автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование организации и повышение эффективности технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования

На правах рукописи

Кущева Елена Николаевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО СЕРВИСА ЗЕРНОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания

в сельском хозяйстве

о

ч

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3ерноград-2013

005544728

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (ФГБОУ ВПО АЧГАА).

Научный руководитель: Доктор технических наук,

старший научный сотрудник Курочкин Валентин Николаевич

Официальные оппоненты: Алексенко Николай Петрович,

доктор технических наук, профессор (ФГБОУ ВПО АЧГАА, профессор кафедры)

Димитров Валерий Петрович,

доктор технических наук, профессор (ФГБОУ ВПО ДГТУ, зав. кафедрой)

Ведущая организация: Федеральное государственное учреждение

Северо-Кавказская государственная Зональная машиноиспытательная станция (Сев.-Кав. МИС, г. Зерноград)

Защита состоится «_»_2013 г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д.220.001.01 в Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина 21, в зале заседания диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО АЧГАА.

Автореферат разослан «_»_2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ,

доктор технических наук, профессору^^^^г^^А^.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Анализ современных тенденций развития технического сервиса, характеризующий повышение показателей надежности зер-ноперерабатывающего оборудования в связи с усложнением его конструкции, а также результаты анализа зарубежных исследований в указанной отрасли позволили сделать вывод о необходимости дальнейшего совершенствования организации системы технического сервиса. Существующие способы обеспечения надежности функционирования зерноперерабатывающих предприятий несовершенны и основаны на применении мобильных средств технического обслуживания, причем целостная система технического сервиса отсутствует. Реализация указанной системы предполагает наличие и эксплуатацию целого комплекса мобильного и стационарного технологического оборудования, что требует значительных капитальных вложений, существенных затрат энергетических и трудовых ресурсов. Поэтому тема диссертационной работы, посвященная совершенствованию организации и повышению эффективности системы технического сервиса зерноперерабатываю-щего оборудования, является актуальной.

Цель исследования - совершенствование организации и повышение эффективности технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования путем обоснования рациональных параметров и режимов его функционирования, обеспечивающих снижение затрат на зернопереработку и повышение конкурентоспособности зерноперерабатывающих предприятий.

Объект исследования - организация, режимы и параметры функционирования подсистемы технического сервиса технологического оборудования зерноперерабатывающих предприятий, показатели его надежности.

Предмет исследования - закономерности влияния организации и режимов работы технического сервиса технологического оборудования зерноперерабатывающих предприятий на показатели надежности и эффективности его функционирования.

Научную новизну работы составляют:

• установленные в результате экспериментальных исследований закономерности потоков требований на ремонтно-обслуживающие операции, интенсивности отказов и восстановлений, эксплуатационные показатели надежности зерноперерабатывающего оборудования (безотказность, средняя трудоемкость восстановлений, коэффициент технического использования);

• выявленные аналитические зависимости между точечными характеристиками распределений продолжительности ожидания заявок на обслуживание и в очереди, количества занятых обслуживанием и простаивающих постов от интенсивности потоков отказов и восстановлений зерноперерабатывающего оборудования, его безотказности и вероятностей состояний централизованной, комбинированной и автономной систем организации технического сервиса;

• разработанные экономико-математические модели, раскрывающие

взаимосвязь между количеством постов технического сервиса, организацией и эффективностью обслуживания, позволяющие выполнять оптимизацию данных систем сервиса, минимизируя сумму элементов затрат на обслуживание зерноперерабатывающего оборудования и простоев постов по разработанным алгоритмам имитационного моделирования;

• установлено влияние системы управления надежностью на экономическую эффективность технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования и коэффициент его технического использования.

Новизна организационного решения подтверждена свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013612142.

Практическая ценность заключается:

• В способе организации технического сервиса путем создания системы управления надежностью.

• В повышении эффективности технического сервиса зерноперерабатывающего предприятия. Обоснована рациональная организация, параметры и режимы работы постов обслуживания.

• В разработке методики управления эффективностью и надежностью зерноперерабатывающего оборудования.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Экспериментально установленные зависимости и точечные характеристики, описывающие интенсивности потоков требований на ремонтно-обслуживающие операции, показатели эксплуатационной надежности и потоков восстановлений зерноперерабатывающего оборудования.

2. Структуры централизованной, комбинированной и автономной систем организации обслуживания, компоненты системы управления надежностью, включая математические модели, позволяющие выполнить оптимизации систем технического сервиса по стоимостному критерию.

3. Рациональные параметры и режимы технического обслуживания зерноперерабатывающего оборудования, полученные на основе математической модели.

4. Рекомендации по системе управления надежностью.

Методика исследования: основана на положениях теорий надежности, вероятностей, марковских процессов и их приложений к системам массового обслуживания, теории планирования экспериментальных исследований, а также использована теория и практика ремонта и технического облуживания технологического оборудования. Результаты исследований обрабатывались с применением прикладного пакета статистических программ Statistic, Excel и MathCAD.

Достоверность результатов работы. Выводы и рекомендации, сформулированные в диссертационном исследовании, базируются на теоретических положениях и научных принципах, разработанных ведущими учеными по фундаментальным и прикладным аспектам научной специальности «Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве». Основные выводы диссертационного исследования обоснованы теоретическими положениями и экспериментальными данными. Достоверность исследований и адекватность

полученных результатов подтверждается оценочными коэффициентами многофакторного эксперимента.

