close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Repin Raschetnye modeli

код для вставкиСкачать
С. В. РЕПИН, В. П. ЧМИЛЬ, А. В. ЗАЗЫКИН
РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Выручка, затраты,
р.
Вы
ру
чк
а(
бе
зН
Пр
ДС
иб
)
ыл
ь
Ж
Д
Уб
ыт
ок
Г
А
Е
ты
а тра
з
е
ы
н
н
еме
Пер
Б
В
Постоянные затраты
Количество продукции , шт.
(маш.-ч)
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
С. В. РЕПИН, В. П. ЧМИЛЬ, А. В. ЗАЗЫКИН
РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2015
1
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
УДК 621.879.31
Рецензенты: д-р техн. наук, профессор С. А. Волков (СПбГАСУ);
д-р техн. наук, профессор В. А. Кузьмичев (СПбГПУ).
Репин, С. В.
Расчетные модели обеспечения работоспособности и эффективности транспортно-технологических машин в эксплуатации /
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин; СПбГАСУ. – СПб.,
2015. – 96 с.
ISBN 978-5-9227-0560-8
Изложены теоретические аспекты эффективности транспортно-технологических машин. На основании теории составлены программы расчета и выполнены примеры с использованием эксплуатационной информации. Учебное пособие предназначено для студентов строительных вузов механических
специальностей, а также инженерно-технических работников предприятий по
эксплуатации строительных машин и автотранспорта.
Табл. 8. Ил. 7. Библиогр.: 14 назв.
Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве
учебного пособия.
ISBN 978-5-9227-0560-8
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин, 2015
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2015
2
Введение
Эффективное применение такой сложной техники, как строительные машины, требует серьезных теоретических знаний и умения
применять их на практике. Для глубокого усвоения студентами учебного материала используются различные традиционные виды занятий: лекции, практические и лабораторные работы, самостоятельные
занятия, семинары, коллоквиумы, зачеты, экзамены. Самостоятельная работа, включающая выполнение расчетных заданий, курсовых
работ и проектов, подготовку докладов, имеет особенно важное значение, так как позволяет применить полученные знания для решения
конкретных инженерных задач. Поэтому при разработке методического обеспечения новых дисциплин следует обязательно предусматривать выполнение студентами самостоятельных заданий.
На кафедре наземных транспортно-технологических машин
(НТТМ) СПбГАСУ введена новая дисциплина «Эффективность применения машин», назначение которой, донести до студентов новые
научные положения по эксплуатации машин, включающие также
и научные разработки кафедры. Данная дисциплина читается на пятом курсе, и для усвоения ее требуются знания, полученные студентами за предыдущий период обучения. Дисциплина включает темы
занятий, рассматривающие конкретные инженерные задачи, с которыми сталкивается инженер-механик в своей практической деятельности, а именно:
управление технической эксплуатацией машин, парков машин и других сложных технических объектов, таких как технологические линии заводов по производству строительных материалов
и конструкций;
расчет сроков службы машин;
оценка целесообразности проведения капитальных ремонтов;
сравнение вариантов приобретения техники;
3
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
оптимальное формирование парков техники по заданным
показателям;
применение автоматизированных информационных систем и пр.
В настоящем учебном пособии рассмотрены теоретические положения указанных тем занятий и методики их практического применения.
Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАШИН
1.1. Понятие эффективности
Эффективность машин строительного комплекса неразрывно
связана с техническим уровнем самих машин и уровнем системы обеспечения их работоспособности.
Результат
Показатель
Эффективность – это наибо- Цель
лее общее, определяющее свойство
Ресурсы
любой целенаправленной деятельности, которое с познавательной
Рис. 1.1. Схема формирования
точки зрения раскрывается через
показателя эффективности
категорию цели и объективно выражается степенью достижения цели с учетом затрат ресурсов и времени (рис. 1.1).
Эффективность предприятия по эксплуатации строительных
машин (ПЭСМ) определяется отношением наработки парка машин
(цель, выходной параметр) к затраченным ресурсам (входной параметр). ПЭСМ, как и любое другое производственное предприятие,
представляет собой производственную, социально-экономическую
систему и включает в себя системы более низкого уровня (подсистемы):
парк машин (ПМ) и системы обеспечения его функционирования. ПЭСМ
существует за счет использования парка машин: ПМ представляет собой объект воздействия и источник средств существования [9].
ПМ является сложной технической, экономической и социальной системами. Как техническая система ПМ состоит из отдельных
машин и групп машин. Как экономическая система ПМ является активной частью ОПФ предприятия, потребляющей ресурсы и приносящей прибыль. Как социальная система ПМ – средство труда персонала, выпускающего общественно полезную продукцию и обеспечивающего удовлетворение потребностей персонала.
4
5
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
ПМ существует внутри ПЭСМ, функционирует и реализует цель
своего существования за счет ПЭСМ. Положение ПМ внутри ПЭСМ
можно сравнить с положением двигателя в автомобиле. Для нормальной работы двигателя требуются системы питания топливом, управления, обслуживания, и, конечно, система отбора мощности, через
которую двигатель «оправдывает» цель своего существования.
Чтобы парк машин мог существовать, требуется поддерживать
его работоспособность. Эту функцию выполняет система технической эксплуатации (СТЭ). Загрузку парка машин работой обеспечивает система коммерческой эксплуатации (СКЭ). Таким образом, ПМ,
СТЭ и СКЭ являются основными подсистемами ПЭСМ. Их взаимодействие показано на рис. 1.2.
Внешняя среда
Внутренняя среда ПЭСМ
СКЭ
Парк
машин
Информация о
состоянии парка
Требования к
состоянию парка
е и
ни ост
жа н
ер об
дд пос ка
П о то с ар
п
бо
Ресурсы
ра
ие
ван
о
р
и
рм к а
Фо п ар
Tр, Q
СТЭ
Потребность
в машинах
Обозначения:
–- информация;
Маркетинг
Эффективность применения техники
в строительстве
Технико-экономические
характеристики машин
Система эксплуатации
Производительность
Коммерческая
Стоимость
Производственная
Надежность
Техническая
Рис. 1.3. Факторы, участвующие в формировании
эффективности применения техники в строительстве
Проведем декомпозицию главной цели существования ПЭСМ –
прибыли. Реализация итоговой прибыли от эксплуатации техники
в виде функции времени определяется выражением
Затраты на поддержание
работоспособности парка
Информация
о парке
В общем случае эффективность использования техники зависит
от технико-экономических характеристик машин и качества системы
их эксплуатации (рис. 1.3). В совокупном влиянии на эффективность
техники доля сферы эксплуатации составляет 35…40 %. Около 10…15 %
всех отказов и неисправностей являются следствием некачественного технического обслуживания и ремонта [6]. Поэтому повышение
технического уровня мероприятий СТЭ является важным резервом
повышения эффективности машинных парков.
–- воздействие
П (t ) = В(t ) − Z (t ) − У(t ) ≥ П min ,
(1.1)
Следует учитывать также и влияние производственной эксплуатации, задача которой – рациональное использование техники на строительных объектах.
где В(t), Z(t) – соответственно накопленные выручка и расходы от
производственной деятельности за расчетный период; У(t) – величина ущерба, вызванная срывом нормального хода производственного
процесса; П min – минимально допустимая норма прибыли; t – возраст эксплуатируемого оборудования.
Хотя модель (1.1) представлена в детерминированном виде,
в действительности неопределенность условий эксплуатации обус-
6
7
Рис. 1.2. Системное представление о ПЭСМ:
СКЭ – система коммерческой эксплуатации; СТЭ – система технической
эксплуатации; Тр – наработка парка машин на объектах за расчетный период;
Q – объем выполненных работ за расчетный период
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
ловливает стохастический характер ее составляющих. Исследуя влияние производственных факторов на эти составляющие, можно определить задачи повышения эффективности системы.
Основной доход ПЭСМ получает за счет оказания услуг по предоставлению машин строительным организациям. Величина выручки определяется суммой произведения оплачиваемой наработки Ti(t)
каждой машины за расчетный период на цену машино-часа Цi маш.-ч,
т. е. суммой выручки Вi (t ) от эксплуатации отдельных машин
B(t ) =
∑ Bi (t ) = ∑ Ti (t ) ⋅ Ц i маш.- ч .
(1.2)
Если ПЭСМ само подряжается на производство строительных
работ, его выручка будет связана с производительностью машины Qi(t),
ценой единицы продукции сi и наработкой Тi(t):
В( t ) =
∑ Qi (t ) ⋅ ci ⋅ Ti (t ) ⋅ ki и ,
(1.3)
где ki и – коэффициент использования потенциала машины (рабочегоо
времени, мощности, грузоподъемности и т. п.).
Затраты имеют весьма сложную структуру. В упрощенном виде
состав затрат, приходящихся на i-ю машину, можно представить как
сумму издержек владения машинами и эксплуатационных расходов.
Структура затрат рассмотрена подробно в разделе «Себестоимость
эксплуатации строительных машин».
Ущерб можно представить как сопутствующие потери, сопровождающие простои машин из-за отказов. Если отказ возникает вследствие плановых технических воздействий, то ущерб, как правило, не
возникает, так как система заранее подготавливается к простою части оборудования. Внезапные же отказы сопровождаются простоем
не только отказавшей машины, но и ресурсов, технологически связанных с данной машиной. Последствием отказов может быть также
снижение качества продукции, ущерб в социальной, экологической
и др. сферах. Большинство проявлений ущерба обычно можно оце8
нить экономически, причем величина ущерба пропорциональна времени простоя Ti н.р оборудования:
У(t ) =
∑ У i (t ) = ∑ уi ⋅ Ti н.р (t ),
(1.4)
где уi – величина ущерба в единицу времени. В общем случае уi может быть функцией Ti н.р.
Ущерб, как показал в своей монографии В. И. Эдельман [13],
можно рассматривать как комплексный показатель надежности.
Таким образом, модель (1.1) связывает технические, экономические
и надежностные характеристики машины. Кроме того, величина ущерба зависит от характера выполняемой работы. Значит, данный подход позволяет ответить на вопрос «Каков будет оптимальный уровень надежности машины для конкретного производственного задания, в зависимости от возможных экономических потерь или событий,
оцениваемых в экономическом эквиваленте, вследствие внезапного
отказа?».
Составляющие выражения (1.1) являются функцией возраста t
машины, так как по мере старения машины уменьшается производительность Qi(t) и наработка Тi(t) за расчетный период, увеличивается
время простоя Ti н.р(t) в ремонтах. Следовательно происходит падение выручки В(t), возрастание затрат Z(t) и ущерба У(t). Постепенно
снижается прибыль П(t ) до значения Пmin, ниже которого невозможно существование системы по экономическим причинам. Оптимальный и максимальный временные ресурсы t можно определить исходя
из минимума удельных затрат, максимума извлекаемой прибыли за
весь эксплуатационный цикл, минимально допустимого уровня рентабельности.
1.2. Анализ процесса формирования наработки парка машин
и показателей его работоспособности
Для формализации коэффициентов, характеризующих временные состояния парка машин, рассмотрим граф возможных состояний (рис. 1.4), в которых может находиться машина [9].
9
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
На рисунке обозначены следующие
периоды
(в часах): Т – календарТр
Тн
ная продолжительность планируемой
Тр.р
Тн.н
Тр.н
Тн.р
эксплуатации машины (день, месяц,
Тр.р.э Тр.р.н Тр.н.п Тр.н.н Тн.н.п Тн.н.н квартал, год); Тр – рабочее временя
(планируемый фонд рабочего времени
Рис. 1.4. Граф возможных состо- машины); Т – нерабочее время (план
яний машины в процессе ее
нируемое межсменное время); Тр.р –
эксплуатации
пребывание машины в работоспособном состоянии в рабочее время; Тр.н – пребывание машины в неработоспособном состоянии в рабочее время; Тн.р – пребывание машины
в работоспособном состоянии в нерабочее время; Тн.н – пребывание
машины в неработоспособном состоянии в нерабочее время; Тр.р.э –
рабочее время, в течение которого машина находится в работоспособном состоянии и эксплуатируется; Тр.р.н – рабочее время, в течение
которого машина находится в работоспособном состоянии, но не эксплуатируется; Тр.н.п – рабочее время, в течение которого машина находится на плановом ТО или в ремонте; Тр.н.н – рабочее время,
в течение которого машина находится на неплановом ремонте; Тн.н.п –
нерабочее время, в течение которого машина находится на плановом
ТО или в ремонте; Тн.н.н – нерабочее время, в течение которого машина находится на неплановом ТО или в ремонте.
Планируемую наработку Тр определяют по методическим указаниям МДС 12-13.2003 «Годовые режимы работы строительных
машин» [3].
