автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Выбор оптимальных вариантов эксплуатации машин в строительстве

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ ОПТИМИЗАЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАШИН

1.1. Определение оптимальных сроков службы машин.

1.2. Оптимизация структуры машинного парка предприятий.

1.3. Методы оптимального управления предприятием (отраслью).

1.4. Основная модель задачи линейного программирования.

1.5. Цель и задачи исследования.

2 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Общие замечания.

2.2. Обоснование выбора математического метода.

2.3. Выбор критерия оптимальности.

2.4. Краткая методика исследования.

2.5. Характеристика деятельности УМСР

Волгоградгидростроя».

2.6. Методика получения исходных данных.

3 ОПТИМИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАШИН ПО ВИДАМ РАБОТ ПО КРИТЕРИЮ МИНИМУМА ВРЕМЕНИ

3.1. Применение графиков машиноиспользования.

3.2. Возможность использования основной задачи линейного программирования.

3.3. Оптимизация по критерию минимума затрат времени на выполнение заданного объема работ.

3.3.1. Общая схема решения задачи.

3.3.2. Пример решения задачи на минимум времени.

3.3.3. Результаты решения и их анализ.

4 ОПТИМИЗАЦИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАШИН ПО КРИТЕРИЮ МИНИМУМА ЗАТРАТ СРЕДСТВ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАПЛАНИРОВАННОГО ОБЪЁМА РАБОТ

4.1 .Общие замечания.

4.2. Решение задачи в общем виде.

4.3. Пример решения конкретной задачи на ЭВМ.

4.3.1. Порядок ввода данных в ЭВМ.

4.3.2. Расшифровка результатов решения.

5 ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН С УЧЕТОМ НЕПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ РАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ

5.1. Учет времени на переезд агрегатов с одного объекта на другой.

5.2. Пример решения конкретной задачи. 5.2.1. Расшифровка результатов решения.

5.3. Учет затрат времени на переоборудование агрегата при смене вида работ.

5.3.1. Пример решения задачи.

5.4. Учет затрат времени на переезды и переоборудование агрегатов при смене вида работ.

5.5. Влияние производительности машин и удельных эксплуатационных затрат средств на параметры оптимального варианта эксплуатации машин.

5.6. Временные ограничения и параметры оптимального варианта эксплуатации.

6 УЧЕТ НАДЕЖНОСТИ МАШИН ПРИ РЕШЕНИИИ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ

6.1. Изменение надежности основных агрегатов и узлов строительных и дорожных машин.

6.2.Учет надежности при выборе оптимальных вариантов эксплуатации машин.

6.3. Влияние надежности машин на параметры оптимального варианта их эксплуатации.

7 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРЕДЛАГАЕМОЙ МЕТОДИКИ

7.1. Определение величины удельных затрат средств при оптимальном и фактическом вариантах эксплуатации машин.

7.2.Расчет экономии средств от применения оптимального варианта эксплуатации машин.

7.3. Затраты средств на внедрение предлагаемой методики в практику эксплуатации машин.

7.4. Срок окупаемости капитальных вложений.

В последнее время в связи с повышением уровня механизации производственных процессов в строительстве проблема рационального использования машин приобретает особую актуальность. Значение этой проблемы возрастает, если учесть, что прибыль, получаемая предприятиями, во многом определяется эффективностью использования их основных фондов и, в первую очередь, машин и оборудования.

В любой строительной организации практически ежедневно приходится выполнять большое число различных видов механизированных работ. В распоряжении инженерной службы имеются различные типы машин, способных выполнить эти работы. И от того, как распределить имеющиеся машины и агрегаты по видам выполняемых работ, во многом зависит эффективность работы как машинного парка, так и предприятия в целом.

В настоящее время в строительной отрасли используется около полумиллиона различных типов строительных и дорожных машин, многие из которых по основным технико-экономическим показателям не уступают зарубежным аналогам. Возможности такой техники весьма велики, поэтому простои ее по различным причинам или нерациональное использование приводят к существенному снижению объемов выполняемых работ, повышению их стоимости, уменьшению прибыли, получаемой предприятием. Все это выдвигает проблему повышения эффективности использования машин на первый план среди других проблем механизации производства.