Научная апробация работы и публикации. Основные результаты исследований доложены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА с 2008 по 2012 годы, Международной академии финансовых технологий в г. Пятигорске; по результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 6 в изданиях рекомендованных ВАК РФ, 1 свидетельство на регистрацию программы для управления надежностью зерноперера-батывающего оборудования для ЭВМ № 2013612142.

Реализация результатов исследования. Основные результаты исследования приняты для практического применения в ОАО «Ростовремагро-пром» и РГУП «Экспериментальное» (Зерноградский район Ростовской области.) и Министерстве сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введение, пяти глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 151 наименование, в том числе 2 на иностранном языке. Содержание работы изложено на 169 страницах машинописного, включая 37 рисунков, 20 таблиц и приложения. В приложение входят свидетельство о регистрации программы РФ для ЭВМ № 2013612142; акт о внедрении на ОАО «Ростовремагропром»; акт РГУП «Экспериментальное», акт Министерства сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области, алгоритмы моделирования систем организации технического сервиса, структура системы управления надежностью.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, изложено краткое содержание работы, представлены основные положения, выносимые на защиту, и изложена краткая характеристика диссертации.

В первой главе «Анализ состояния вопроса обеспечения эксплуатационной надежности зерноперерабатывающего оборудования» дан аналитический обзор исследований, посвященных технологическому процессу и теоретическим вопросам организации технического обслуживания и ремонта в сельском хозяйстве, перерабатывающей промышленности России и зарубежья.

Вопросам обеспечения надежности посвящены выполненные исследования в сфере эксплуатации МТП, в частности, работы академиков В.М. Кряж-кова, A.B. Веденяпина, М.С. Рунчева, А.Э. Северного и др. В методическом плане представляют научный интерес работы по моделированию систем Э.И. Липковича, А.И. Бурьянова, Ю.Н. Блынского, В.П. Димитрова и других.

Теорию надежности использовали для исследований и обоснования базы ремонта и технического обслуживания МТП ведущие ученые В.М. Кряж-

ков, С.С. Черноиванов, И.Е. Ульман, A.B. Ленский, Н.С. Пасечников, В.В. Михлин, Н.И. Агафонов, Н.П. Алексенко, Н.В. Валуев, В.Н. Курочкин и другие.

Установлено, что объект исследования является стохастической открытой системой, характеризующейся параметрами надежности и эффективности функционирования.

Эти параметры исследованы с использованием теории надежности, теории вероятностей и математической статистики, теории марковских процессов и теории массового обслуживания.

Установлено, что в производящих субъектах РФ в последние десятилетия интенсивно развивается переработка зерновых культур на базе интеграции сельхозтоваропроизводителей в агрохолдинги. Построено и введено в эксплуатацию современное зерноперерабатывающее оборудование отечественного и зарубежного производства. Однако база технического сервиса носит фрагментарный характер, создается стохастично и по-разному, без должного научного обоснования. Это приводит к снижению безотказности и коэффициента технического использования до значений 0,70-0,77, росту потерь от простоев технологического оборудования и снижению производительности по этой причине на 10—15%.

Совершенствование организации технического сервиса может быть выполнено с использованием методов компьютерного моделирования.

На основании анализа состояния вопроса сформулирована научная гипотеза: повышение эффективности технического сервиса зерноперераба-тывающего оборудования посредством усовершенствования его организации.

Рабочая гипотеза: совершенствовать организацию и повысить эффективность технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования возможно путем обоснования системы управления надежностью методом имитационного компьютерного моделирования.

Для проверки научной гипотезы определены задачи исследования:

• Обосновать критерии надежности и эффективности функционирования зерноперерабатывающего предприятия на основе теории массового обслуживания, теории марковских процессов и математического моделирования.

• Разработать методику экспериментальных исследований и формирования информационного обеспечения экономико-математических моделей (целевых функций).

• Исследовать закономерности потоков отказов и восстановлений, выявить влияние режимов и параметров системы технического обслуживания и ремонта технологического оборудования зерноперерабатывающего предприятия на показатели эффективности и надежности ее функционирования.

• Выявить взаимосвязь экономической эффективности зерноперера-ботки и параметров и режимов работы системы технического сервиса, выявить факторы, влияющие на снижение затрат и повышение конкурентоспо-

собности зерноперерабатывающего оборудования.

• Разработать рекомендации по совершенствованию организации и повышению эффективности технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования.

Во второй главе «Теоретические исследования по совершенствованию организации и эффективности технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования» рассмотрена общая методика теоретических исследований, основанная на системном подходе, теории вероятностей, теории надежности и теории массового обслуживания.

С точки зрения теории систем зерноперерабатывающее предприятие можно разделить на зерноперерабатывающую систему и подсистему технического сервиса и математически их описать как системы массового обслуживания.

Установлено, что возникновение отказов подчиняется закону Пуассона, причем заявка на обслуживание возникает одновременно с отказом. Пуассо-новский входящий поток позволяет использовать аналитические методы теории массового обслуживания.

Решение данной задачи для математических ожиданий и вероятностей состояний системы известно из теории марковских процессов. Нами использованы известные решения дифференциальных уравнений, описывающих данные системы массового обслуживания, для оптимизации параметров и режимов обслуживания зерноперерабатывающего оборудования.

В соответствии со стандартом ГОСТ Р 27.001-2009 механизм функционирования зерноперерабатывающего оборудования должен быть направлен на распределение ресурсов обеспечения надежности обслуживаемой и обслуживающей подсистем по целевой функции, учитывающей интенсивности потоков отказов и восстановлений.