Декомпозиция временных состояний может быть продолжена.
Например, Тр.р.э включает в себя периоды интенсивной, неинтенсивной работы, простоев на рабочей площадке по каким-либо причинам. Составляющими Тр.р.н могут быть потери рабочего времени изза отсутствия заказов на машины, нехватки машинистов или средств
доставки на объекты, из-за погодных условий и т. д. Тр.н.п расходуется
на проведение диагностических операций, ТО и ремонт. Причинами
неплановых простоев Тр.н.н могут служить конструктивные недостатки машин, некачественная техническая эксплуатация, ошибки машиниста, уменьшение работоспособности машины в связи с длительТ
10
ной эксплуатацией. Детальный анализ временных состояний позволяет ввести большее количество управляющих показателей, разработать более широкий комплекс мероприятий по обеспечению работоспособности машин.
Исходя из схемы графа возможных состояний машины можно рассчитать коэффициенты технического использования и готовности:
K т.и (t ) =
Tр.р (t )
K г (t ) =
Tр
=
Tр.р (t )
Tр.р (t ) + Tр.н.н (t ) + Tр.н.п (t )
,
(1.5)
Tр.р (t )
K г (t ) =
или
Tр − Tр.н.п (t )
Tр.р (t ) + Tр.н.н (t ) , (1.6)
Tр.р (t )
а также коэффициент планируемого применения
K п.п (t ) =
Tр − Tр.н.п (t )
.
(1.7)
K т.и (t ) = K г (t ) ⋅ K п.п (t ).
(1.8)
Tр
Очевидно, что
Коэффициенты характеризуют, с одной стороны, качество
работы СТЭ, задача которой минимизировать продолжительность
периода пребывания техники в неисправном состоянии
[Tр.н.н (t ) + Tр.н.п (t )] → min ; с другой – описывают динамику работо-
способности парка машин, так как снижаются со временем по известным законам.
В соответствии с рис. 1.4 возможны модификации Кт.и. Так, оценить работу коммерческой службы позволит коэффициент использования работоспособных машин, который показывает, насколько исправные машины загружены работой:
11
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
K и.р.р (t ) =
Tр.р.э
Tр.р (t )
Формула
.
(1.9)
Работа ремонтной службы характеризуется следующими коэффициентами:
простоев в плановых текущих обслуживаниях и ремонтах
(ТОиР) в рабочее время
K р.н.п (t ) =
Tр.н.п (t )
Tр
;
Тр.р
Тр
Тр.р.н
K р.н.н (t ) =
Tр
;
Тр.н.п
+
K р.н (t ) =
Tр.н (t )
Tр
Если используется нерабочее время машины для восстановления ее работоспособности, что весьма рационально, то вводятся показатели использования нерабочего времени машины. При этом показатели использования рабочего времени заметно улучшаются.
На рис. 1.5 представлена схема формирования показателей работоспособности парка машин.
В соответствии с изложенным можно представить схему формирования наработки парка машин (рис. 1.6).
Данная схема позволяет ввести еще один показатель уровня работы коммерческой службы – коэффициент обеспечения загрузкой
парка машин
K з.п.м =
Тн
Tэ
.
∑ Tp
12
(1.13)
Kк =
+
Тн.н
Тн.н.п
+
T р .н . н ( t )
Tр
T р .н . п ( t )
Tр
Tр − Tр .н.п (t )
Tр
Tр
T
K н . н (t ) =
Тн.н.н
Tр
Tр . р ( t )
K п .п ( t ) =
Т
T р .р .э ( t )
T р . р ( t ) + T р .н . н ( t )
K р .н .п ( t ) =
(1.11)
(1.12)
K г (t ) =
T р .р ( t )
Tр
K р .н .н ( t ) =
Тн.р
= K р.н.п (t ) + K р.н.н (t ).
Тр.н.н
T р .р . э ( t )
Tр .р (t )
K и . р .в ( t ) =
(1.10)
простоев в плановых и неплановых ТОиР в рабочее время
T р .р . э ( t )
8 , 2 Д год
K и .р .р ( t ) =
K т .и (t ) =
Тр.н
простоев в неплановых ремонтах (НР) в рабочее время
Tр.н.н (t )
K см ( t ) =
Тр.р.э
Наименование
коэффициента
Сменности
Использования
работоспособных машин
Технического
использования
Использования рабочего
времени машин
Готовности
Простоев в неплановых
ТОиР в рабочее время
Простоев в плановых
ТОиР в рабочее время
Планируемого применения
Использования
календарного времени
Tн.н (t )
Tр.н (t ) + Tн.н (t )
Использования нерабочего
времени для проведения
ТОиР
K н.н.н (t ) =
Tн.н.н (t )
Tр.н.н (t ) + Tн.н.н (t )
Простоев в неплановых
ТОиР в нерабочее время
K н.н.п (t ) =
Tн.н.п (t )
Tр.н.п (t ) + Tн.н.п (t )
Простоев в плановых
ТОиР в нерабочее время
Рис. 1.5. Схема формирования показателей работоспособности парка машин
1.3. Себестоимость эксплуатации строительных машин
и понятие о маржинальном анализе
На основании материалов данного параграфа выполняются расчетные задания № 1 и 2 (прил. 1).
Основными факторами, влияющими на экономическую эффективность (рентабельность) ПЭСМ, являются: наработка парка машин
за рассматриваемый период, цена машино-часа, условно-постоянные
и переменные затраты. Путем воздействия на факторы методами ТЭ
можно управлять эффективностью предприятия. Исследуем возможности варьирования значениями этих факторов и степень их влияния
на эффективность.
13
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
В=
Действительная наработка парка машин
Tр.р.э (t) = min[T р.р(t), Тэ]
Цели
Потенциальная наработка
по техническому
состоянию
Фронт работ
Тэ
Tр.р(t) = Kт.и(t)ΣТр
Показатели
Системы
Фонд рабочего
времени парка машин
Kт.и(t)
Kи.р.р
ΣТр
СТЭ
Парк
машин
СКЭ
Уровень рентабельности определяется процентным отношением прибыли от реализации продукции к ее себестоимости1:
П
⋅ 100 ,
Z
(1.14)
где R – уровень рентабельности, %; П – прибыль от реализации продукции, р.; Z – себестоимость продукции (затраты), р.
В упрощенном виде (для упрощения анализа не рассматриваем
влияние ущерба от внезапных отказов и срока службы машин) прибыль П организации формируется из выручки В и затрат Z:
П = В−Z.
(1.15)
Выручка В от реализации продукции за время Т работы машин
в количестве N будет определяться средней ценой машино-часа
Ц маш.- ч :
В рассматриваемом случае продукция – это наработка машин, выраженная
в машино-часах.
1
14
(1.16)
где i – количество машин в парке.
Минимальное значение прибыли Пmin определяется порогом
эффективности , который принимают из условия превышения минимально допустимого дохода над максимально допустимыми
затратами на эксплуатацию машины в заданном интервале наработки с учетом требуемого уровня рентабельности R, т. е.
min В
≥ 1+ R.
(1.17)
max Z
Итак, цена продукции Ц маш.- ч формируется из затрат на ее производство и прибыли. Минимальное значение прибыли определяется условиями функционирования предприятия, максимальное – условиями рынка и законодательством. Материальным основанием цены
продукции являются затраты.
Все затраты на содержание техники Zф (фактические) можно
разделить на две группы: условно-постоянные Zпост и переменные Zпер:
ρ=
Рис. 1.6. Схема формирования наработки парка машин
R=
∑ Цмаш.- ч i N iTi ,
Zф = Zпост + Z пер.
(1.18)
Условно-постоянные – это затраты, сумма которых не меняется
при изменении выручки от эксплуатации техники. К этой группе относятся: амортизация основных фондов; расходы на оплату труда
машинистов; износ нематериальных активов; арендная плата; расходы по содержанию зданий, помещений; услуги сторонних организаций; затраты по подготовке и переподготовке кадров; затраты некапитального характера, связанные с совершенствованием технологии
и организации производства; отчисления в ремонтный фонд; отчисления на обязательное страхование имущества и другие виды затрат.
Значительная часть условно-постоянных затрат в составе себестоимости машино-часа выступает в виде накладных расходов. Эти
затраты представляют собой по сути издержки владения техникой.
Сумма переменных затрат изменяется пропорционально наработке машин. Эта группа включает: транспортные издержки, расхо15
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
ды на оплату труда ремонтных рабочих, на горюче-смазочные материалы, электроэнергию для производственных целей, обслуживание
и ремонт техники.
Для удобства калькуляции затраты можно представить в виде
произведения себестоимости машино-часа Смаш.-ч(t) и количества отработанных машино-часов T(t). Для i-го количества машин формула
для расчета затрат, согласно действующим нормативам калькуляции
себестоимости работы машин [8], может быть представлена в виде:
Z ф (t ) = ∑ Т (t ) ⋅ C маш.- ч i (t ) =
А i (t ) + Зi + Z п.э.б i + Z вс i +  

 +
= ∑ Ti (t ) + Н i + Z накл i + Z хр i + Z пр i   =


+ Z г.- с.м i (t ) + Z ТОиР i (t ) + Z тр i 
= Z пост i (t ) + Z пер i (t ),
[
]
(1.19)2
где Аi(t) – амортизационные отчисления; Зi(t) – зарплата машинистов; Zп.э.б i – затраты на содержание производственно-эксплуатационной базы; Zвс i – отчисления в вышестоящую организацию, учредителям и т. п.; Нi – налоги; Zнакл i – накладные расходы; Zхр i – затраты на
хранение машин; Zпр i – прочие отчисления (на страховки, банковские
проценты по кредитам, лизинговые платежи, разрешения, техосмотры и пр.); Zг.-с.м i(t) – затраты на горюче-смазочные материалы и рабочие жидкости; ZТОиР i(t) – затраты на технические обслуживания и ремонты, в том числе на запчасти и быстроизнашивающиеся части
(БИЧ); Zтр i – затраты на транспортирование машин (перебазировку).
Первое слагаемое выражения (1.19) в квадратных скобках представляют собой условно-постоянные затраты Zпост i(t), не зависящие
от количества выпущенной продукции (отработанных машино-часов)
за расчетный период (но это не значит, что Zпост i(t) не зависят от среднего возраста парка машин). Второе слагаемое в квадратных скобках –
В формуле затраты представлены в функции времени, чтобы показать какие
составляющие зависят от срока службы машин. Это понадобится в дальнейших расчетах.
2
16
переменные затраты Zпер i(t), возрастающие пропорционально объему продукции.
Имеющиеся условно-постоянные затраты (или издержки владения техникой) не зависят от того, эксплуатируется техника или нет.
Они могут составлять до половины общих затрат, т. е. на две простаивающие без работы машины идет столько средств, сколько на одну
работающую. Отсюда понятно, что для повышения рентабельности
предприятия следует действовать по нескольким направлениям:
оптимизировать состав парка машин путем сокращения количества простаивающих по каким-либо причинам машин и приобретения техники, пользующейся повышенным спросом;
улучшать работу службы технической эксплуатации для сокращения простоев по техническим причинам, уменьшения затрат
времени и ресурсов на ремонты;
совершенствовать службу коммерческой эксплуатации для
обеспечения более полной загрузки техники.
Условно-постоянные затраты на эксплуатацию строительной
техники Zпост, с точки зрения финансовых расчетов с учредителями,
содержат составляющие:
(1.20)
Z пост = Z в + Z п.э.б + Z вс ,
где Zв – издержки владения техникой; Zп.э.б – затраты на содержание
производственно-эксплуатационной базы; Zвс – отчисления в вышестоящую организацию (учредителю), если таковая имеется.
Расчетные значения составляющих zпост и zпер на машино-час работы машины приведены в табл. 1.1.
В расчете не учтены налоги и прочие платежи. Они могут быть
отнесены к накладным расходам, входящим в состав затрат на содержание базы Zп.э.б. В дальнейшем анализе будем использовать расчетные данные табл. 1.1, так как действительные составляющие Смаш.-ч
на практике получить весьма затруднительно.
Деление затрат на условно-постоянные и переменные позволяет четко показать зависимость между выручкой, себестоимостью
и размером прибыли от реализации. Эта зависимость прибыли от реализации выражается с помощью графика рентабельности (рис. 1.7).