В настоящее время нет научно обоснованных методов, с помощью которых можно было бы выбрать оптимальные варианты эксплуатации парка машин на основе экономических критериев и с учетом конкретных условий производства. Этот факт сдерживает решение многих вопросов 6 оптимизации использования машин и внедрение оптимальных вариантов в практику эксплуатации.

Системный подход, основанный на диалектическом принципе всеобщей взаимосвязи событий и явлений, требует умения находить оптимальные решения с учетом всего набора обратных связей и ограничений, с которыми приходится повседневно сталкиваться. Поэтому разработка новых и совершенствование существующих методик выбора оптимальных вариантов эксплуатации машин, основанных на современных математических методах и применении ЭВМ и учитывающих влияние разнообразных производственных факторов, является актуальной научной задачей, отвечающей потребностям практики.

Данная работа является итогом научных исследований, проведенных автором в Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии в период с 1997 по 2002 г.г.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Существующие методики выбора оптимальных вариантов эксплуатации машин основаны, преимущественно, на использовании в качестве инструмента метода математического анализа, который, в силу сложности рассматриваемых явлений и необходимости учета большого числа факторов, не даёт желаемых результатов, а в некоторых случаях оказывается даже бессильным.

2. При решении задач оптимизации использования машин по известным методикам, в частности при выборе оптимальных вариантов эксплуатации машин, в качестве критерия оптимизации в большинстве случаев применяется минимум времени выполнения работ. Однако этот критерий не всегда может выступать в качестве основного, так как не учитывает экономические показатели работы машин и, следовательно, не стимулирует повышение эффективности использования техники.

3. В диссертации предложена новая методика выбора оптимальных вариантов эксплуатации машин, основанная на математическом аппарате линейного программирования и использовании ЭВМ и позволяющая учесть не только время выполнения работ, но и экономические показатели машин, выполняющих заданные механизированные операции.

4. В качестве критерия оптимизации в предлагаемой методике может выступать как минимума времени, так и минимум затрат средств на выполнение запланированного объема работ, а также критерий минимума средств на выполнение работ при ограниченном времени.

5. Предложенная методика значительно расширяет возможности выбора оптимальных решений при планировании работы машин и позволяет учесть влияние конкретных условий производства и особенности выполняемых технологических операций.

6. Разработаны математические модели, алгоритм и программа решения задач на ЭВМ по предлагаемой методике, что дает возможность широкого использования её для решения задач оптимизации в различных постановках.

7. Установлено, что для условий строительного производства в большинстве случаев наиболее приемлемым критерием при выборе оптимальных вариантов распределения машин по видам работ является минимум средств на выполнение запланированного объема работ при ограничениях по времени выполнения.

8. Методом моделирования на ЭВМ выявлены закономерности изменения основных параметров оптимального варианта эксплуатации машин в зависимости от их производительности, эксплуатационной надежности, удельных затрат средств на выполнение единицы объема работ и ограничений по времени.

9. Предлагаемая методика позволяет учесть многие факторы, оказывающие влияние на политику использования машин, приблизить процессы, описываемые разработанными математическими моделями, к реальным ситуациям и получить решения, максимально учитывающие конкретные особенности производства.

Ю.Разработанная методика дает возможность ставить и решать задачи оптимизации использования машин на более высоком качественно новом научном уровне по сравнению с известными методиками.

11 .Экономический эффект от внедрения результатов исследований в производство составляет около 2 млн. рублей в год в расчете на предприятие средних размеров (60 - 80 единиц техники). С увеличением количественного состава машинного парка и объема выполняемых работ экономический эффект возрастает.

12.Проведенный комплекс теоретических и экспериментальных

1. Кабенин Н.Г. Аналитический метод расчета срока службы паровоза. // Техника железных дорог. - 1953. - №6. - с.7-10.

2. Бронштейн JI.A., Лейдерман С.Р. Определение оптимального срока службы подвижного состава автомобильного транспорта. Труды Московского инженерно-экономического института им. С. Орджоникидзе. Вып. XVI. М.: Автотрансиздат, 1961. - с. 144-157.

3. Бруевич Н.Г. Надежность, долговечность, точность. В сб.: О надежности сложных технических систем. М.: Советское радио, 1966. -с.7-26

4. Колегаев Р.Н. Определение наивыгоднейших сроков службы машин. М.: Экономиздат, 1963. - 228с.