Аналитические зависимости теории массового обслуживания использованы для анализа работы централизованной, автономной и комбинированной систем организации технического сервиса зерноперерабатывающих предприятий при определении их эффективности. Для этого разработаны математические модели для выбора наиболее эффективных схем технического сервиса, включающие известные решения дифференциальных уравнений (1-

Целевая функция для централизованной системы организации технического сервиса имеет вид:

3).

-1

+

к\ (п-Щп-а)

О)

-1

-> 1ШП,

где Л - параметр потока заявок на обслуживание; дож - ущерб от простоя заявок в очереди, тыс. руб.; дпр - ущерб от простоя поста обслуживания централизованной системы технического сервиса, тыс. руб.; п - максимальное количество постов; к — текущее количество постов; - средняя продолжительность обслуживания, часов; а - параметр системы.

Ввиду существования различных групп отказов наибольшее распространение получила комбинированная система технического сервиса, для которой целевая функция имеет вид:

" п-а, + а,£и(а, + аг2А п )

1

/.'(«-а,)

л-а, + а2Еп(а1 + а2) V и пЕп{а, + а2)

п-а1 + а2Еп(а1 + а2) ^ п

п — а, + агЕп(ах +сс2)

тт.

(2)

где Я/ — параметр потока заявок первого типа; Х2 — параметр потока заявок второго типа; ал - параметр системы первого типа; аг — параметр системы второго типа.

Частным случаем является автономная система технического сервиса, когда все отказы, независимо от группы сложности, устраняются на зернопе-рерабатывающем предприятии. Целевая функция для данной схемы организации имеет вид:

„ Г Л {к-пХп\ак Л акт\ 1 \^{п-к)т\ак ] .

астс = 1 2, V. ,/-п■ Ро + А77?-^ •р" +12-, ы( «Л ' Л \ЧпР(3)

где ро — вероятность простоя постов; т - количество обслуженных заявок.

Анализ математических моделей и полученных аналитических значений каждой из систем технического сервиса позволил предположить наличие оптимального значения между затратами на технический сервис и на поддержание надежности зерноперерабатывающей системы.

Чем больше затраты на поддержание надежности, тем выше ее показатели, и тем меньше простоев и связанных с ними производственных затрат -убытков. Однако чрезмерные затраты на систему управления надежностью 5; и технический сервис ¿2 увеличивают и общие затраты на себестоимость восстановления отказав (рисунок 1 а, б).

Для достижения большого уровня надежности требуются непропорционально большие затраты, при этом себестоимость в зерноперерабатывающей системе снижается, а в подсистеме технического сервиса 5? - возрастает (рисунок 1 а), совокупные затраты Р также возрастут, начиная с некоторой точки оптимума (рисунок 1 б). Соответственно предложенная целевая функция

имеет оптимум и критерий минимизации затрат на технический сервис.

Затраты на обслуживание складываются из затраченного времени (в нормо-часах) и удельной стоимости обслуживания. Стоимости запасных частей, расходных материалов не зависят от продолжительности обслуживания, они как неизменяемые элементы затрат из дальнейшего анализа исключены. Ущерб от простоя зерноперерабатывающего оборудования зависит от продолжительности простоя и удельной стоимости простоя оборудования от сокращения выпуска продукции.

При выполнении технического обслуживания на месте установки необходимо время для организации соответствующего рабочего места. Оно складывается из времени вызова и ожидания ремонтной бригады, разворачивания оборудования. Затем выполняются операции технического обслуживания или диагностируется причина, устраняется отказ, после чего рабочее место свертывается и бригада уезжает.

Для расчета целевой функции и ее составляющих разработан алгоритм моделирования и соответствующая компьютерная программа (свидетельство № 2013612142). Имитационной моделью для проведения эксперимента на примере использования системы управления надежностью в автономной системе организации технического сервиса является целевая функция (3) и алгоритм ее реализации (рисунок 2).

В третьей главе «Методика исследований надежности и эффективности функционирования зерноперерабатывающего оборудования» разработана программа исследований, приведены методика исследований и алгоритм для моделирования показателей системы управления надежностью мельницы А1-АВМ1 при автономной организации технического сервиса на зерноперерабатывающем предприятии.

Планирование пассивного эксперимента состояло в определении необходимого количества повторностей при проведении массовых наблюдений за зерноперерабатывающими предприятиями Зерноградского района.

Особое внимание уделялось изучению потоков требований от зерноперерабатывающего оборудования на устранение внезапных отказов (неплано-

Простои

opt уровень надёжности

Рисунок 1 - Графики соотношений целевых функций

вых текущих ремонтов). Для определения их количества и трудоемкости учитывались случайный характер потоков требований, трудоемкость и продолжительность их обслуживания.

Методика обработки экспериментальных исследований включала необходимость проведения статистической обработки выборок, проверку гипотезы о виде законов распределения и получения критериев достоверности и адекватности полученных результатов.

Рисунок 2 - Алгоритм моделирования показателей системы управления надежностью зерноперерабатывающего оборудования

Методика основывалась на соответствии между программой анализа и отбором совокупности однородных объектов из генеральной совокупности.

В качестве объектов для проведения экспериментальных исследований выбирали зерноперерабатывающие предприятия административного района,

имеющие наиболее типичные показатели их производственной деятельности.

Для осуществления многофакторного эксперимента принят трехуровневый план Бокса-Бенкина первого порядка для трех факторов. В качестве параметра оптимизации (функция отклика) выбрана целевая функция, отражающая минимизацию затрат на технический сервис зерноперерабатываю-щего оборудования (Р).

Приняты следующие факторы: а =л/// - средняя плотность потока заявок; N - количество обслуживающих постов; у — соотношение ущерба от простоя зерноперерабатывающего оборудования к стоимости сервиса.