17
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
Таблица 1.1
Сметная себестоимость машино-часа Смаш.-ч эксплуатации экскаваторов
4-й размерной группы3
Расчетные показатели,
Наименование статей затрат
р./маш.-ч
Zпост
Zпер
Амортизационные отчисления
170
–
Затраты на ремонт и техническое обслуживание
–
270,6
Оплата труда машиниста
60,0
–
Затраты на дизельное топливо
–
104,0
Затраты на смазочные материалы
–
20,8
Затраты на гидравлическую жидкость
–
8,2
Затраты на перебазировку
–
62,4
Сумма 230
466
Итого Смаш.-ч
696
Выручка, затраты,
р.
% от
Смаш.-ч
24,4
38,9
8,6
14,9
3,0
1,2
9,0
–
100
Вы
ру
чк
а(
Пр
бе
зН
иб
ыл
ДС
ь
)
В
В точке Б имеет место равенство В0 = Zф, которое показывает,
при каком объеме T0 выполненных услуг (продукции) окупятся валовые издержки предприятия, т. е. показывает ту предельную сумму
выручки, ниже которой деятельность предприятия будет убыточной,
так как линия себестоимости находится выше линии выручки.
Следует отметить, что разница в углах наклона линий выручки
и фактических затрат определяется разностью цены и себестоимости
машино-часа (маржой по финансовой терминологии).
Анализ точки безубыточности (иными словами – маржинальный анализ) служит для ответа на вопрос: сколько единиц продукции
или услуг должно продать предприятие, чтобы возместить свои издержки.
Уравнение влияния факторов на прибыль будет выглядеть следующим образом (для одной машины):
П = Ц маш.-чT − ( zперT + Z пост ) или П = (Ц маш.-ч − zпер )T − Z пост , (1.21)
Рис. 1.7. График рентабельности:
Б – точка безубыточности; В0 – пороговая выручка; T0 – пороговый объем
продукции; Zпер – переменные затраты; Zпост – условно-постоянные затраты;
Zф – фактические суммарные затраты
где zперТ = Zпер.
Последняя формула показывает, что величина прибыли зависит
от наработки, разности между ценой машино-часа и величиной приходящихся на нее переменных затрат, т. е. суммы, направляемой на
покрытие постоянных затрат, и величины постоянных затрат.
Рассмотрим ряд задач с использованием методики анализа точки безубыточности.
Задача 1. Определить цену машино-часа Цмаш.-ч, обеспечивающую уровень рентабельности эксплуатации парка машин в размере
R = 20 % за расчетный период (месяц), и характеристики графика
рентабельности: месячную выручку и прибыль, пороговую наработку и выручку.
Данные: расчетный период4 – 1 месяц; затраты на содержание
базы Zб = 300 тыс. р.; отчисления в вышестоящую организацию
Zвс = 350 тыс. р.; себестоимость машино-часа Смаш.-ч = 696 р. и ее составляющие – издержки владения машиной zпост = 230 р. и сумма пе-
Расчет выполнен по МДС 81-3.99 [8] по данным УМ-4 Санкт-Петербурга
в 2005 году.
Расчет проводится по данным УМ-4 (Санкт-Петербург) на примере экскаватора ЭО-4125.
18
19
Zпер
Б
Zпост
Уб
ыт
ок
B0
Zф
T0
Количество продукции , шт.
(маш.-ч)
3
4
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
ременных затрат zпер = 466 р.; количество машин в парке N = 40 шт.;
среднее количество работающих машин в смену Np = 34 шт.; месячный фонд рабочего времени машины Т = 180 маш.-ч; среднее количество часов работы машины в месяц Тр = 160 маш.-ч.
Решение.
Искомое значение Цмаш.-ч из (1.20) и (1.21):
Z пост = Z п.э.б + Z вс + ∑ z постT , Z пер = ∑ z перTр ,
Nр
N
Ц маш.-ч = ( R + 1)
Z пост + Z пер
Tр
= 1074 р.
(1.22)
(1.23)
Месячная выручка (доход)
В = ∑ Ц маш.- чTр = 5845 тыс. р.
(1.24)
Nр
Пороговая наработка парка машин
T0 = Zпост / (Цмаш.-ч – zпер) = 3839 маш.-ч.
(1.25)
Пороговая выручка
В0 = T0 Цмаш.-ч = 4125 тыс. р.
Прибыль
П = В – Zф = 974 тыс. р.
(1.26)
(1.27)
Решение.
После несложных преобразований рассмотренных выше формул получаем
Tр =
( R + 1) Z пост
.
Ц маш.-ч − ( R + 1) zпер
(1.28)
Аналогично можно найти и сумму переменных затрат zпер, входящую в состав себестоимости машино-часа. Наиболее весомой составляющей zпер являются затраты на ТОиР. Информация о максимально допустимой себестоимости ТОиР позволит оптимизировать состав операций и периодичность ТОиР.
Формула (1.28) позволяет оценить численно влияние составляющих на эффективность работы ПЭСМ.
Влияние воздействия на постоянные затраты
Снизить условно-постоянные затраты возможно путем уменьшения величины ее составляющих. Управляющему воздействию наиболее доступны затраты на содержание базы, которые по существу являются накладными расходами. На практике это делается путем сдачи
части площадей в аренду, обслуживанием сторонней техники и т. п.
В результате снижения Zпост, например, на 25 % пороговая наработка Т0 и пороговая выручка В0, согласно (1.25) и (1.26), также уменьшатся на 25 % (рис. 1.8), а прибыль возрастет в соответствии с (1.28).
Падение затрат позволит также уменьшить отпускную цену машиночаса, согласно (1.23), что повысит конкурентоспособность предприятия.
В нашем примере уменьшение Zпост на 25 % приводит к увеличению прибыли на 60 % при постоянной цене машино-часа или к снижению Цмаш.-ч на 10 % при фиксированном уровне рентабельности.
Задача 2. Определить месячную наработку Tр парка машин, обеспечивающую уровень рентабельности эксплуатации парка в размере R = 20 % за расчетный период (месяц) при известной цене машино-часа Цмаш.-ч.
Влияние воздействия на переменные затраты
Снижение переменной составляющей затрат возможно за счет
экономии ГСМ, совершенствования работы службы ТЭ. Уменьшение Zпер на 25 % приводит к увеличению прибыли на 65 % при постоянной цене машино-часа (рис. 1.9) или к снижению Цмаш.-ч на 11 %
20
21
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
(б
ез
НД
Пр
иб
С)
ыл
ь
В
Z1 ф
Вы
ру
чк
а
Z2ф
Zпер
Z1 пост
Б2
Уб
ыт
ок
Z2 пост
Т20 Т1 0
Выручка, затраты,
р.
В1
Б1
(б
ез
Вы
ру
чк
а(
бе
зН
Пр
иб
ДС
ыл
)
ь
В
Z1ф
Z3ф
Z1пер
Z3пер
Zпост
Б3
Уб
ыт
ок
B10
B30
Выручка, затраты,
р.
НД
С)
Количество продукции , шт.
(маш.-ч)
Рис. 1.8. Влияние снижения постоянных затрат на величину прибыли
(индекс «1» соответствует начальному состоянию,
«2» – после снижения постоянных затрат)
Т30 Т10
Количество продукции , шт.
(маш.-ч)
Рис. 1.9. Влияние снижения переменных затрат на величину прибыли
(индекс «1» соответствует начальному состоянию,
«3» – после снижения переменных затрат)
22
Вы
ру
чк
а
B20
Б1
Влияние воздействия на цену машино-часа
В отличие от затрат на производство, уровень которых (в нормальных экономических условиях) контролируется руководителями
организации, изменение цен на продукцию в большей мере зависит
от внешней конкурентной среды. Снижение цен на продаваемую продукцию, как правило, укрепляет позиции компании на рынке и позволяет ей увеличить объем реализуемой продукции.
По данным нашего примера в результате снижения цены машиночаса на 10 % объем реализации услуг, необходимый для достижения
точки безубыточности, увеличивается на 21 % (рис. 1.10), прибыль
и уровень рентабельности падают на 54 %, т. е. более чем в два раза.
B40
B10
Б1
Б4
В2
Zф
Zпер
Zпост
Уб
ыт
ок
B10
при заданном уровне рентабельности. Анализируя состав переменных затрат (см. табл. 1.1), наиболее эффективным представляется
сокращение издержек на ремонты и техническое обслуживание.
Уменьшение данной статьи затрат возможно путем обновления парка машин и совершенствования системы технической эксплуатации.
Пр
иб
ыл
ь
Выручка, затраты,
р.
Т10 Т40 Количество продукции , шт.
(маш.-ч)
Рис. 1.10. Влияние снижения цены машино-часа на величину прибыли
(индекс «1» соответствует начальному состоянию,
«4» – после снижения цены)
23
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
Эффект от увеличения наработки машин
Наработка машин за расчетный период характеризует работу
практически всех подразделений управления механизации. Так, простои исправных машин указывают на недостаточную эффективность
коммерческой службы. Потери рабочего времени вследствие неисправности техники свидетельствуют о недоработках службы ремонта или изношенности парка машин. Ориентация на получение максимальной прибыли поможет оптимизировать и состав парка машин,
и структуру самой организации.
Если выражение (1.15) для прибыли развернуть в виде
П = Ц маш.- ч N рTр − ( Z пост + zпер N рTр ),
y = f (x) :
П(T
P ( tpр))
5·106
В(T
B ( tpр))
ZZôф(T
( tpр))
0
– 5·10 6
100
150
200
tp
Наработка
машины в
месяц Tр, маш.-ч
Рис. 1.11. Влияние величины месячной наработки Тр (маш.-ч)
машин на прибыль П (р.), выручку В
и затраты Zф при Цмаш.-ч = const
Цена машиночаса , р.
1,4·103
1,2·103
Ц маш.-ч
Öì÷ (T
( tpр))
1·103
0,8·103
100
150
200
tp
Наработка
машины в
месяц T р, маш.-ч
(1.30)
Эластичность показывает процентный прирост функции, соответствующий приросту аргумента на 1 %.
При увеличении условно-постоянных и переменных затрат на 1 %
прибыль уменьшается соответственно на 2,4 и 2,6 %. С возрастанием
наработки и цены машино-часа на 1 % прибыль увеличивается соот24
1·107
(1.29)
то становится очевидным, что с ростом наработки NрТр машин выручка (первое слагаемое) увеличивается на относительно большую
величину, чем затраты (выражение в скобках). В структуре издержек
сократится доля условно-постоянных затрат, соответственно снизятся накладные расходы, появится возможность уменьшить цену машино-часа согласно формуле (1.23). Таким образом, прибыль будет
расти более ускоренными темпами, чем наработка машин.
Расчет для нашего примера показывает рост прибыли с увеличением Тр при постоянной цене машино-часа (рис. 1.11) и уменьшение Цмаш.-ч при фиксированном уровне рентабельности (рис. 1.12).
Влияние относительного изменения x независимой переменной х ( x = x/x) на относительное приращение y зависимой переменной у ( y = y/y) характеризуется эластичностью функции
ε x ( y ) = δy ÷ δx.
Выручка, затраты,
прибыль, р.
Рис. 1.12. Влияние величины месячной наработки Т р (маш.-ч)
машин на цену машино-часа Ц маш.-ч (р.)
при фиксированном уровне рентабельности
25
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
ветственно на 2,8 и 5,38 %. Таким образом, абсолютное значение эластичности прибыли относительно первых трех аргументов таблицы
примерно одинаковое. Наиболее чувствительна прибыль к цене машино-часа.
Таблица 1.2
Значение эластичности прибыли относительно аргументов
УсловноФункция
постоянные затраты
Прибыль
–2,40
сталкиваться со скачками затрат и цен. Искажения из-за инфляции,
возникающие со временем, также должны быть учтены.
Выручка, затраты,
р.
Ж
Вы
ру
чк
а(
бе
зН
Пр
ДС
иб
)
ыл
ь
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Аргумент
Переменные
затраты
Наработка
–2,60
2,80
Цена машиночаса
5,38
Д
Г
еме
Пер
Е
раты
т
а
ез
ы
н
н
Чтобы эффективно использовать парк строительных машин,
необходимо знать, как изменяются во времени показатели работоспособности самих машин. Работоспособность техники определяется уровнем ее надежности. ГОСТ 27.002–89 дает такое определение
надежности: «Свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования». Следовательно, надежность характеризует изменение
качества изделия по мере его эксплуатации. Это – качество изделия,
развернутое во времени.
26
27
Уб
ыт
ок
Мультипликативный эффект влияния факторов
на эффективность
Выше было показано влияние факторов на эффективность
ПЭСМ, действующих по отдельности. В действительности возможно одновременное воздействие различных сочетаний факторов.
На рис. 1.13, где показано потенциальное изменение как постоянных,
так и переменных затрат в процессе производственной деятельности
предприятия, отражены и возможные изменения цены продукции
и выручки организации:
А. Новый скачок постоянных затрат вызывается увеличением
стоимости электроэнергии.