5. Токарев Г.Г. Рациональные сроки службы автомобилей. М.: Автотрансиздат, 1962. - 176с.

6. Канторер С.Е. Амортизация и моральный износ машин в строительстве. -М.: Госстройиздат, 1959. 120с.

7. Михлин В.М. Прогнозирование технического состояния машин. -М.: Колос,1976. 288с.

8. Taylor J.S. A statistical theory of depreciation. // The American Statistical Association. 1923. - №12. - c.45.

9. Новожилов В.В. Проблемы измерения затрат и результатов при оптимальном планировании. М.: Наука, 1972. - 434с.

10. Петухов P.M. Методика экономической оценки износа и сроков службы машин. М.: Экономика, 1965. - 168с.

11. Организация производства на промышленных предприятиях США. / С.А. Хейнман. М.: Изд-во иностранной лит., 1960. - 476с.

12. Кудрявцев Е.М. Комплексная механизация, автоматизация и механовооруженность строительства. М.: Стройиздат, 1989. - 246с.

13. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. М.: Машиностроение, 1964.-404с.

14. Колегаев Р.Н. Определение оптимальной долговечности технических систем. М.: Советское радио, 1967. - 112с.

15. Колегаев Р.Н. Экономическая оценка качества и оптимизация системы ремонта машин. М.: Машиностроение, 1980. - 240с.

16. Канюка Н.С. и др. Комплексная механизация трудоемких работ в строительстве. Киев: Будивельник, 1977. - 256с.

17. Сорокин П.И. Оптимальное использование машин на земляных работах в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1972. - 284с.

18. Методические указания по автоматизации расчетов состава и структуры парков машин строительных организаций. Киев: НИИСП Госстроя УССР, 1976. - 164с.

19. Канторер С.Е. Методы обоснования эффективности применения машин в строительстве. М.: Стройиздат, 1969. - 294с.

20. Буянов А.И. О рациональной выбраковке изношенных деталей сельскохозяйственных машин. Всесоюзная конференция по трению и износу в машинах. Т.1. М.: АН СССР, 1939. - с.85-117.

21. Гальперин А.С., Сушкевич М.И. Определение оптимальной долговечности машин. М.: Колос, 1970. - 184с.

22. Жукевич К.И. Обоснование оптимальной потребности хозяйств в технике и механизаторах. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1972. - №12. - с.9-12.

23. Репетов А.Н. Методика определения состава машинно-тракторного парка. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1997. - №3. -с.23-24.

24. Лебединский Н.П. Основы методологии планирования и автоматизации плановых расчетов. М.: Экономика, 1989. - 272с.

25. Лурье А.Л. Экономический анализ моделей планирования социального хозяйства. М.: Наука, 1973. - 436с.

26. Терехов Л.Л., Куценко В.А. и др. Экономико-математические методы и модели в планировании и управлении. К.: Вища школа, 1984. -232с.

27. Методические указания к разработке государственных планов экономического и социального развития СССР. М.: Экономика, 1980. -776с.

28. Экономические проблемы повышения качества промышленной продукции. М.: Наука, 1969. - 262с.

29. Данциг Дж. Линейное программирование, его применение и обобщение. М.: Прогресс, 1966. - 600с.

30. Канторович Л.В. Экономический расчет наилучшего использования ресурсов. М.: Изд-во АН СССР, 1960. - 348с.

31. Канторович Л.В. Математические методы организации и планирования производства. В сб. "Применение математики в экономических исследованиях". М.: Соцэкгиз, 1959. - с.251-306.

32. Канторович Л.В., Горстко А.Б. Математическое оптимальное программирование в экономике. Серия "Математика и кибернетика", 1968. -№8,9.-96с.

33. Канторович Л.В., Богачев В.Н. и др. Об оценке эффективности капитальных затрат. М.: "Экономика и математические методы". Т. VI. Вып. 6, 1970.- с.811 -826.

34. Канторович Л.В. и др. Экономика и оптимизация. М.: Наука, 1990. - 248с.

35. Бирман И.Я. Методология оптимального планирования. М.: Мысль, 1971.-262с.

36. Гольдштейн Е.Г., Юдин Д.Е. Новые направления в линейном программировании. М.: Советское радио, 1966. - 524с.

37. Зуховицкий С.И., Авдеева А.И. Линейное и выпуклое программирование. М.: Наука, 1967. - 460с.