После проведения предварительных поисковых экспериментов получены уровни варьирования факторов с учетом реальных режимов работы при нормальной эксплуатации зерноперерабатывающего оборудования. Они являлись основой для составления матрицы активного планирования многофакторного эксперимента.

Таблица 1 - Факторы и интервалы варьирования

Факторы Уровни Интервал варьирования

-1 0 +1

а 0,1 4 8 4

N 1 4 8 3

j 2 5 8 3

Эксперимент выполнен на имитационной модели (3).

Значимость коэффициентов регрессии определяли по критерию Стью-дента, адекватность модели - по критерию Фишера.

Приняты следующие границы достоверности и точности: уровень значимости - 0,05; доверительная вероятность - 0,90; погрешность - 10%.

В четвертой главе «Результаты исследований по повышению показателей надежности и эффективности подсистемы технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования» представлены результаты проведенных экспериментальных исследований и дан их анализ.

За типичный район принят Зерноградский, имеющий наименьшую сумму отклонений при априорном ранжировании, на территории которого расположено одиннадцать зерноперерабатывающих предприятий.

Подтверждено статистической обработкой опытного массива данных об отказах и восстановлениях по программе Statistic, что входящий поток отказов имеет пуассоновское распределение, а выходящий поток распределяется по экспоненциальному закону.

В результате наблюдения за зерноперерабатывающим оборудованием в течение двух лет установлено, что отказов первой группы сложности произошло 146, что составляет 11% от общего количества отказов; второй и третьей - примерно равны (44% и 45%). Общее количество - 1405 отказов. При этом трудоемкость и время устранения отказов третьей группы сложности значительно преобладают.

Классифицированы входящие потоки заязок по группам сложности и установлено, что большинство отказов носит эксплуатационный характер. Отказы: износ сит и подшипников, нарушение герметичности и другие возникают в процессе нарушения правил эксплуатации мельницы. На основании наблюдений за мельницей в течение месяца и изучения отчетов предприятия было выявлено распределение отказов мельницы в процессе ее работы (риК отказам второй группы сложности относятся такие отказы как износ дисков, износ резьбы гаек, шпонок, прокладок и т.п. Данные отказы возникали наиболее часто в процессе работы мельницы, в результате чего оборудование простаивало и пред-Рисунок 3 - Количество отказов мельницы приятие несло ущербы. Приме-

по группам сложности нительно к мельнице A1-ABMI

исследовалась возможность управления надежностью оборудования путем воздействия на вероятности работоспособного и неработоспособного состояний. До 20% отказов возникает по причине несвоевременного технического сервиса.

В результате моделирований получены закономерности изменения вероятностей занятости постов обслуживания, вероятности возникновения отказов и вероятности их обслуживания, зависимости оценок математических ожиданий числа заявок в очереди на обслуживание от количества постов; коэффициенты загрузки и простоя постов. Закономерности аппроксимированы полиномом Чебышева с вероятностью адекватности не ниже 0,90 (рисунок 4, 5, 6, 7, 8,9).

в I (10) в II (35) в III (24)

Рисунок 4 - Зависимости вероятностей Рисунок 5 - Зависимости вероятностей

занятости постов Р0, Р„ от количества занятости постов Р0, Р„ от количества

заявок в единицу времени X (по заявок в единицу времени Я (по

результатам моделирования при двух результатам моделирования при пяти обслуживающих постах) обслуживающих постах)

у = 0,414x2 - 1.209Х +0,798

Многофакторный эксперимент по определению области оптимума выполнен на варианте, когда устранение отказов мельницы А1-АВМ1 происходит собственной службой зерноперерабатывающего предприятия.

3,50 3,75 4

і, заявок в смену

0,002хг-0,055.4+0,322

Рисунок 6 - Зависимость вероятностей возникновения отказа в обслуживании Ротка3а в зависимости от количества заявок в единицу времени Л

Рисунок 7 — Зависимость вероятностей занятости постов Рк от текущего количества постов обслуживания п

Рисунок 8 - Зависимость математического ожидания количества простаивающих в очереди и на обслуживании заявок Мож от количества постов п

3 4 5

X, заявок « смену

Рисунок 9 - Зависимость математического ожидания количества заявок в очереди и на обслуживании М0ЖЗ от количества заявок в единицу времени Я

Рассмотренные зависимости для различных схем организации систем технического сервиса носят идентичный характер. Разнонаправленность компонентов целевых функций позволила предположить существование экстремума, что было подтверждено экспериментально.

Оптимизация состояла в поиске точки, в которой сумма убытков и затрат на функционирование является минимальной (таблица 2).

Таблица 2 - Результаты многофакториого эксперимента

щі Cntieal values; Variable; IJ (123>sta)

Continue

8 ,OOOOOO

100000

8,000000

1,000000 2,000000

8,000000

Обработка экспериментальных данных многофакторного эксперимента позволила получить функции отклика параметра оптимизации, уравнение регрессии которого в закодированном виде имеет вид:

у - 113,98+74,02х,+10,19x2+66,ЪХ3+69,6ЪХ1Х2+А1АХ1ХЗ+

+42,00^+6,16^+9,81 х%+0,19x1 (4)

Оптимальные значения функции отклика - минимальные затраты на организацию технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования ф) получаются при следующих значениях факторов {0,92; 1,83; 3,89}. Минимальному значению функции отклика соответствует значение плотности входящего потока а — 0,92; количество постов обслуживания и соотношение стоимостей простоя зерноперерабатывающего оборудования к стоимости нормо-часа обслуживания /=3,89.