Б. Сезонное увеличение затрат на содержание базы, потребовавшее дополнительных накладных расходов.
В. Прирост накладных расходов из-за увеличения ставок налогов.
Г. За счет совершенствования СТЭ снижены переменные затраты на единицу продукции.
Д. Сезонное уменьшение переменной составляющей затрат.
Е. Рост переменных затрат, вызван увеличением цен на горючесмазочные материалы.
Ж. Уменьшение выручки из-за вынужденного снижения цены
продукции (машино-смены).
Рис. 1.13 показывает, что линейные зависимости, приведенные
на рис. 1.7–1.10, это всего лишь приблизительное выражение ступенчатых функций, поскольку в реальных обстоятельствах приходится
А
Б
В
Постоянные затраты
Количество продукции , шт.
(маш.-ч)
Рис. 1.13. График рентабельности
при изменяющихся факторах
1.4. Динамика показателей работоспособности
строительных машин
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
28
Показатели надежности
Надежность в целом
Свойст- Наименоваво на- ние показатедежно- ля надежности
сти
1
2
Коэффициент
сохранения
эффективности
Коэффициент
оперативной
готовности
Коэффициент
технического
использования
Коэффициент
готовности
Безотказность
Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации может
включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Каждое из перечисленных свойств характеризуется своими показателями. Показатели, привязанные к определенному свойству, называют единичными. В отличие от единичных применяют
также комплексные показатели, которые характеризуют несколько
свойств (табл. 1.3).
По мере старения машины происходит изменение показателей
надежности и технико-экономических показателей: уменьшается наработка на отказ; увеличивается время восстановления; снижается
производительность; возрастают затраты на поддержание работоспособного состояния машины. Установление законов изменения этих
показателей по времени позволит управлять уровнем работоспособности машины посредством технических воздействий (ТВ), оптимизировать срок службы машины и эффективно управлять всем парком
машин.
Большое количество статистической информации накоплено
исследователями автомобильного транспорта. Так, изменение некоторых показателей качества легкового автомобиля-такси в зависимости от пробега представлены на рис. 1.14 [6]. Естественно предположить, что подобный характер зависимостей будет характерен и для
других мобильных машин, в том числе и строительных.
При увеличении срока службы автомобилей с 8 до 10 лет затраты на ТОиР, а также капиталовложения в производственную базу возрастают на 15…23 % . Возрастание сроков службы автомобилей с 7
до 12 и более лет увеличивает годовые затраты на ТОиР и производственную базу на 42…46 %. Таким образом, списание автомобилей
с возрастом свыше 10 лет обеспечит при постоянном объеме перевозок: сокращение размера парка на 6 %, уменьшение затрат на техническое обслуживание и текущий ремонт на 15 % и капиталовложений в производственную базу на 23 %. Соответственно на один инвентарный автомобиль затраты на ТОиР уменьшатся на 2 %,
а удельные капиталовложения в производственную базу – на 24 % [6].
Таблица 1.3
Определение
3
Отношение значения показателя эффективности использования объекта за определенную
продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы объекта
в течение того же периода не возникают
Вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный
момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта
по назначению не предусматривается, и начиная с этого момента будет работать безотказно в течение заданного интервала времени
Отношение математического ожидания суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период
эксплуатации к математическому ожиданию
суммарного времени пребывания объекта
в работоспособном состоянии и простоев,
обусловленных техническим обслуживанием
и ремонтом за тот же период
Вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный
момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта
по назначению не предусматривается
Вероятность того, что в пределах заданной
наработки отказ объекта не возникает
Вероятность
безотказной
работы
Средняя нара- Математическое ожидание наработки объекта
ботка до отка- до первого отказа
за
Наработка, в течение которой отказ объекта
Гаммапроцентная
не возникнет с вероятностью γ, выраженной в
наработка до процентах
отказа
Средняя нара- Отношение суммарной наработки восстанавботка на отказ ливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки
29
Обозначение
4
Kэф
Kо.г
Kт.и
Kг
P(t)
Тср
Тγ%
Тот
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Сохраняемость
Ремонтопригодность
Долговечность
Окончание табл. 1.3
2
3
4
Интенсивность Условная плотность вероятности возникно- λ(t)
отказов
вения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента
времени отказ не возник
Параметр по- Отношение математического ожидания ω(t)
тока отказов
числа отказов восстанавливаемого объекта
за достаточно малую его наработку к значению этой наработки
Осредненный Отношение математического ожидания ωс(t)
параметр по- числа отказов восстанавливаемого объекта
тока отказов
за конечную наработку к значению этой
наработки
Средний
ре- Математическое ожидание ресурса
Тр
сурс
ГаммаСуммарная наработка, в течение которой Тр γ%
процентный
объект не достигнет предельного состояния
ресурс
с вероятностью γ, выраженной в процентах
Средний срок Математическое ожидание срока службы
Тсл
службы
ГаммаКалендарная продолжительность эксплуа- Тсл γ%
процентный
тации, в течение которой объект не достигсрок службы нет предельного состояния с вероятностью
γ, выраженной в процентах
Среднее время Математическое ожидание времени восста- Тв
восстановле- новления работоспособного состояния объния
екта после отказа
Вероятность
Вероятность того, что время восстановле- Pв(t)
восстановле- ния работоспособного состояния объекта
ния
не превысит заданного
ГаммаВремя, в течение которого восстановление Тв γ%
процентное
работоспособного состояния объекта будет
время восста- осуществлено с вероятностью γ, выраженновления
ной в процентах
Средняя тру- Математическое ожидание трудоемкости Твч
доемкость вос- восстановления объекта после отказа
становления
Средний срок Математическое ожидание срока сохраняе- Тс
сохраняемости мости
30
10000
Затраты на запасные
части
Средняя трудоемкость
устранения одного отказа
1000
Показатели, %
Безотказность
1
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
Номенклатура запасных
частей
Средний расход
запасных частей на
автомобиль
Простои в ТОиР
ТО и Р
100
Коэффициент технической
готовности
Пробег на рабочий день
10
0
50
100
150
200
250
300
Пробег, тыс. км
Рис. 1.14. Изменение некоторых показателей качества легкового автомобилятакси в зависимости от пробега (100 % по шкале показателей соответствует
новой машине)
На основании анализа показателей технического состояния
и использования строительных машин можно сделать следующие выводы:
снижение годовой наработки экскаваторов составляет
2,3…4,2 %, бульдозеров 1,1…2,4 %;
падение часовой производительности экскаваторов – 1…3 %
в год, бульдозеров 0,6…1,5 %;
возрастают затраты: на ТОиР на 2…5 %, эксплуатационные
затраты на 1…3,4 %, годовые суммарные затраты на 3…8 %;
увеличиваются затраты на эксплуатационные материалы: на
топливо – 0,5…1,5 %, на моторное масло и гидравлическую жидкость –
2…10 %;
основную часть условно-постоянных издержек составляют
отчисления на амортизацию (15…40 %), в переменной составляющей затрат большая доля приходится на ТОиР (до 35 %);
31
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
в результате себестоимость машино-часа увеличивается на
5…10 % в год;
уровень восстановления работоспособности, выраженный
в коэффициенте готовности, после высококачественного капитального ремонта (КР) составляет 80…90 % новой машины или после
предыдущего КР. Производительность с каждым КР снижается на
5…10 %;
продолжительность каждого последующего ремонтного цикла сокращается на 10…20 %;
стоимость первого КР составляет 30…50 % стоимости новой машины, затраты на проведение каждого последующего КР возрастают на 8…15 % по отношению к предыдущему, затраты на текущие ремонты и техническое обслуживание за каждый последующий
ремонтный цикл увеличиваются на 10 %.
По мере старения машины изменяются ее надежностные характеристики (параметр потока отказов, коэффициент готовности и другие), контролируя которые методами статистического анализа, можно планировать мероприятия ТЭ для поддержания этих характеристик в требуемых пределах.
В предыдущем разделе было показано, что наработка Тр.р(t)
и производительность Q(t) в единицу времени падают с интенсивностью 1,1…4,2 % в год. Эти изменения достаточно хорошо (с адекватностью 0,92…0,98) описываются экспоненциальной зависимостью
с параметром = 0,012…0,048 год–1 (параметр старения по наработке
, производительности Q и по затратам Z) (рис. 1.15):
t
Tр.р (t ) = Tр.р (1) ⋅ exp(−βt ⋅ t ), Q(t ) = Q(1) exp(−βQ ⋅ t ),
(1.31)
где Тр.р(t), Q(t) – наработка и производительность машины в единицу
времени месяц (год) (cм. рис. 1.4); t – возраст машины, месяцы, годы;
– параметр, характеризующий падение наработки с возрастом маt
шины (параметр «старения» машины), мес–1, год–1; Тр.р(1), Q(1) – наработка и производительность новой машины за первый месяц (год).
32
а)
б)
Т
Тр
Тр.р(1)
Тр.р
K
1
Тр.н.п (t)
Kп.п (t)
Тр.р (t) Т (t)
р.н.н
Kг(t)
Тmin
0
K
tc
t
min
г
0
Kт.и (t)
tc t
Рис. 1.15. Изменение характеристик работоспособности
строительных машин в процессе эксплуатации:
а – наработки; б – показателей технической эксплуатации
Динамика отношения Тр.р(t)/ Тр.р(1) характеризует изменение коэффициента готовности машины. Тогда из формулы (1.31) следует, что
K г (t ) = exp( −βt ⋅ t ).
(1.32)
Kг изменяется по времени от единицы (считаем, что в первый
месяц эксплуатации новая машина, прошедшая приработку, не требует непланового ремонта) до значения K гmin на месяц списания tс
(см. рис. 1.15). Значению K гmin соответствует минимальное значение
наработки Tmin = Tp.p (tc ).
Коэффициент технического использования может быть определен в соответствии с выражением (1.32):
K т.и (t ) = K п.п (t ) ⋅ exp( −βt ⋅ t ) .
(1.33)
Следует отметить, что выражение (1.32) описывает усредненное изменение коэффициента готовности по времени, потому что значение показателя t определено как средневзвешенное по периодам
интенсивного, неинтенсивного использования машины и хранения
(расчет для реальных условий эксплуатации приведен в разделе 1.5).
33
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
Коэффициент готовности и наработка машины
Выше была рассмотрена структура коэффициентов готовности
и технического использования машины. Однако формула (1.31) не
совсем адекватно описывает динамику наработки в первые годы эксплуатации машины. Согласно нашим исследованиям наработка Тр.р(t)
незначительно изменяется в течение первых 2–4-х лет эксплуатации
(рис. 1.16, линия 1), ее динамика в этот период описывается полиномом вида
Tp.p (t ) = Tp.p (1)(−0,0068 ⋅ t 2 − 0,006 ⋅ t + 1),
(1.34)
где t – год эксплуатации.
Т р.р (t )
Т р.р (1)
с возрастом машины, так как для поддержания требуемого уровня
работоспособности необходим больший объем плановых технических
воздействий (ТВ), т. е. Тр.н.п будет возрастать на 5…10 % в год [1, 10, 11].
Динамика затрат на эксплуатацию машины
Фактические затраты, описываемые формулой (1.18) и рассматриваемые за определенный период времени (год), изменяются с возрастом машины (см. рис. 1.11). Условно-постоянная составляющая
фактических затрат [формула (1.20)], а точнее часть этих затрат – издержки владения Zв, приходящиеся на единицу времени (час, месяц,
год), уменьшаются пропорционально сроку службы:
Z пост (t ) = C м.н / t ,
1
0,8
2
3
где См.н – стоимость новой машины.
В пересчете на машино-час издержки владения составят:
t
zпост (t ) = С м.н / ∑ Tр.р (t ).
1
0,6
0,4
0
5
10
15 t, год
Рис. 1.16. Изменение наработки экскаватора ЭО-4125 в процессе
эксплуатации:
1 – Т р.р (t ) Т р.р (1) = −0,0068 ⋅ t 2 − 0,006 ⋅ t + 1 ;
2 – Т р.р (t ) Т р.р (1) = exp(−0,048 ⋅ t ) ;
3 – Т р.р (t ) Т р.р (1) = 1 − 0,037 ⋅ t .
Однако из-за незначительности влияния этого периода на общую динамику показателей эксплуатации машин и упрощения их
моделирования в дальнейшем будем считать, что наработка изменяется согласно выражению (1.31).
