 до 0,83. С учетом необходимости выполнения перевозочного процесса это влечет за собой увеличение размеров эксплуатируемого парка локомотивов.

10. Предложен метод формирования рациональной системы цикличности и периодичности ТО и ТР локомотивов с определением перечня работ на ТО и ТР, который при максимальной надежности обеспечивает минимум затрат на восстановление узлов и деталей, на энергоносители, смазочные материалы, проведение диагностики, простои локомотивов на ТО и ТР. Решения получены в численном и аналитическом виде для следующих законов распределения времени безотказной работы узлов и деталей: нормального, гамма-распределения, распределения Вейбулла. Метод реализован в виде программного комплекса. Проведены расчеты по определению оптимальных межремонтных пробегов и периодов для всех серий ТПС, эксплуатирующихся на железных дорогах Украины. Полученные значения отличаются на 17-20% от величин пробегов, заложен-ных в приказе №28Ц-86г. Анализ целевых функций суммарных затрат от пробега показал, что при отклонении межремонтных пробегов на ±10% от оптимума суммарные затраты изменяются не более, чем на 1%. Это позволяет обеспечить кратность нормативных межремонтных пробегов и периодов. Результаты расчетов пложены в основу приказа УЗ №187Ц-95г. На основании полученных перечней работ разработаны комплекты технологической документации при проведении ТО и ТР локомотивов разных серий. Эксплуатация локомотивов в соответствии с сформированной рациональной си-

стемой цикличности и периодичности дает экономию приведенных эксплуатационных затрат более 5,2% в сравнении с ранее действовавшей СТОР (приказ №28Ц-86г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Тартаковский Э.Д., Бутько Т.В., Крашенинин A.C., Устенко A.B. "Управление технической эксплуатацией локомотивов". Часть 1. // Учебное пособие, Бутько Т.В. Разд. 8, ХарГАЖТ: Харьков, 1996 г.

2. Тартаковский Э.Д., Бутько Т.В. Моделирование поточного обслуживания локомотивов с приоритетами. // Вестник ВНИИЖТ. - М.-N5.- 1982 г.-с. 12-16.

3. Бутько Т.В. Методика выбора оптимальных объемов и периодично-стей проведения ТО-3 и ТР-1 с прогнозированием ресурса ответственных сборочных единиц магистральных тепловозов. // Управление технической эксплуатацией локомотивов. Межвуз. сб. научн. трудов. - Харьков: ХИИТ. - вып. 20. - 1992. - с. 13 - 20.

4. Бутько Т.В., Тартаковский Э.Д. Оценка погрешностей в расчетах пропускной способности участков технического обслуживания локомотивов. // Вестник ВНИИЖТ. - М.- № 2. -1986 г. - с. 25 - 27.

5. Бутько Т.В. Исследование и оценка показателей эксплуатационной и ремонтной технологичности конструкции тепловозов. // Совершенствование конструкции, эксплуатации и ремонта локомотивов. Межвуз.сб.научн. трудов. - Харьков: ХИИТ. -вып. 22. -1993. -с.22-26.

6. Бутько Т.В. Квалимегрическая оценка устойчивости функционирования ремонтных цехов локомотивного депо. //Улучшение конструкции и обслуживания подвижного состава железных дорог. Межвуз. сб. научн. тр. - Днепропетровск: ДГТУЖТ. -1996. -с.91 -94.

7. Тартаковский Э.Д., Бутько Т.В. Моделирование пропускной способности участков технического обслуживания локомотивов. // Вестник ВНИИЖТ. - М.- №5. - 1984. - с. 3 -12.

8. Бутько Т.В., Ефименко В.И., Пузырь В.Г., Карток В.А. Разработка моделей функционирования ремонтных участков тепловозов в депо с диагностикой. // Совершенствование конструкции, технологии эксплуатации и ремонта подвижного состава. Межвуз. сб. научн. трудов. - Харьков: ХИИТ. - вып. 2. - 1987. - с. 17 - 22.

9. Тартаковский Э.Д., Бутько Т.В., Ефименко В.И., Наши Н.М. Методика корректировки объемов и технологии обслуживания тепловозов для повышения надежности. // Повышение надежности тепловозов и диагностика. Сб. научн. трудов ВНИТИ. - Коломна. - вып. 66. - 1987.-е. 19-28.

10. Бутько Т.В., Ефименко В.И., Пузырь В.Г. Имитационное моделирование процессов технического обслуживания локомотивов в депо. // Моделирование процессов обслуживания, диагностирования и ремонта подвижного состава. Межвуз. сб. научн. трудов. - Харьков: ХИИТ. - вып. 8. - 1989. - с. 32 - 36.

11. Бутько Т.В., Кузнецов В .Я., Чигладзе Д.В. Методика определения страховых запасов узлов и агрегатов локомотивов. // Совершенствование конструкции, эксплуатации и ремонта локомотивов. Межвуз.сб.паучи.трудов.- Харьков:ХИИТ.-вып.22. - 1993. - с. 57 - 61.

12. Тартаковский Э.Д., Бутько Т.В. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Основы автоматизации технического обслуживания, диагностирования и ремонта". Расчет пропускной способности участков депо.Часть 1,- Харьков: ХИИТ, 1988.-13с.

13. Жалкин С.Г., Бутько Т.В., Фонф В.П. Оптимизация работ при техническом обслуживании тепловозов в депо. // Моделирование процессов обслуживания, диагностирования и ремонта подвижного со-

става. Межвуз, сб. научн. трудов. - Харьков: ХИИТ. - вып. 8. - 1989. -с. 8- 12.