38. Юдин Д.Б., Гольдштейн Е.Г. Линейное проектирование. Теория, методы и приложения. М.: Наука, 1969. - 424с.

39. Вентцель Е.С. Элементы динамического программирования. М.: Наука, 1964.-298 с.

40. Рогожкин В.М., Гребенникова Н.Н. Выбор оптимальной стратегии эксплуатации машин. Материалы международной научно-технической конференции «Интерстроймех 98», г. Воронеж, 1998. - 161 - 162 с.

41. Рогожкин В.М., Фоменко Н.А., Ушаков Н.А., Гребенникова Н.Н. Оптимизация стратегии эксплуатации машин. Материалы VI международной научно-технической конференции «Автопрогресс 98», Т. 3, г. Варшава, 1998. - 177 - 179 с.

42. Рогожкин В.М., Фоменко Н.А., Гребенникова Н.Н. Методика оптимизации конструктивных параметров автомобилей. Тезисы международной научно-практической конференции «Проблемы развития автомобилестроения в России», г. Тольятти, 1998. 63 с.

43. Рогожкин В.М., Фоменко Н.А., Гребенникова Н.Н. Оптимизация стратегии эксплуатации машин методами математического программирования. Материалы международной научно-практической конференции «Мотоавто-98», Т. 3, г. София, 1998. 109 - 114 с.

44. Рогожкин В.М., Фоменко Н.А., Гребенникова Н.Н. Математическое моделирование оптимальной эксплуатации машин. Материалы международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем», Ч. 1, Волгоград, 1999. 210 - 212 с.

45. Рогожкин В.М., Фоменко Н.А., Гребенникова Н.Н. Оптимизация стратегии эксплуатации машин методами динамического программирования. // Извести высших учебных заведений. Строительство. № 8, 1999. 88 - 93 с.

46. Рогожкин В.М., Фоменко Н.А., Гребенникова Н.Н. Методы математического программирования в области эксплуатации машин. // Вестник Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии. Серия: Естественные науки. Выпуск 1 (2), 1999. 24 - 28 с.

47. Болтянский В.Г. Математика и оптимальное управление. М.: Знание, 1968.-346 с.

48. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973. - 200с.

49. Румшинский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1972. 192с.

50. Круг Г.К., Сосулин Ю.А. и др. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции. М.: Наука, 1977. - 208с.

51. Мельников С.В., Алешкин В.Р. и др. Планирование эксперимента в исследованиях сельско-хозяйственных процессов. М.: Колос, 1980. - 168с.

52. Веденяпин Г.В., Киртбая Ю.К. и др. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Сельхозиздат, 1968. - 432с.

53. Банди Б. Методы оптимизации: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988.- 128с.

54. Ганшин Г.С. Методы оптимизации и решение уравнений. М.: Наука, 1987.- 126с.

55. Реклейтис Т. Оптимизация в технике. М.: Мир, 1986. - 342с.

56. Рогожкин В.М. Прикладные математические методы: Учеб. пособие. Волгоград: ВолгГАСА, 2001. - 60с.

57. Рогожкин В.М. Оптимальное распределение агрегатов по видам работ. // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. № 12. - 1972. - с. 48 - 50.

58. Рогожкин В.М. и др. Установление дифференцированных нормативов на показатели использования машин. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -№9. -1985. с. 17-19.

59. Карпелевич Ф.И., Садовский J1.E. Элементы линейной алгебры и линейного программирования. М.: Наука, 1967. - 312с.

60. Калихман И.Л. Линейная алгебра и программирование. М.: Высш. школа, 1967.-218с.

61. Блох Э.Л., Лошинский Л.И. и др. Основы линейной алгебры и некоторые ее приложения. М.: Высш. школа, 1971. - 212с.

62. Фейгин Л.А. Эксплуатация и производительность строительных машин. М.: Стройиздат, 1972. - 216с.

63. Фролов П.Т., Петров И.В. и др. Эксплуатация и испытание строительных машин. М.: Высш. школа, 1970. - 392с.

64. Шейнин В.М., Филиппов Б.И. и др. Эксплуатация дорожных машин. М.: Транспорт, 1992. - 328с.

65. Иофинов С.А. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Колос, 1974.-480с.