Коэффициент планируемого применения, связывающий коэффициенты готовности и технического использования, уменьшается
34
(1.35)
(1.36)
Переменная составляющая затрат экспоненциально возрастает
по времени работы машины: от значения Zпер(1) на эксплуатацию новой машины за первый год (месяц) до Zmax перед списанием:
Z пер (t ) = Z пер (1) exp(β z ⋅ t ), р.,
(1.37)
где β z – параметр, характеризующий увеличение затрат на эксплуатацию с возрастом машины (параметр «старения» машины по затратам), соответствует коэффициенту βt в формуле (1.32), год
д–1 (мес.–1).
Следует отметить, что величины β z и βt имеют близкие значения, β z = (2,1…5,4) 10–3 мес.–1, и могут как превышать, так и быть
меньше значения βt в зависимости от типа машины, условий эксплуатации и качества системы ТОиР.
35
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
Эксплуатационные затраты на машино-час машины возраста t
определяются выражением:
zпер (t ) = Z пер (t ) − Tр.р (t ) ,
(1.39)
1.5. Критерии для определения оптимального срока службы
Оптимальный срок службы машины может определяться по ряду
критериев, связанных с экономическими, техническими, технико-экономическими и прочими ресурсными характеристиками (рис. 1.18).
Динамика характеристик является функцией качества изготовления
машины и уровня ее технической эксплуатации (ТЭ).
тогда суммарные затраты на машино-час в функции времени составят
(рис. 1.17):
z (t ) = zпер (t ) + zпост (t ).
(1.40)
z пер (t)
600
zпер (t)
300
0
0
zпост (t)
с
tопт
2
4
6
8 10 t, год
Ресурс по
парамертам
Т-ресурс
Р
z(t)
zпост (t)
Н
900
аз
тк
z(t)
Списание
О
1200
Техническим
Технико-экономическим
Безопасности
Экологическим
Эргономическим
Социальным
Прочим
Р
и
ил
Удельные затраты,
р./маш.-ч
Экономический ресурс
ТР
Продажа
И
ТО,
мелкий ремонт
(1.38)
КР
Z н.р (t ) = Z пер (t ) − Z пер (1).
с
Минимум z(t) соответствует оптимальному сроку службы t опт
по удельным затратам на машино-час.
Повреждение
Если исходить из допущения, что возрастание эксплуатационных затрат по времени происходит только за счет увеличения количества неплановых ремонтов (НР), то можно найти издержки на НР:
Н/Р
Предельное
Рис. 1.18. События, состояния технической системы (граф переходов)
и ресурсные характеристики: И – исправное состояние; Р – работоспособное;
Н/Р – неработоспособное; ТР, НР, КР – ремонт, соответственно текущий,
неплановый, капитальный; Т-ресурс – технический ресурс
Здесь и далее расчет основан на данных Управления механизации № 4 СанктПетербурга.
Понятие срока службы связано с эффективностью применения
машин, представляющей собой, как было показано в разделе 1.1, отношение результата деятельности к затраченным ресурсам. Результат выражается в единицах выработанной продукции (кубометры
отрытого грунта, тонны перевезенного груза, площади уложенного
асфальта и т. д.) или отработанных машино-часах. Затраченные ресурсы можно разделить:
36
37
Рис. 1.17. Изменение затрат на машино-час
в зависимости от срока службы5 машины
5
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
на финансовые (амортизационные отчисления, зарплата машинистов, эксплуатационные материалы, технические обслуживания
и ремонты, накладные расходы и налоги);
временные (затраты времени на технические обслуживания
и ремонты, на доставку техники, на восстановление работ после внезапного отказа техники).
Выделяют оптимальный и максимальный сроки службы. Оптимальный соответствует максимуму эффективности, максимальный срок
службы – минимально допустимому ее значению. Остаток до максимального срока службы машины, выраженный в машино-часах, представляет собой остаточный ресурс по экономическим параметрам.
Управление сроками службы машин производится для получения заданных показателей функционирования парка техники с учетом условий эксплуатации и системы обеспечения его работоспособности. Показатели могут быть техническими (производительность,
объем выпущенной продукции), надежностными (интенсивность отказов, коэффициент готовности), экономическими (затраты, прибыль,
рентабельность) и пр. (см. рис. 1.18).
Определение срока службы по экономическим критериям
Экономически критериями оптимального срока службы могут
быть удельные показатели на машино-час: минимум затрат, максимум прибыли. Максимальный срок службы определяется минимально допустимым уровнем рентабельности.
По минимуму затрат на машино-час работы машины пример
приведен в разделе 1.4 (см. рис. 1.17).
Рассмотрим динамику прибыли, накопленную за срок службы
машины. По мере старения машины значение выручки будет падать,
так как согласно формуле (1.31) будет уменьшаться наработка машины в единицу времени. Затраты же будут возрастать. В течение срока
службы суммарная выручка SB(t ) = ∑ В(t ) и суммарные затраты
SZ (t ) = ∑ Z(t ) составят суммарную (накопленную) прибыль от эксплуатации машины (рис. 1.19, а):
SП(t ) = −См + SB(t ) − SZ (t ) .
38
(1.42)
а)
Выручка, затраты,
прибыль, р.
2·107
SB(t)
–SZ(t)
SП(t)
1·107
SП(t)
0
–См
tок
7
–1· 10
б)
SB(t)
0
Удельная
прибыль,
р./маш.-ч
400
–SZ(t)
tП
tSП=0
max
10
20
30
40
50 t, год
S П (t )
SТ р ( t )
200
0
П max
tопт
0
5
10 t, год
Рис. 1.19. Динамика накопленной прибыли SП(t) (а) и удельной прибыли (б)
за срок службы машины: SB(t), SZ(t), STр(t) – накопленные выручка, затраты
и наработка; См – стоимость новой машины; tок – срок окупаемости; t П –
max
срок службы по максимуму накопленной прибыли; tSП=0 – срок службы, при
котором затраты на поддержание работоспособности машины «съедят» всю
П max
– оптимальный срок службы по максимуму удельной
прибыль; tопт
накопленной прибыли
График суммарной прибыли SП(t) имеет четыре характерные
точки в моменты времени: 0, tок, t П max и tSП=0. При t = 0 SП(t) = –См.
До момента времени окупаемости tок значение суммарной прибыли
остается меньшим нуля. Максимума SП(t) достигает при t П max . В этотт
момент становятся равными величины годовых выручки и затрат.
Эксплуатация машины должна быть прекращена ранее времени t П max .
Дальнейшее использование машины будет приносить убыток,
39
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
и к моменту tSП=0 затраты на поддержание работоспособности старой
машины «съедят» всю прибыль.
Таким образом, оптимальный срок службы машины находится
в интервале времени от tок до t П . Более конкретно можно прогноmax
зировать оптимальный срок службы по модели динамики удельной
накопленной прибыли (рис. 1.19, б).
Дополнительную информацию по выбору срока службы может
дать анализ уровня рентабельности эксплуатации машины:
R(t ) = П(t ) / Z (t ) ≥ Rmin
(1.43)
– один из основных экономических показателей. Задавшись нижним
значением Rmin, например 0,3 (рис. 1.20), получаем максимальный срок
R min
службы t max
по условию нижнего предела уровня рентабельности,
R min
меньший t П max . Нетрудно заметить, что t max
намного превышает опRmax
тимальный срок службы tопт , рассчитанный по минимуму удельных
затрат, приведенных к машино-часу.
R(t)
2
1
1
0,3
0
R max
t опт
10
Рис. 1.20. Динамика уровня рентабельности за срок службы машины:
Rmin – максимальный срок службы по
t max
минимально допустимому уровню
Rmax – оптирентабельности R min; tопт
мальный срок службы по максималь2
ному уровню рентабельности Rmах;
линии 1 и 2 соответствуют равномерному и ускоренному (с коэффициен20 t
30 t, год том два) методам расчета амортизациRmin
П max
t max
онных отчислений
Модели определения сроков службы по минимуму удельных
затрат и максимуму удельной прибыли (оптимальные значения примерно совпадают) целесообразно применять при наличии у эксплуатирующей организации средств для обновления парка машин. В этом
случае можно будет выручить значительные суммы от продажи машины (рыночная стоимость снижается примерно на 20 % в год от
текущего значения рыночной стоимости). Модель минимума уровня
40
рентабельности применима для предприятий, испытывающих дефицит средств для приобретения новой техники.
Следует отметить, что срок службы машин определяется также
требуемым уровнем работоспособности для выполнения заданной
работы. Так, на менее ответственных объектах можно применять менее надежную технику и, наоборот, если при выполнении работы
простои машины вследствие внезапных отказов чреваты серьезными
экономическими или другими последствиями, то следует использовать более надежные машины. С учетом возможного экономического
ущерба У(t) от простоев техники (или других видов ущерба, выраженных через экономический эквивалент) выражение для прибыли
представлено формулой (1.1). Механизм влияния ущерба на эффективность применения машин рассмотрен в работе [13].
Управлять сроками службы техники можно также и экономическими методами, например, применением различных схем амортизационных начислений (см. рис. 1.20).
Определение срока службы по ресурсным параметрам
Срок службы по другим ресурсным параметрам (РП) определяется временем достижения предельного состояния (ВДПС) по данному виду ресурса. ВДПС зависит от начального и предельного значений РП, закона изменения РП (табл. 1.4).
Таблица 1.4
Параметры остаточного ресурса по другим характеристикам
Тип параметров
Технические
Техникоэкономические
Надежностные
Безопасности
Параметр, показатель
Производительность
Себестоимость продукции
Наработка на отказ, коэффициент готовности
Вероятность безотказной работы, запас прочности,
величина люфтов, вибрация
Экологические
Загрязнение окружающей среды
Эргономические Усилия на рычагах управления, удобство работы, шум,
вибрация, внешний вид машины
Социальные
Условия труда (престижность работы на данной
машине, возможность заработать)
41
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
Зависимость производительности Q(t) от срока службы описывается формулой (1.31) (рис. 1.21). Предельным Qпред считается 80%ный уровень снижения производительности [9].
Q (t), %
Q(1)= 100%
Qпред=80%
1
tост
tc
tф
t, год
Рис. 1.21. Модель остаточного
ресурса по минимуму производительности:
Q(1) – производительность новой
машины за первый год эксплуатации;
Qпред – предельная производительность; tф – фактический срок службы; t ост – остаточный ресурс;
tс – возраст списания машины
Эксплуатационные данные (количество внезапных отказов НР(t)
и время восстановления после отказа Тв) позволяют определить
необходимый набор показателей надежности (рис. 1.22):
а)
Tот (t),
маш.-ч
600
400
б)
в)
P(t,∆T)
(t)
0,8
0,02
200
0,01
0
0
3
среднюю наработку на отказ:
42
вероятность безотказной работы на отрезке времени T:
P (t , ∆T ) = exp[− Λ (t ) ⋅ ∆T ].
(1.46)
Каждому показателю задается предельное значение и соответствует своя модель срока службы. Так, срок службы и остаточный
ресурс машин по выбранному минимальному значению коэффициента готовности определяются выражениями (рис. 1.23):
tс =
[
− ln K гmin
;
βt
(1.47)
]
tост (t ) = ln K г (t ) − ln K гmin / βt .
K гmin
4
0
5
10 t, год
0
5
10 t, год 0
5
10 t, год 0
Рис. 1.22. Зависимость показателей надежности от срока службы экскаватора:
а – наработки на отказ Tот(t); б – приведенной интенсивности отказов Λ(t);
в – вероятности безотказной работы P(t) за определенный период времени ∆T,
равный 1 – 50, 2 – 100, 3 – 200, 4 – 500 маш.-ч
Tот (t ) = Tр.р (t ) / НР(t ), маш.-ч;
(1.45)
(1.48)
2
0,4
0,2
Λ (t ) = 1 /[Tот (t ) + Tв ], ч–1;
Kг (t)
K г(1)
1
0,6
приведенную интенсивность отказов:
(1.44)
1
t ост
tф
tc
t, год
Рис. 1.23. Оценка остаточного ресурса
по коэффициенту готовности
Влияние режимов эксплуатации на динамику
коэффициента готовности машин
Наличие эксплуатационной информации позволяет реализовать
способ учета влияния режимов эксплуатации на коэффициент готовности. При эксплуатации строительных машин сочетаются периоды более и менее интенсивной работы, простоев по организацион43
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
ным причинам, хранения. Значения показателей старения t в различные периоды будут отличаться. Динамика Kг в зависимости от чередования периодов (i) эксплуатации (рис. 1.24) рассчитывается по
рекуррентной формуле
K г i = K г i −1 exp[− βi (ti − ti −1 )].