14. Кузнецов В.Я., Бутько Т.В., Козлов Ю.А. Исследование потока поступлений тепловозов в капитальный ремонт. // Межвуз. сб. на-учн.трудов. - Ростов на Дону: РИИЖТ. -вып. 169. -1983 г. -с.22 - 25.

15. Тартаковский Э.Д., Бутько Т.В. Методика определения эксплуатационных допусков.//Межвуз.сб.научн.трудов. - Гомель: БелИИЖТ. -вып. 155. - 1977.-е. 21 -25.

16. Кузнецов В.Я., Бутько Т.В., Кухарева Г.А. Методика определения технологического запаса агрегатов в депо. // Управление технической эксплуатацией локомотивов. Межвуз. сб. научн. трудов. -Харьков: ХИИТ. - вып. 20. -1992. - с. 54 - 58.

17. Ефименко В.И., Ставров Т.В., Бутько Т.В., Найш Н.М. Методика формирования вариантов технологических процессов ТО-3 тепловозов. // Надежность тепловозов и путевых машин. Сб. научн. трудов ВНИТИ. - Коломна, - вып. 70. - 1989. - с. 26 -31.

18. Тартаковский Э.Д., Бутько Т.В. Применение алгоритмов распознавания для оценки значений параметрических отказов. // Межвуз. сб.паучп.трудов. -Ростпв-на-Дону: РИИЖТ. -вып. 159. -1981. -с.28-31.

19. Тартаковский Э.Д., Бутько Т В., Матяш В.Н., Остапчук В.Н. Моделирование и оптимизация системы ТО и ТР локомотивов по суммарным удельным затратам. // Улучшение конструкции и обслуживания подвижного состава железных дорог. Межвуз. сб. научн. тр. -Днепропетровск: ДГТУЖТ. -1996. -с.87-91.

20. Бутько Т.В., Дробаха В.И., Каргаок В.А., Коваленко Т.П. Корректировка норм расхода дизельного топлива в зависимости от технического состояния эксплуатируемого парка. - Харьк. институт ж.-д. транспорта. - Харьков, 1990. - 5 с. Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС №5353.

21. Бутько Т.В., Ефимеико С.Е. Исследование резервов пропускной способности участков неплановых ремонтов локомотивов. - Харьк. институт янж. ж. - д. транспорта. - Харьков, 1986. - 6 с. Дсп. в ЦНИИ ТЭИ МПС №3281.

22. Тартаковекий Э.Д., Бутько Т.В., Галахов H.A. Исследование возможности образования очередей при постановке тепловозов на обслуживание. - Харьк. институт инж. ж. - д. транспорта. - Харьков, 1982. - 6 с. Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, №1786

23. Тартаковекий Э.Д., Бутько Т.В. Модель поточной линии обслуживания локомотивов с приоритетами. - Харьк. институт инж. ж. -д. транспорта. - Харьков, 1984. - 5 с. Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС №2428.

24. Тартаковекий Э.Д., Бутько Т.В., Ефименко В.И., Кухарева Г.А. Метод расчета объемов технологических операций ТО-3 и ТР-1 тепловозов с применением ЭВМ. - Харьк. институт инж. ж. - д. транспорта. - Харьков, 1986.- 4 с. Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, №3566.

25. Тартаковекий Э.Д., Бутько Т.В, Ставров Т.В., Ефименко В.И. Оптимизация затрат на обслуживание и ремонт тепловозов 2ТЭ116 по данным эксплуатации. - Харьк. институт ж.-д. транспорта. - Харьков, 1986. - 5 с. Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, №3567.

Личный вклад по публикациям, В работах, которые опубликованы в соавторстве диссертанту принадлежит: в работах [2, 7, 9, 12, 15, 16, 17, 18, 22, 23] - разработка моделей, проведение расчетов; в работах [4, 8, 10, 11, 13, 14, 19, 20, 21, 24, 25] - постановка задачи, вывод основных соотношений, проведение моделирования, обоснование результатов.

АННОТАЦИЯ

Бутько Т.В. Совершенствование методов расчета параметров системы технического содержания локомотивов.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.22.07 - подвижной состав железных дорог и тяга поездов. Харьковская государственная академия железнодорожного транспорта, Харьков, 1996.

Диссертация содержит теоретические основы, которые позволяют комплексно с единых методологических позиций решать проблему совершенствования системы технического содержания локомотивов. Разработанные методы адаптированы к современным экономическим условиям в стране и учитывают стохастические закономерности, присущие транспортным процессам. С этих позиций решены вопросы формирования рациональной системы технических обслуживании и ремонтов локомотивов, а также вопросы развития, использования и управления ремонтной базой с минимальными затратами.

ANNOTATION

Butko T.V. Improvement of the parameter design methods of technical maintenance system of locomotives.

Dissertation for a doktor's degree of technical sciences on 05.22.07 speciality - railway rolling stock and traction of trains. Kharkov State Academy of Railway Transport, Kharkov, 1996.

The dissertation includes theoretical basis giving the possibility to. solve the problem of improving technical maintenance system of locomotives in an all-round manner and from a single methodological positions. The developed methods are adapted to modern economical conditions in the country and take into account the stochastic regularities

which are typical for transport processes. The questions of forming rational systems of locomotive maintenance and reparing as well as questions concerning the development, utilisation and repair depot management are decided with minimum expenses.

Ютгочов! слова: система техшчного утримання локомотшив, по-тужшсть peMOHTHoi бази, техшчпе обслуговування та поточний ремонт, страховий та технолоп'чний запас.