Рисунок 10 - Значения функции отклика

оо'''

Рисунок 11 - Поверхность функции отклика

К,

Оптимальные значения функции отклика позволяют использовать полученную модель для управления надежностью зерноперерабатывающего оборудования.

Разработанные предложения по системе управления надежностью (она может уменьшить внезапные отказы до 20%) и рекомендации по организации технического сервиса позволяют повысить его эффективность и снизить затраты на технический сервис, получив регламентируемые техническими документами показатели надежности (для комбинированной -= 0,94; централизованной - 0,87; автономной - 0,80). Управление надежностью предусматривает выполнение совокупности координируемых действий, являющихся частью общего управления предприятием. Систему управления надежностью разрабатывают и реализуют на зерноперерабаты-вающем предприятии с целью своевременного и эффективного решения вопросов, связанных с надежностью при эксплуатации зерноперерабатывающего оборудования.

В пятой главе «Технико-экономический анализ исследований» описана методика определения эффективности предложенного технического решения и приведены результаты расчетов.

Установлена экономическая эффективность предложенного варианта организации технического сервиса: рост производительности 8,75% и прибыли на 1,33 млн руб., рост рентабельности производства на 0,42%. Годовая экономия эксплуатационных затрат составит 122 тыс. руб. Разработка окупается менее года и рекомендуется к использованию.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Экспериментально, с вероятностью 0,95 при погрешности менее 5%, подтверждено распределение входящего потока заявок по закону Пуассона и потока восстановления по экспоненциальному закону. По опытным данным установлено математическое ожидание количества заявок и обслуживании за единицу времени (для АСТС --1=2,8; //=6,38; для КСТС - Д/=0,64 и А/=1,02; ц, = 7,07 и ,ыг=1,6; для ЦСТС - А=2,34; ¡и=2,42), чем подтверждено выявленное теоретическим путем свойство эргодичности входящего потока, что позволило с достаточной вероятностью (р = 0,95, «=0,01) адекватно описать систему технического сервиса методами теории марковских процессов, разработать математические модели и алгоритмы всех трех видов организации: централизованной, комбинированной и автономной. На алгоритм и программу получено свидетельство с регистрации.

2. Обоснован типичный район (коэффициент конкордации ю=0,79) и экспериментально на репрезентативной выборке (х2 = 0,95, ... = 5%) установлено существование связей между эффективностью системы зерноперера-ботки и организацией её технического сервиса, закономерности отказов и восстановлений. Выявлены причины отказов, дана их классификация по району и мельнице А1-АВМ: группы сложности 1, 2 и 3 соответственно составили 11 %, 44% и 45%, причем внезапные отказы составили 20%. В результате статистической обработки опытных данных сформировано информационное обеспечение моделей.

3. В результате компьютерного моделирования по разработанным критериям эффективности и моделям установлены закономерности влияния надежности и эффективность функционирования для рассматриваемых организаций, зависимости математических ожиданий режимов (р0, рь Рп, Мож, М0ЖЗ, мси:т, teoccm Кти) от параметров технического сервиса (Я, ц, a, k, j), которые аппроксимированы 31 уравнением второго порядка с достоверностью R >0,92.

4. Основные факторы, влияющие на снижение затрат: соблюдение регламента технического обслуживания, потоки отказов и восстановлений, количество и оснащенность постов сервиса, соотношение стоимостей ущерба от простоев оборудования и нормо-часа сервиса; исследована безотказность, коэффициент технического использования Кти и готовности Кг во взаимосвязи с эффективностью. Эксплуатационная надежность значимо влияет на производительность переработки, при её снижении в 2,94 раза простои зернопе-рерабатывающего оборудования увеличиваются в 12 раз. Кти и простой постов изменяются разнонаправлено по параболе, поэтому целевые функции имеют оптимум. Выявлено, что комбинированная система более эффективна для кластера или региона, чем централизованная или автономная, и имеет более высокое значение Кти = 0,94 (соответственно выше, чем у централизованной на 32%, и на 31% выше, чем у автономной) и меньшую операционную себестоимость, которая снижена с 18,71 до 15,32 руб./кг только за счет изменения организации.

5. Исследование системы управления надежностью выполнено методом многофакторного эксперимента. Установлены области значений функции отклика и наличие оптимума. Минимальному значению функции отклика соответствует значение плотности входящего потока а=0,92, количество постов обслуживания N~2 и соотношение стоимостей простоя зерноперера-батывающего оборудования к стоимости нормо-часа обслуживания у-3,89. То есть при случае возникновения 7 отказов в день рекомендуется использовать для их устранения 2 поста обслуживания, при этом сумма затрат на их технический сервис и обслуживание и ущерб от простоев постов и мельницы будет составлять около 4000 руб./в смену. Следовательно, данная методика управления надежностью может быть практически использована и включена как компонент системы управления надежностью на зерноперерабатываю-щих предприятиях, введенной ГОСТ Р 27.001-2009. Так как простои зерно-

перерабатывающего оборудования в 4 раза ниже, чем простои постов обслуживания, рекомендуется догружать подсистему сервиса коммерческими заявками.