(1.49)
i= 0
β·10 = 0
Kг·10 = 9
Kг(i)
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
0,48 0,08 0,28 0,48 0,28 0,08 0,48 0,28 0,08 0,28 0,48 0,08
8,74 8,72 8,65 8,49 8,39 8,36 8,17 8,05 8,02 7,89 7,66 7,63
1
поставленную задачу по параметру безотказности (отработать безотказно заданный промежуток времени) – данные коэффициенты не
дают ответа.
Поэтому в качестве характеристики безотказной работы парков
машин в течение заданного промежутка времени можно использовать коэффициент оперативной готовности Kо.г [4]. Коэффициент
оперативной готовности – вероятность того, что объект окажется
в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта
по назначению не предусматривается, и начиная с этого момента будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.
Из определения следует, что в функции срока службы (t) Kо.г
может быть рассчитан по формуле
0,9
K о.г (t , ∆T ) = K г (t ) ⋅ P (t , ∆T ),
0,8
0,7
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 i
Рис. 1.24. Динамика коэффициента готовности по периодам эксплуатации
Посредством показателей надежности оценивается безопасность
технических систем, одной из характеристик которой является техногенный риск. Риск возникает в результате внезапных отказов техники, его средняя величина может быть получена как произведение
потерь при наступлении неблагоприятного события на вероятность
этого события.
(1.50)
где Kг(t) коэффициент готовности; Р(t, Т) вероятность безотказной
работы объекта в течение времени ( Т), необходимого для безотказного
использования по назначению.
Выражение (1.50) может быть представлено и в функции наработки Т с начала эксплуатации.
Для часто используемого в расчетной практике простейшего
потока отказов с интенсивностью (t) для экспоненциального закона
распределения внезапных отказов машин:
P(t , ∆T ) = exp[− λ(t ) ⋅ ∆T ].
(1.51)
Динамика коэффициента оперативной готовности
Коэффициенты готовности Kг и технического использования Kт.и
описывают состояние парка, рассчитанное по соотношению продолжительностей работоспособного и неработоспособного состояний за
определенный довольно значительный промежуток времени, или
(только для коэффициента готовности) в контрольный момент времени. Насколько гарантированно парк машин способен выполнить
Согласно данным, изложенным в работах отечественных ученых Бирючева Б. Н. и Каракулева А. В. [1], средняя наработка машин
на отказ в зависимости от возраста составляет:
44
45
для экскаваторов Tот э (t ) = 328 ⋅ exp(−0,155 ⋅ t );
(1.52)
для бульдозеров Tот б (t ) = 295 ⋅ exp(−0,194 ⋅ t ).
(1.53)
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 1. Основные положения теории эффективности...
Kг зависит от времени простоя в неплановых ремонтах [формула (1.6)]. Чем хуже система ТОиР и старее парк машин, тем больше
простои. Коэффициент готовности можно выразить через интенсивности потоков отказов (t) и восстановлений (t):
µ(t )
.
(1.54)
µ(t ) + λ (t )
Интенсивности отказов и восстановлений подчиняются экспоненциальному закону распределения [9], поэтому их можно принять
равными обратным величинам наработки на отказ Тот и времени восстановления Тв соответственно, т. е.
K г (t ) =
Тогда
λ (t ) = Tот−1 (t ); µ(t ) = Tв−1 (t ) .
Приведенные формулы показывают, что управление работоспособностью парка можно осуществлять через показатели интенсивностей потоков отказов (t) и восстановлений (t), зависящих от возраста парка машин и уровня функционирования системы ТОиР соответственно.
На рис. 1.25 представлены результаты расчета показателей
в Mathcad в зависимости от возраста t экскаватора, планируемой продолжительности выполнения задания Т часов и времени восстановления работоспособности машины после внезапного отказа.
(1.55)
[
]
P (t , ∆T ) = exp[− λ (t ) ⋅ ∆T ] = exp − Tот−1 (t ) ⋅ ∆T .
(1.56)
Планируемая продолжительность
работы на объекте, ч
Kо.г
Срок службы, год
0,8
1 – Kо.г (5, 50, Тв)
2 – Kо.г (5, 100, Тв)
3 – Kо.г (5, 200, Тв)
0,7
1
0,6
0,5
2
0,4
0,3
0,2
3
0
20
40
60
80 Т в, ч
Рис. 1.25. Влияние продолжительности времени восстановления после
внезапного отказа на коэффициент оперативной готовности
46
47
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических машин
Глава 2. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПАРКОВ
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
Формируют парки строительных машин, как правило, для приведения их в соответствие с потребностями строительного производства по следующим показателям: номенклатуре, производственной
мощности, техническому уровню.
Возможны следующие варианты обновления парка: покупка
новых машин (отечественных, импортных), машин со сроком эксплуатации (бывших в употреблении), проведение капитального ремонта собственной техники, продажа маловостребованных или
устаревших машин, списание техники, израсходовавшей свой ресурс.
2.1. Подходы к вопросу эффективности при формировании
парка техники
На основании материалов данного раздела выполняется расчетное задание № 3 (прил. 1).
Эффективность парка машин зависит от начального уровня надежности машин и качества СТЭ. Приобретая менее надежную технику по невысокой цене Cм1 (рис. 2.1), предприятие должно быть готово нести более высокие затраты Z1(t) на поддержание ее работоспособности, получая при этом меньшую выручку В1(t), меньшую
прибыль П1(t), меньшие оптимальный tопт1 и максимальный tmax1 сроки службы и большие удельные затраты zmin1 (формулы для вычисления показателей приведены в первом разделе). Обычно по этому пути
идут эксплуатационные предприятия с развитой СТЭ, но недостаточными финансовыми ресурсами для покупки дорогих машин.
Крупные строительные организации предпочитают приобретать импортные машины высокого качества (на рис. 2.1 показатели с индексом «2»).
48
а) Выручка, затраты,
прибыль, р. ΣВ (t) ΣВ (t)
2
1
ΣПmax2
ΣП2(t)
ΣП1(t)
ΣПmax1
0
t max1
Cм1
Cм2
б)
t, год
ΣZ2(t)
ΣZ1 (t)
Удельные
затраты
tmax2
z уд1
zуд2
zmin1
zmin2
0
tопт1
tопт2
t, год
Рис. 2.1. Динамика во времени экономических показателей
двух машин разного уровня качества:
а – накопленной прибыли; б – удельных затрат
Наиболее правильное решение может быть принято с использованием методов оптимизации управленческих решений.
Анализ, проведенный Институтом проблем транспорта РАН,
показал, что в последние годы потребности эксплуатирующих организаций значительно трансформировались (рис. 2.2) [12].
Приведенные результаты свидетельствуют о том, что потребители хотят в первую очередь иметь машины с высокими показателями надежности, низким уровнем суммарных эксплуатационных расходов; ремонт и сервисное обслуживание техники не должны составлять проблемы.
49
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических машин
Себестоимость
машино-часа, р.
Рис. 2.3. Динамика себестоимости
Смаш.-ч(t) и цены Цмаш.-ч машино-часа
новой (1) и бывшей в употреблении
(2) машины6: tпок – возраст машины
в год ее покупки; tс – срок списания
машины по условию равенства себестоимости и цены машино-часа
Цмаш.-ч
1000
1
800
600
0
tпок 5
2
10
tс t, год
Издержки владения Св(t) рассчитываются как затраты См(t), связанные с приобретением машины, приходящиеся на определенную
часть ресурса. В общем случае издержки владения могут быть вычислены по формуле
(2.2)
С в (t ) = С м (t ) / Tс (t с ) , р./ч,
2.2. Метод оценки целесообразности покупки машин со сроком
эксплуатации
По материалам данного параграфа выполняется задание № 3
(прил. 1).
Покупка машин на вторичном рынке широко используется
в мировой практике формирования парков техники. Основная причина – ощутимое снижение стоимости подержанных машин при значительной величине остаточного ресурса. Поэтому себестоимость
единицы ресурса, например, машино-часа работы оборудования, может быть выбрана в качестве экономического критерия целесообразности покупки бывших в употреблении машин (БУМ).
В первом разделе было показано, что себестоимость машиночаса можно представить в виде двух составляющих – издержек влаäåí èÿ Ñв(t) и эксплуатационных затрат Сэ(t) (рис. 2.3):
С маш.- ч (t ) = C в (t ) + C э (t ) , р./ч.
50
(2.1)
где t – возраст приобретаемой машины или текущий срок ее эксплуатации; Tc(tс) – ресурс машины до списания (продажи), для случая
приобретения БУМ – остаточный ресурс (см. рис. 2.3); tc – срок списания машины.
См(t) рассчитываются как разность между затратами на приобретение машины и ликвидационной стоимостью Слик (или ценой продажи). Цена БУМ определяется динамикой рыночных цен по сроку
службы и может быть описана экспоненциальной зависимостью:
С м (t ) = С м.н ⋅ exp( −β м ⋅ t ) − C лик = С м.н ⋅ K м (t ) − C лик ,
(2.3)
где См.н – цена новой машины ; t – текущий срок службы, год; м,
Kм(t) – показатель и коэффициент «старения» машины по рыночной
стоимости соответственно.
Эксплуатационные затраты (аналог zпер в разделах 1.3, 1.4) включают в основном стоимость горюче-смазочных и других материалов,
работ по обслуживанию и ремонту, зарплату персонала и растут по
мере старения машины:
6
Пример расчета выполнен для экскаваторов второй размерной группы.
51
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических машин
Z э (t ) = Z э.н ⋅ exp (β э ⋅ t ) / T (t ) = Z э.н ⋅ K э (t ) / T (t ) , р./ч ,
(2.4)
где Zэ.н – эксплуатационные затраты новой машины, т. е. за первую
единицу времени эксплуатации (год); э и Kэ(t) – показатель и коэффициент старения машины по эксплуатационным затратам соответственно; T(t) – наработка за текущий год.
При расчете издержек владения Св(t) следует учитывать снижение наработки машин в размере 1…5 % в год вследствие увеличения
простоев в ремонтах:
(2.5)
T (t ) = Tн ⋅ exp(−β ⋅ t ) = Tн ⋅ K г (t ) ,
где Тн – наработка новой машины, маш.-ч в год; – коэффициент
старения по наработке, год–1; Kг(t) – коэффициент готовности.
Наработка на списание может быть рассчитана в общем случае
по формуле (рис. 2.4)
(2.6)
Tс (t ) = Tн [1 − K г (t )] / β,
или отдельно для новой и бывшей в употреблении машины:
tc
Tс.н = ∑ T (t ); Tс.б =
t =1
tc
∑ T (t ) .
t = t пок +1
(2.7)
Наработка машины ,
маш.-ч
рис. 2.5, а). Причем чем больше разница между показателями и м
(разумеется > м), тем более выгодным будет приобретение БУМ.
На рис. 2.5, б показан еще один вариант графической интерпретации
данного условия – кривая 1 снижения остаточного ресурса по сроку
службы должна быть выше кривой 2, характеризующей динамику
падения рыночной цены машины.
а)
б)
K(t)
1
Kг(t)
1
K г(t)
K г min
1
K э(t) -1
K э(t)-1 0,5
K м(t)
K г min
0,5
1
Tc (tc t)
T c(tc )
2
См (t)
См.н
2
Kм (t)
0
0
5
10 tc 15 t, год
0
0
5
10
15 t, год
Рис. 2.5. Сравнение динамики показателей по сроку службы t:
а – коэффициентов: готовности, эксплуатационных затрат, цены машины;
б – остаточного ресурса и цены; K г min – значение коэффициента готовности,
соответствующее минимальному уровню рентабельности машины
Удельная
прибыль, р./маш.-ч
Таким образом, достаточно достоверно можно определять экономическую целесообразность покупки БУМ по трем показателям
старения машины – рыночной цене м, эксплуатационным затратам э,
наработке (соответствующие им коэффициенты представлены на
Описываемый метод
позволяет также определить
400
экономически оптимальный
1
срок службы оборудования.
На рис. 2.6 представлены ре2
200
зультаты расчета удельной
прибыли (за машино-час),
максимальное значение ко0
0 tок
5
10
15 t, год торой соответствует оптимальному сроку службы
Рис. 2.6. Динамика удельной прибыли за
(см. также рис. 1.19, б).
машино-час новой (1) и бывшей в употребПорядок построения
лении (2) машины; tок – срок окупаемости
динамики снижения рыночной цены с возрастом машин приведен в прил. 3.
52
53
Tс(t)
Tс (tс)
4·10
4
Остаточный ресурс
2·104
0
0
t пок 5
10
tc 15 t, год
Рис. 2.4. Схема к расчету наработки на списание машины
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических машин
2.3. Экономическая целесообразность проведения
капитального ремонта
Капитальный ремонт (КР) будет экономически целесообразным7,
если себестоимость единицы ресурса машины (р./маш.-ч), восстановленной в результате проведения КР, будет не больше себестоимости
единицы ресурса новой машины:
Z КР См.н ,
(2.8)
≤
Т КР
Т м.н
где ZКР – затраты на КР; ТКР – ресурс машины после проведения КР;
См.н и Тм.н – цена и ресурс новой машины соответственно [см. формулу (2.7)].