66. Домбровский Н.Г., Гальперин М.И. Землеройно-транспортные машины. М.: Машиностроение, 1965. - 276с.

67. Ульянов Н.А. Колесные движители строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1982. - 279с.

68. Ульянов Н.А. Самоходные колесные землеройно-транспортные машины. М.: Машиностроение, 1976. - 359с.

69. Конкин Ю.А. Сроки использования и обновления тракторного парка в колхозах. М.: Издательство Министерства сельского хозяйства РСФСР, 1960.- 16с.

70. Лозовой Д.А., Покровский А.А. Землеройно-транспортные машины. М.: Машиностроение, 1973. - 256с.

71. Добронравов С.С., Дронов В.Г. Машины для городского строительства. -М.: Высш. школа, 1985. 360с.

72. Васильев А.А. Дорожные машины. М.: Машиностроение, 1979.448с.

73. Гальперин М.И., Домбровский Н.Г. Строительные машины. М.: Высш. школа, 1980. - 344с.

74. Хархута Н.Я., Капустин М.И. и др. Дорожные машины. Л.: Машиностроение, 1976. - 472с.

75. Гребенникова Н.Н. К вопросу оптимального распределения машин по видам работ. Материалы международной научно-практической конференции «Строительство 2000», г. Ростов-на-Дону, 2000. - 78 - 79 с.

76. Гребенникова Н.Н. Оптимизация эксплуатации машин методами линейного программирования. Сборник докладов межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов, Ч. 3, г. Волгоград, 2000. 222 - 223 с.

77. Консон А.С. Экономика ремонта машин. JL: Машиностроение, 1970.-216с.

78. Половко A.M. Основы теории надежности. М.: Наука, 1964.348с.

79. Волков Д.П., Николаев С.Н. Надежность строительных машин и оборудования. М.: Высш. школа, 1979. - 400с.

80. Кос И.И., Зорин В.А. Основы надежности дорожных машин. М.: Машиностроение, 1978. - 166с.

81. Конкин Ю.А. Износ и амортизация техники в сельском хозяйстве. -М.: Колос, 1968.-351с.

82. Гриневич Г.П., Каменская Е.А. и др. Надежность строительных машин. М.: Стройиздат, 1975. - 296с.

83. Хазов Б.Ф., Лифшиц Л.А. и др. Оценка надежности строительных и дорожных машин по статистической информации. Обзорная информация. -М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1978. 68с.

84. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Высш. школа, 1997. 480с.

85. Павлов Е.В., Крюков А.Ф. Оценка показателей надежности элементов строительных машин. Волгоград: ВолгИСИ, 1989. - 28с.

86. Павлов Е.В. Определение показателей надежности машин и их элементов по результатам испытаний и опытной эксплуатации. Волгоград: ВолгИСИ, 1988.-26с.

87. Павлов Е.В., Евдокимов М.С. Оценка работоспособности бульдозера ДЗ-42 УМСР ОАО «ВГС». Материалы II межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых г. Волжского, г. Волжский, 1997. 123 - 125 с.

88. Алимов B.C., Рогожкин В.М., Павлов Е.В. Установление дифференцированных нормативов на показатели использования машин. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -М., 1985. 12 с.153

89. Рогожкин В.М., Крюков А.Ф., Маликов Е.А., Павлов Е.В. Исследование особенностей работы машин на базе гусеничных тракторов в условиях мелиоративного и строительного производства. Отчет по НИР по теме 971/85, г.Волгоград, ВолжскИСИ, 1985. 3 п.л.

90. Базовский И.В. Надежность. Теория и практика. М.: Мир, 1965.286с.

91. Гребенникова Н.Н. Учет надежности при выборе оптимального варианта распределения машин по видам работ. Тезисы докладов VI межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов, Ч. 2, г.Волгоград, 2001. 24 - 25 с.

92. Справочные материалы к методическим указаниям по дисциплине «Эксплуатация машинно-тракторного парка». М.: Издательство Министерства сельского хозяйства СССР, 1968. - 72с.

93. Заикин А.Е. Технико-экономическое обоснование создания новых и модернизации выпускаемых СДМ. Волгоград: ВолгИСИ, 1987. - 32с.

94. О составе затрат и единых нормах амортизационных отчислений. -М.: Финансы и статистика, 1994. 224с.