6. Разработаны предложения по системе управления надежностью (она может уменьшить внезапные отказы до 20%) и рекомендации по организации технического сервиса и повышению его эффективности. Установлена экономическая эффективность предложенного варианта организации технического сервиса: рост производительности на 8,75% и прибыли на 1,33 млн руб., при росте рентабельности производства на 0,42%. Разработка окупается за срок менее года и рекомендуется к использованию.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

— в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Кущева, E.H. Зерноперерабатывающий комплекс: необходим технический сервис / E.H. Кущева, В.А. Полуян // Сельский механизатор. -Москва. —2011. — № 9. ~С

2. Кущева, E.H. Теоретические аспекты исследования процесса возникновения отказов зерноперерабатывающего оборудования /' E.H. Кущева, В.Н. Курочкин // Техника и оборудование для села. - Москва. - 2012. — №4

3. Кущева, E.H. Математическая модель централизованной и комбинированной систем организации технического сервиса зерноперерабатыва-ющих предприятий / E.H. Кущева, В.Н. Курочкин, Ж.В. Матвейкина // Техника и оборудование для села. - Москва. — 2012. — № 5.~С -36 .

4. Кущева, E.H. Теоретические аспекты восстановления работоспособности зерноперерабатывающей системы / E.H. Кущева, В.Н. Курочкин // Международный технико-экономический журнал - Москва. — 2012. —

5. Кущева, E.H. Применение методов теории массового обслуживания для обоснования параметров и режимов технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования / E.H. Кущева // Международный научный журнал. - Москва. -2012. -№ 3 ~С-57~60.

6. Кущева, E.H. Математическая модель надежности подсистемы технического сервиса зерноперерабатывающего предприятия / E.H. Кущева, В.Н. Курочкин // Тракторы и сельхозмашины. — Москва. - 2012. — № 12.

— в сборниках научных трудов:

7. Кущева, E.H. Состояние и пути развития технического обслуживания и ремонта зерноперерабатывающих машин и оборудования / E.H. Кущева, В.А. Полуян // Технологии и средства повышения надежности машин в АПК: сборник научных трудов. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2009.- б. 93-НО.

8. Кущева, E.H. Анализ отказов зерноперерабатывающих машин и оборудования / E.H. Кущева, В.А. Полуян // Технологии и средства повышения надежности машин в АПК: сборник научных трудов. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2010. ~ ^ol-/0^/.

9. Кущева, E.H. Факторы эффективности функционирования зернопере-рабатывающего оборудования / E.H. Кущева, В.Н. Курочкин // Актуальные проблемы экономики, социологии и права в современных условиях: статьи и тезисы докладов 11-й Международной научно-практической конференции. - Международная академия финансовых технологий. - Пятигорск, 2011.— <?. {Q9.

10. Кущева, E.H. Управление надежностью в разомкнутой системе восстановления отказов / E.H. Кущева, В.Н. Курочкин // Инженерные, экологические, экономико-правовые и управленческие аспекты развития национальной экономики: проблемы, поиски, решения: сборник материалов Международной научно-практической конференции. - Краснодарский центр научно-технической информации — филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России. - Краснодар-Ганновер (Германия), 2012.-е

11. Кущева, E.H. Теорема Мура и Шеннона и управление надежностью зерноперерабатывающих предприятий / E.H. Кущева, В.Н. Курочкин, // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. - Курск. -2012.-№9. -С-83-90.

12. Кущева, E.H. Особенности организации функционирования предприятий по техническому сервису зерноперерабатывающей техники / E.H. Кущева // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. - Москва. - 2012. - № 12. - 59-УЗ-

13. Кущева, E.H. Система управления надежностью зерноперерабатываю-щего оборудования: рекомендации / E.H. Кущева, В.Н. Курочкин. -Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2013. - 34 с.

14. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013612142 Российская Федерация. Программа для управления надежностью зерноперерабатывающего оборудования / Кущева E.H. -Заявл. 18.12.12; опубл. 14.02.13. - 1 с.

Подписано в печать 21.11.2013. Формат 60x84/16. Усл. п. л. 1,0. Тираж 10.0 экз. Заказ № 515.

О РО и ОП ФГБОУ ВПО АЧГАА 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Советская, 15.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ»

042014546 88 На правах рукописи

дщри/^

Кущева Елена Николаевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО СЕРВИСА ЗЕРНОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.20.03 - Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный сотрудник КУРОЧКИН В.Н.

Зерноград - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.................................................................................. 8

1 Анализ состояния вопроса обеспечения эксплуатационной надежности зерноперерабатывающего оборудования..................... 14

1.1 Современные тенденции развития технической эксплуатации зерноперерабатывающего оборудования................................. 14

1.2 Требования к подсистеме обеспечения надежности

в связи с усложнением конструкции зерноперерабатывающего оборудования................................................................... 20

1.3 Теория и методы управления надежностью и эффективностью функционирования зерноперерабатывающего оборудования........ 22

1.4 Управление надежностью и эффективностью зерноперерабатывающего оборудования за рубежом.................. 27

Цели и задачи исследования......................................................... 32

2 Теоретические исследования по совершенствованию организации и эффективности технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования...................................... 34

2.1 Теоретические аспекты восстановления работоспособности зерноперерабатывающего оборудования................................. 34

2.2 Применение методов теории массового обслуживания

для математического моделирования подсистемы технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования....................... 44

2.3 Алгоритм управления надежностью

и эффективностью функционирования

зерноперерабатывающего оборудования....................................................58

Обобщения по главе.................................................................. 61

3 Программа и методика исследований надежности

и эффективности функционирования зерноперерабатывающего оборудования.......................................................................... 64

3.1 Программа экспериментальных исследований......................... 64

3.2 Методика проведения «пассивного» эксперимента

и обоснование репрезентативной выборки............................... 66

3.3 Методика обоснования и выбора типичного района.................. 69

3.4 Планирование и методика проведения многофакторного эксперимента.................................................................... 70

4 Результаты исследования по повышению показателей надежности и эффективности технического сервиса