Наглядное представление этого условия дает рассмотрение соотношения коэффициентов готовности Kг(t) и «старения» по рыночной цене Kм(t), изменяющихся в результате проведения КР (рис. 2.7).
Степень восстановления работоспособности в результате проведения
КР в момент времени t КР1 проведения первого КР (коэффициент го-
товности) достигает значения K г min и определяется величиной K.
Происходит «омоложение» машины на величину tвосст, и возможно
продолжение работы до момента времени tкр 2 . Скачок Kм коэффи-
циента Kм(t) определяется соотношением затрат Zкр и стоимостью новой машины См.н. В силу разностей интенсивностей старения машины по техническому состоянию и рыночной цены получаем выгоду
в виде дополнительного срока службы t . Если величина t положительная (как в рассматриваемом случае), то КР экономически целесообразен.
Рассмотрим аспекты целесообразности проведения КР на фоне
динамики затрат и наработки. Срок службы tc должен увеличиться
настолько, чтобы за срок службы средние условно-постоянные
затраты на машино-час капитально отремонтированной машины не
превысили аналогичные до проведения КР (здесь и далее приведены
примеры расчета в «Маткаде» по реальным данным).
а)
б)
Условно-постоянные
Кумулятивная наработка
затраты, р./маш.-ч См.н = 2,5·106, р.
машины, маш.-ч
Ск.р = 8·105, р.
180
K(t)
См.н+Ск.р 160
1
1
2 – Kг(t) K г min
0,6
3 – Kм(t)
4 – Kг min
∆Kг
2
∆t
0,4
0,2
0
1
120
2
∆Kм
3
∆t восст
tк.р 2
t1
t2 t3
50
100
150
tпок t к.р1
4
1
2
3
4 i
2·10 4
1·104
0
1
2
3
4
i
в зависимости от количества КР:
i – текущий номер КР; См.н – цена новой машины; Cк.р – цена КР;
ST (t с i ) – кумулятивная наработка; t с i – срок службы машины
200 t, мес.
Подробно технико-экономические аспекты КР рассмотрены в работе [9].
54
0
3·10 4
Рис. 2.8. Динамика условно-постоянных затрат (а) и наработки (б)
3
Рис. 2.7. Результаты расчета коэффициентов готовности Kг(t)
и «старения» по рыночной цене Kм(t)
7
ST (tсi )
ST (tсi ) 140
1 – Kгк.р (t) 0,8
4·10 4
Из рис. 2.8 следует, что при расчетной Cкр три капитальных ремонта экономически целесообразны. Об экономических аспектах КР
можно судить также по удельным показателям: величине издержек
владения в пересчете на машино-час и себестоимости машино-часа
(рис. 2.9).
55
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
а) Условно-постоянные
затраты, р.
300
SZпост (t) 4·106
SZпост (t)
200
ST(t)
0
2.4. Построение модели оптимизации возрастной структуры
парка строительных машин
б) Удельные условнопостоянные затраты ,
р./ч
6·106
2·106
в)
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических машин
100
200 t, мес.
100
200 t, мес.
100
0
100
200 t, мес.
Удельные
общие затраты ,
р./ч
800
SZ(t)
ST(t)
700
600
0
Рис. 2.9. Результаты расчета в «Маткаде» издержек владения в натуральном
выражении (а) и в пересчете на машино-час условно-постоянных (б)
и общих (в) затрат
Расчет позволяет также сделать следующие выводы.
1. О целесообразности покупки неновой машины с последующим проведением КР. Допустим, машину купили в момент времени
tпок по цене См(tпок) и провели КР. Машина отработала время tвосст
и была продана по цене покупки. Величина затрат владения (условно-постоянных затрат) равна стоимости КР. В данном случае величина t выступает как практически бесплатное приращение срока службы машины.
2. О целесообразности покупки неновой машины с проведением
КР для последующей продажи машины. На основании формулы (2.3)
машина покупается по цене См(t3), производится вложение средств в
КР в размере См(t3 – t2), после чего машина продается по цене См(t1).
Прибыль равна См(t2 – t1).
56
По материалам данного параграфа выполняется задание № 4
(прил. 1).
Преимуществом данной модели является возможность учета:
влияния качества ТЭ на техническое состояние машин, характеризуемое коэффициентом готовности; стоимости и надежности приобретаемой техники, новой и не новой; влияния КР; возможности продажи машины и приобретения новой с доплатой; списания старой техники; сопряженных экономических потерь (ущерба), что представляет
собой скрытую форму страхования от недостаточной надежности
техники; проведения оптимизации срока службы по нескольким критериям – минимуму капитальных вложений, максимуму прибыли,
заданному уровню надежности, сроку окупаемости.
Данный метод оптимизации возрастной структуры парка строительных машин основан на применении метода линейного программирования. В процессе оптимизации отдельные машины из различных возрастных групп подлежат списанию, другие – отправке в КР,
третьи – продаже для приобретения новой техники.
Предлагаемая методика описывает оптимальный вариант разбиения парка машин на возрастные группы (ВГ), позволяет в процессе оптимизации работать индивидуально с каждой ВГ и оптимизировать состав парка по неограниченному в принципе числу критериев
оптимизации (зависит от количества влияющих факторов, включенных в модель, – в приведенном варианте рассмотрено восемь).
Оптимальный парк машин должен отвечать следующим требованиям:
обеспечивать выполнение производственной программы
в заданном ритме и с требуемым качеством;
обеспечивать максимальную рентабельность предприятия;
обеспечивать равномерную загрузку службы сервиса машин;
соответствовать требованиям технологии производства работ, безопасности, экологии, эргономики;
соответствовать современному техническому и технологическому уровню.
57
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических машин
В каждой сфере деятельности превалирующим является свой
набор требований к парку машин. Так, в авиации главными выступают требования надежности и безопасности. В автомобильном транспорте признаком оптимальной возрастной структуры может быть
равномерное распределение машин по возрастным группам, что облегчает планирование перевозок, равномерную загрузку ремонтной
базы, планомерное списание старых и приобретение новых машин.
В строительстве оптимальный парк машин обеспечивает выполнение графика работ. Но, несмотря на различный подход к оптимизации, конечным итогом правильной технической политики будет максимальная прибыль от хозяйственной деятельности.
Техническое состояние как отдельно взятой машины, так и парка машин характеризуется коэффициентом готовности, изменяющимся экспоненциально по мере старения техники. Оптимизация возрастной структуры основана на правильном подходе к разбиению парка
машин на возрастные группы. Для этого непрерывную функцию изменения Kг представляют в дискретном виде по интервалам времени
эксплуатации t:
(2.9)
K г (t ) = exp( −β ⋅ t ); t = 1,2...tc ,
где – параметр, характеризующий интенсивность «старения» машины, мес.–1 (год–1); tc – время эксплуатации машины до списания,
мес. (год).
Наиболее рациональным представляется метод разбиения парка машин на ВГ с постоянным шагом Kг по оси Kг(t) (рис. 2.10).
В этом случае в одной ВГ оказываются машины с одинаковым
уровнем технического состояния.
Исходными данными для формирования ВГ являются:
принятое минимальное значение коэффициента готовности K г min , при котором машина подлежит списанию в возрасте tс;
шаг изменения Kг или количество возрастных групп N.
Если задано значение Kг, то количество возрастных групп N
определяется выражением
N = (1 − K г min ) ∆K г .
(2.10)
58
Kг(t)
1
K г1
ΔKг
Kг2
exp(−β ⋅ t )
Kг3
Kг min
∆t2
∆t1
0
t1
t2
t3
tc t, мес.
(год)
Рис. 2.10. Метод разбиения парка машин на возрастные группы
с постоянным шагом ∆Kг по оси Kг(t) в зависимости
от времени эксплуатации
Тогда значение Kг i-й ВГ
1 − ∆K г 2 , i = 1 ,
Kгi = 
 K г i −1 − ∆K г , i = 2...N .
(2.11)
Границы и временной диапазон возрастных групп по времени
эксплуатации составят
(2.12)
ti = − ln(1 − i ⋅ ∆K г ) β ,
∆ti = ti − ti −1 .
(2.13)
При K г i = K г min получаем возраст tс списания машины.
Наработка машины на списание (маш.-ч) и величина диапазона
наработки:
(2.14)
Т с = Т 0 ⋅ N ⋅ ∆K г β ,
∆Т = Tc N .
59
(2.15)
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических машин
Границы возрастных групп, выраженные в наработке:
Тi = Т0 ⋅ Kгi .
(2.16)
Среднемесячная наработка машин
Т ср i = ∆Т ∆ti .
(2.17)
(2.18)
а суммарная наработка парка А за месяц составит Ta = ∑ Ta i .
Коэффициент готовности парка А машин K гa представляет собой сумму K гai машин i-х ВГ:
N
K гa = ∑ K гai ,
(2.19)
K гai = K г i ⋅ ai А .
(2.20)
i =1
Затраты, связанные с содержанием машины, будем рассматривать
как сумму двух составляющих, первая из которых – эксплуатационные
затраты Z э i , вторая – издержки владения Z в i . Эксплуатационные затраты включают в себя стоимость ГСМ и затраты на технические обслуживание и ремонт (ТОиР) и возрастают по мере старения машины:
Z эi = Z э0 / K г i ,
(2.21)
где Z э0 – среднемесячные затраты на эксплуатацию новой машины.
Эксплуатационные затраты на машины i-й ВГ парка А составят:
Z a э i = Z э i ⋅ аi .
Z а = Z a э i + аi ⋅ (З + См t N ) .
i
Перейдем к рассмотрению парка машин А, подлежащего оптимизации. Парк разбит на возрастные группы с количеством аi машин
в i-й ВГ. Среднемесячная наработка всех машин i-й ВГ, маш.-ч:
Ta i = Т ср i ⋅ ai ,
ны), и расходов на зарплату З машинистов. Тогда общие затраты на
содержание машин парка А составят:
(2.22)
Выручка Ва и прибыль Па от эксплуатации парка машин А описываются выражениями:
В а = Ц маш. − ч ⋅ Т а ,
(2.24)
П а = Ва − ∑ Z a ,
i
(2.25)
где Цмаш.-ч – цена машино-часа работы машины.
Допустим, что требуется увеличить наработку парка машин путем модернизации парка А. Возможны следующие источники повышения работоспособности парка:
приобретение новых машин по цене См.н в количестве Хпок,
машины поступают в первую ВГ;
покупка новых машин по цене См.н путем продажи техники
разных ВГ в количестве Хпрi по цене Спрi с доплатой См – Спрi;
покупка неновых машин по цене Сн.м в количестве Хн.пок, машины поступают не в первую ВГ, а более низкую, соответствующую
их техническому состоянию;
проведение КР машин в количестве Хкр с затратами на ремонт в размере Zкр, при этом отремонтированные машины переходят
в более высокую по техническому состоянию ВГ;
списание машин в количестве Хсп с ликвидационной стоимостью Слик, обычно списываются машины самой низкой ВГ.
Капитальные вложения в модернизацию парка машин составят:
Z' = См.н ⋅ Х пок + Сн.м ⋅ Х н.пок + Z к.р ⋅ Х к.р − ∑ Спрi ⋅ X прi − Слик ⋅ Х сп .(2.26)
Используя указанные источники повышения работоспособности, получаем из парка А модифицированный парк В с количеством bi
машин в i-х ВГ:
Издержки владения складываются, главным образом, из амортизационных отчислений, равных См/tN (Cм – стоимость новой маши60
(2.23)
61
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
(a
 i
 ai ,
(a
 i
bi = (ai

(аi
(a
 i
(ai
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических машин
+ Х пок ), i = 1
i=2
+ Х н.пок ), i = 3
+ Х кр ), i = 4 ,
(2.27)
− Х пр i ), i = 5
− Х кр ), i = 6
− Х сп ), i = N
с затратами на содержание Z bi :
Z bi
bi

bi

= bi

bi
b
 i
( Z эi + З + С м.н t N ), i = 1, 2, 6
( Z эi + З) + ai ⋅ С м t N + Х н.пок ⋅ С н.м (t N − t 2 ), i = 3
( Z эi + З + С м.н t N ) + Z кр tкр , i = 4
. (2.28)
( Z эi + З + С м.н t N ) − Х прi ⋅ Спрi (t N − t5 ), i = 5
( Z эi + З + С м.н t N ) − Х сп ⋅ С лик (t N − t N –1 ), i = N
В выражении для bi приобретаемые новые машины поступают
в первую ВГ, а неновые – в третью, капитальный ремонт производится машинам шестой ВГ, и после ремонта они переходят в четвертую
ВГ. Продаются для приобретения новых машины пятой ВГ. Списываются машины последней ВГ.