зернонерерабатывающего оборудования...................................... 74

4.1 Результаты анализа типичности объекта исследований

и априорного ранжирования................................................ 74

4.2 Исследование характеристик потока отказов зерноперерабатывающих предприятий.................................... 76

4.2.1 Отказы зерноперерабатывающего оборудования

типичного района..................................................... 76

4.2.2 Характеристика предприятия «Ростовремагромаш»

и анализ отказов мельницы А1-АВМ1............................. 88

4.3 Результаты исследований различных вариантов выполнения ремонтно-обслуживающих работ.......................................... 94

4.3.1 Результаты моделирования подсистемы технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования района...... 94

4.3.2 Результаты моделирования подсистемы технического

сервиса с ожиданием и потерями заявок.......................... 100

4.3.3 Исследование процесса закономерностей функционирования замкнутой подсистемы технического сервиса па примере мельничного оборудования................... 103

4.4 Исследование эффективности технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования методом

многофакторного эксперимента............................................ 106

4.5 Исследование единичных и комплексных показателей

надежности............................................................................................................................................112

Выводы по главе..............................................................................................................................................121

5 Технико-экономический анализ результатов исследований..................125

5.1 Расчет отдельных производственных показателей

технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования..........125

5.2 Экономико-математическая модель технического сервиса мельницы А1-АВМ1......................................................................................................................131

5.3 Анализ показателей эффективности технического сервиса мельницы А1-АВМ1 с учетом временного фактора..........................................133

Общие выводы и предложения......................................................................................................135

Литература............................................................................................................................................................138

Приложения........................................................................................................................................................155

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ГНУ ГОСПИТИ - Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» Российской академии сельскохозяйственных наук;

ГНУ СКНИИМЭСХ - Государственное научное учреждение «СевероКавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук;

ЗПО - зерноперерабатывающее оборудование;

ЗПП - зерноперерабатывающее предприятие;

ЗПС - зерноперерабатывающая система;

КСТС - комбинированная система технического сервиса;

МТП - машинно-тракторный парк;

РОБ - ремонтно-обслуживающая база;

РОП - ремонтно-обслуживающее предприятие;

POP - ремонтно-обслуживающие работы;

РТП - ремонтно-техническое предприятие;

СМО - система массового обслуживания;

СУН - система управления надежностью;

ТМО - теория массового обслуживания;

ТО - техническое обслуживание;

ТС - технический сервис;

ТЭ - техническая эксплуатация;

F] - стоимость простоя одного часа работы зерноперерабатывающей системы; !

F2 - стоимость простоя одного часа подсистемы технического сервиса;

Fkctc ~ сумма затрат на сервис зерноперерабатывающего оборудования и ущерба от простоев в комбинированной системе технического сервиса; j

F - параметр оптимизации (сумма затрат на сервис и ущерба от простоев);

Гпер - переменные затраты на обеспечение функционирования постов; Рпост - постоянные затраты на содержание постов; Гпр - ущерб от простоев зерноперерабатывающего оборудования; Рсер - затраты на сервис;

Рцсгс ~ сумма затрат на сервис зерноперерабатывающего оборудования и ущерба от простоев в централизованной системе технического сервиса; К — коэффициент загрузки постов обслуживания; Кпз- коэффициент простоя заявок в очереди; Кпр - коэффициент простоя постов;

Куд - коэффициент удорожания выполнения заявки у конкурента; Мож - среднее число заявок в очереди па обелуживание; Мпр - математическое ожидание количества простаивающих постов обслуживания;

среднее число занятых обслуживанием постов; Ыпр - среднее число простаивающих постов; Т0бс - продолжительность обслуживания; Тож - средняя продолжительность ожидания обслуживания; Тр - сумма продолжительностей элементов технического обслуживания;

]- параметр оптимизации (соотношение ущерба от простоя зерноперерабатывающего оборудования к стоимости сервиса);

ро - вероятность состояния, при котором в системе нет заявок; р/с - вероятность состояния, при котором в системе находится к заявок; р„ - вероятность того, что все посты заняты обслуживанием; ^ - время на диагностику и выявление объема работ; ¡обсл - средняя продолжительность обслуживания заявки в централизованной системе технического сервиса;

1орм - продолжительность организации рабочего места; 1Рем ~ продолжительность ремонта;

1срм - продолжительность сворачивания рабочего места и приведения изделия в рабочее состояние;

- продолжительность доставки детали к стационарному пункту тех нического обслуживания и возврата на место;

М - математическое ожидание количества заявок в подсистеме техни ческого сервиса;

N ~ общее число постов обслуживания;

-5- критерий себестоимости;

Я - параметр входящего потока;

¡л - параметр механизма обслуживания;

п - текущее количество постов обслуживания.

ВВЕДЕНИЕ

Вопросы технического сервиса (ТС) зерноперерабатываюгцего оборудования (ЗПО) в настоящее время достаточно актуальны по причинам как недостаточной теоретической проработки, так и по причине отсутствия соответствующей ремонтно-обслуживающей базы (РОБ) для обслуживания зер-ноперерабатывающих предприятий (ЗПП). В частности, необходимо исследование надежности функционирования зерноперерабатывающих предприятий, обусловленной режимами и параметрами обслуживающей системы сервиса. Необходимы также исследования вопросов оптимизации технологических процессов технической эксплуатации (ТЭ) и разработки организации системы технического сервиса технологического оборудования зерноперерабатывающих предприятий региональных кластеров. Анализ современных тенденций развития технического сервиса, увеличение зависимости показателей надежности зерноперерабатывающего оборудования в связи с усложнением его конструкции, а также результаты анализа зарубежный исследований в указанной отрасли позволили сделать вывод о необходимости дальнейшей разработки теоретических основ и методик обоснования режимов и параметров системы технического сервиса, так как существующие способы обеспечения надежности функционирования зерноперерабатывающих предприятий несовершенны и основаны на применении мобильных средств технического обслуживания, причем целостная система технического обслуживания и ремонта отсутствует. Объясняется это тем, что реализация указанной системы предполагает наличие и эксплуатацию целого комплекса мобильного и стационарного технологического оборудования, что требует значительных капитальных вложений, больших затрат энергетических и трудовых ресурсов. Поэтому настоящая диссертационная работа посвящена совершенствованию оптимизации режимов и параметров системы технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования, которая повышает эффектив-

ность использования материальных средств в процессе зернопереработки в целом.

Цель исследований - совершенствование организации и повышение эффективности технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования путем обоснования рациональных параметров и режимов его функционирования, обеспечивающих снижение затрат на зернопереработку и повышение конкурентоспособности зерноперерабатывающих предприятий.

Объект исследования - организация, режимы и параметры функционирования подсистемы технического сервиса технологического оборудования зерноперерабатывающих предприятий, показатели его надежности.

Предмет исследования - закономерности влияния организации и режимов работы технического сервиса технологического оборудования зерноперерабатывающих предприятий на показатели надежности и эффективности его функционирования.

Методика исследования: основана на положениях теорий надежности, вероятностей, марковских процессов и их приложений к системам массового обслуживания, теории планирования экспериментальных исследований, а также использована теория и практика ремонта и технического облуживания технологического оборудования. Результаты исследований обрабатывались с применением прикладного пакета статистических программ Statistic, Excel и MathCAD.

Научная гипотеза: повышение эффективности технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования посредством усовершенствования его организации.

Рабочая гипотеза: совершенствовать организацию и повысить эффективность технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования возможно путем обоснования системы управления надежностью методом имитационного компьютерного моделирования.

Диссертация состоит из пяти глав, списка литературных источников и приложений.

В первой главе «Аналитический обзор исследований по теории надежности и эффективности функционирования зерноперерабатывающих предприятий» дан аналитический обзор современных тенденций развития технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования, а также изучены результаты исследований, посвященных технологическому процессу и теоретическим вопросам разработки средств технического обслуживания и ремонта в сельском хозяйстве, перерабатывающей промышленности России и зарубежья.

Во второй главе «Теоретические исследования по совершенствованию организации и эффективности технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования» рассмотрена общая методика теоретических исследований, основанная на системном подходе и системном анализе. Согласно разработанной методике сделан вывод о том, что возникновение отказов зерноперерабатывающего оборудования подчиняется закону Пуассона. Распределение про-должительностей периодов между отказами носит экспоненциальный характер, так как зерноперерабатывающие предприятия являются сложной системой, состоящей из значительного количества восстанавливаемых элементов.

Обосновано применение аналитических зависимостей теории массового обслуживания (ТМО) для различных систем организации технического сервиса зерноперерабатывающих предприятий. Разработаны математические модели для выбора наиболее эффективных организационных схем технического сервиса и обоснования его режимов и параметров при помощи решения известных дифференциальных уравнений.

Системы дифференциальных уравнений использованы в математической модели организации технического сервиса зерноперерабатывающих предприятий. Полученная модель имеет экстремум, который можно использовать для установления рационального баланса средств, затрачиваемых на технический сервиса и на зерноперерабатывающую систему (ЗПС).

В третьей главе «Программа и методика исследований по совершенствованию организации технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования» представлена общая программа исследований для проверки разработанных математических моделей, а также определения численных значений факторов, входящих в модель.

В четвертой главе «Результаты исследований по повышению показателей надежности и эффективности подсистемы технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования» приведены результаты выбора района для проведения «пассивного» эксперимента о сборе отказов; получены аналитические зависимости различных вариантов выполнения ремонтно-обслуживающих работ (POP) при различной организации технического сервиса на зерноперерабатывающем предприятии в результате проведения од-нофакторных экспериментов; разработаны целевые функции, приведены результаты многофакторного эксперимента, найдена точка оптимума.

В пятой главе «Технико-экономический анализ исследований» даны экономические расчеты эффективности применения на зерноперерабатывающем предприятии системы управления надежностью.

В конце диссертации сделаны общие выводы и сформулированы предложения по применению системы управления надежностью на зерноперерабатывающем предприятии.

Научную новизну работы составляют:

• установленные в результате экспериментальных исследований закономерности потоков требований на ремонтно-обслуживающие операции, интенсивности отказов и восстановлений, эксплуатационные показатели надежности зерноперерабатывающего оборудования (безотказность, средняя трудоемкость восстановлений, коэффициент технического использования);

• выявленные аналитические зависимости между точечными характеристиками распределений продолжительности ожидания заявок на обслуживание и в очереди, количества занятых обслуживанием и простаивающих по-

стов от интенсивности потоков отказов и восстановлений зерноперерабаты-вающего оборудования, его безотказности и вероятностей состояний централизованной, комбинированной и автономной систем организации технического сервиса;

• разработанные критерии эффективности, раскрывающие взаимосвязь между количеством постов технического сервиса, организацией и эффективностью обслуживания, позволяющие выполнять оптимизацию данных систем сервиса, минимизируя сумму элементов затрат на обслуживание зерноперерабатывающего оборудования и простоев постов по разработанным алгоритмам имитационного моделирования;

• установлено влияние системы управления надежностью на экономическую эффективность технического сервиса зерноперерабатывающего оборудования и коэффициент его технического использования.

Но