В формулах для Z bi в знаменателе указаны периоды времени,
на которые распределяются соответствующие элементы капитальных
вложений.
Выражения для bi и Z bi подлежат оптимизации. В качестве целевой функции может выступать минимум капитальных вложений при
заданной величине наработки Тb, указанной в ограничительных условиях. Математическая модель задачи будет иметь вид:
62
Z' = См.н ⋅ Х пок + Сн.м ⋅ Х н.пок − Спр5 ⋅ X пр5 +

+ Zкр ⋅ Х кр − Слик ⋅ Х сп → min


0 ≤ Z' ≤ Cинвест

Tbmax ≥ Tb ≥ Tbmin

.
а1 ≥ Х пок ≥ 0, a3 ≥ Х н.пок ≥ 0, a5 ≥ Х пр5 ≥ 0, 

a6 ≥ Х кр ≥ 0, aN ≥ Х сп ≥ 0


Х пок, Х н.пок, Х пр , Х кр , Х сп = целое


В ≤ Вmax
(2.29)
Полученная модель представляет собой целочисленную задачу
линейного программирования. На рис. 2.11 приведено решение этой задачи в Excel с использованием сервисного пакета «Поиск решения» при
следующих исходных данных: А = 25 единиц техники, См.н = 2,5 млн р.
(стоимость экскаватора ЭО-4125), Сн.м = 1,6 млн р., Спр5 = 1,0 млн р.,
Zкр = 0,6 млн р., Слик = 0,2 млн р., tкр = 48 мес., Цмаш.-ч = 1000 р., Zэ0 =
= 73 000 р., = 0,004 мес.–1, Т0 = 210 маш.-ч, K г min = 0,65, Kг = 0,05,
N = 7, Тс = 24 500 маш.-ч, З = 14 000 р. Значения ограничительных
параметров: размер инвестиций на модернизацию парка машин
Синвест = 10 млн р., максимальное количество машин в новом парке
Bmax = 30, интервал значений требуемой наработки парка машин
Tb = 4800…6000 маш.-ч. Значения затрат Zb, выручки Bb и прибыли
Пb в итоговом столбце указаны в миллионах рублей.
В условиях оптимизации (см. рис. 2.11) показано, что целевой
функцией (ЦФ) может быть не только минимум капитальных вложений (ЦФ1), но и любые другие вычисляемые параметры. Выбор ЦФ
определяется конкретной задачей. В табл. 2.1 приведены результаты
оптимизации парка машин по различным ЦФ.
63
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Номер ВГ, i
K гi
t i , мес.
8 t i , мес.
1
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических машин
Возрастная группа
3
4
5
6
Параметры возрастных групп
2
7
0,975
0,925
0,875
0,825
0,775
0,725
0,675
12,8
26,3
40,6
55,8
71,9
89,2
107,7
12,8
13,5
14,3
15,2
16,1
17,2
T i , маш.-ч
204,8
194,3
183,8
173,3
162,8
152,3
Z эi , р.
74872
78919
83429
88485
94194 100690 108148
1
T ai , маш.-ч
204,8
1
2
4
4
7
18,5
0,63
Сумма
25
6
194,3
367,5
693,0
651,0
1065,8
850,5
4027
0,070
0,132
0,124
0,203
K гai
0,039
0,037
0,162
0,767
Z а эi
74872
78919 166857 353939 376774 704828 648889
2,41
Z a постi
37214
37214
74427 148854 148854 260495 223281
0,93
Z аi
112085 116132 241284 502794 525628 965322 872170
3,34
Bai
204750 194250 367500 693000 651000 1065750 850500
4,03
Пai
92665
Варианты
корректировки
структуры
"+"
Х пок
Искомые
значения
Капитальные
-6
вложения х 10
Новое
количество
машин
78118 126216 190206 125372 100428
-21670
"+"
Х н.пок
"+"
Х к.р
"-"
Х пр
"-"
Х к.р
"-"
Х сп
4
2
0
2
0
Сумма
0,0
0,0
6,4
1,2
0,0
0,0
0,0
7,6
Измененный парк машин (парк В)
1
6
6
4
5
min (ЦФ1)
<=10
min (ЦФ2)
<=34
Сумма
29
6
T bi , маш.-ч
204,8
194,3
1102,5
1039,5
651,0
761,3
850,5
4804
K гbi
0,034
0,032
0,181
0,171
0,107
0,125
0,140
0,789
Z b эi
74872
78919 500571 530909 376774 503448 648889
2,71
Z b постi
37214
37214 209094 236739 148854 186068 223281
1,08
Z bi
112085 116132 709666 767648 525628 689516 872170
3,79
min (ЦФ5)
Bbi
204750 194250 1102500 1039500 651000 761250 850500
4,80
max (ЦФ6)
-21670
1,01
max (ЦФ7)
t ок
23,78
Пbi
92665
78118 392834 271852 125372
71734
max (ЦФ3) =>4800 <=6000
max (ЦФ4)
Рис. 2.11. Решение задачи оптимизации парка машин средствами Excel
64
Хпр
0
4
0
4
4
4
4
Хк.р
2
0
0
3
0
2
0
Хсп Z′·106 В Tb Kгb Zb·106
0 7,6 29 4804 0,789 3,79
3 9,5 28 4810 0,818 3,54
0 9,6 31 5130 0,788 4,05
3 9,5 28 4831 0,821 3,56
3 9,5 28 4810 0,818 3,54
0 10,0 33 5540 0,799 4,27
3 9,8 31 5256 0,807 3,92
tок = Z ' ÷ (П b − П a ), мес.
Условия оптимизации
0
Хпок Хн.пок
0
4
5
1
0
6
3
3
5
1
0
8
0
9
Bb·106 Пb·106
4,8 1,01
4,81 1,26
5,13 1,09
4,83 1,27
4,81 1,26
5,54 1,27
5,36 1,133
Zb/Tb
789
736
789
737
736
770
746
tок
23,78
16,5
24,0
16,3
16,5
17,4
15,2
В двух последних столбцах таблицы показаны затраты на машино-час работы машины (р./маш.-ч) и ориентировочный срок окупаемости tок капитальных вложений, рассчитанный по разности прибыли от эксплуатации парков машин В и А:
0,69
0
1
ЦФ Вид ЦФ
1 Z′→min
2 В→min
3 Tb→max
4 Kгb→max
5 Zb→min
6 Bb→max
7 Пb→max
0,825
141,8 Сумма
Исходный парк машин (парк А)
Исходное
количество
машин
Таблица 2.1
Результаты оптимизации парка машин по различным ЦФ
Среднее
(2.30)
Данный tок назван ориентировочным потому, что не учитывает
снижения Kг по мере старения парка за период tок, и рассчитан без
учета влияния дисконтирования, инфляции, налогов. Однако показывает, какая ЦФ является предпочтительной. Следует отметить, что
срок окупаемости тоже может быть целевой функцией.
Для эффективного использования изложенной методологии реновации состава парка машин требуется база данных по рынку строительной техники со следующими характеристиками:
стоимость новых отечественных и импортных машин;
данные по вторичному рынку машин, лучше в виде функций, показывающих стоимость машин в зависимости от возраста;
технико-экономические характеристики машин;
данные по затратам на эксплуатацию машин.
Изложенная методика позволяет оптимизировать варианты не
только приобретения техники, но и сокращения парка машин. Для
этого следует удалить из модели оптимизации (2.29) ограничения по
наработке или уменьшить значения наработки в условиях оптимизации (рис. 2.11, ЦФ3). Целевыми функциями, задаваемыми при поиске оптимальных решений, могут быть минимальные значения капитальных вложений, количества машин в парке или планируемой наработки. На рис. 2.12 приведен вариант сокращения парка машин
65
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Номер ВГ, i
K гi
t i , мес.
∆t i , мес.
T i , маш.-ч
Z эi , р.
1
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических машин
Возрастная группа
3
4
5
6
Параметры возрастных групп
2
7
Среднее
0,975
0,925
0,875
0,825
0,775
0,725
0,675
12,8
26,3
40,6
55,8
71,9
89,2
107,7
12,8
13,5
14,3
15,2
16,1
17,2
204,8
194,3
183,8
173,3
162,8
152,3
74872
78919
83429
88485
94194 100690 108148
1
1
2
4
4
7
0,825
18,5
141,8 Сумма
Исходный парк машин (парк А)
Исходное
количество
машин
0,63
Сумма
25
6
T ai , маш.-ч
204,8
194,3
367,5
693,0
651,0
1065,8
850,5
4027
K гai
0,039
0,037
0,070
0,132
0,124
0,203
0,162
0,767
Z а эi
74872
78919 166857 353939 376774 704828 648889
2,41
Z a постi
37214
37214
74427 148854 148854 260495 223281
0,93
Z аi
112085 116132 241284 502794 525628 965322 872170
3,34
Bai
Пai
204750 194250 367500 693000 651000 1065750 850500
4,03
92665
Варианты
корректировки
структуры
Искомые
значения
Капитальные
-6
вложения х 10
Новое
количество
машин
78118 126216 190206 125372 100428
"+"
Х пок
-21670
"+"
Х н.пок
"+"
Х к.р
"-"
Х пр
"-"
Х к.р
"-"
Х сп
0,69
Условия оптимизации
0
0
0
0
2
0
3
Сумма
0,0
0,0
0,0
0,0
-2,0
0,0
-0,6
-2,6
Измененный парк машин (парк В)
1
1
2
4
2
7
min (ЦФ1)
<=10
min (ЦФ2)
<=34
Сумма
20
3
T bi , маш.-ч
204,8
194,3
367,5
693,0
325,5
1065,8
425,3
3276
K гbi
0,049
0,046
0,088
0,165
0,078
0,254
0,101
0,780
Z b эi
74872
78919 166857 353939 188387 704828 324444
1,89
37214
37214
Z b постi
путем списания трех и продажи двух единиц техники соответственно седьмой и пятой ВГ. При этом доход от продажи составит 2,6 млн р.
практически без снижения дохода от эксплуатации машин. Критерии
оптимизации выбираются в соответствии со стратегическими направлениями управления СЭСМ: развитие организации, выживание, ликвидация.
Так, целевой функцией оптимизации состава парка машин развивающейся организации будет минимум срока окупаемости капвложений, выживающей – минимум величины капвложений, ликвидирующейся – максимум выручки от продажи фондов. Будет изменяться и структура системы жизнеобеспечения.
Пояснения по использованию программы Excel и вводу данных
приведены в прил. 3.
max (ЦФ3) =>4800 <=6000
max (ЦФ4)
79255
0,71
Z bi
112085 116132 241284 502794 262814 965322 403700
2,60
min (ЦФ5)
Bbi
Пbi
204750 194250 367500 693000 325500 1065750 425250
3,28
max (ЦФ6)
21550
0,67
max (ЦФ7)
t ок
133,57
92665
74427 148854
78118 126216 190206
74427 260495
62686 100428
Рис. 2.12. Пример варианта оптимизации путем сокращения парка машин
66
67
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 3. Анализ надежности машины как сложной техническойсистемы
Конечная цель расчета надежности технических устройств –
оптимизация конструктивных решений и параметров, режимов эксплуатации, организация технического обслуживания и ремонтов.
Большинство технических объектов, в том числе и строительные машин, являются сложными системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов, устройств контроля, управления и т. д.
При определении структуры технической системы (ТС) в первую
очередь необходимо оценить влияние каждого элемента и его работоспособности на работоспособность системы в целом.
Для расчетов параметров надежности удобно использовать
структурно-логические схемы надежности ТС, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Анализ структурной надежности ТС, как
правило, включает следующие операции:
система разделяется на элементы, показатели надежности
которых известны;
составляется структурно-логическая схема надежности технической системы, которая является моделью ее безотказной работы;
составляются расчетные зависимости для определения показателей надежности ТС с использованием данных по надежности
ее элементов и с учетом структурной схемы.
В зависимости от поставленной задачи на основании результатов расчета характеристик надежности ТС делаются выводы и принимаются решения о необходимости изменения или доработки элементной базы, резервировании отдельных элементов или узлов,
об установлении определенного режима профилактического обслу-
живания, о номенклатуре и количестве запасных элементов для
ремонта и т. д.
Расчеты показателей безотказности ТС обычно проводятся
в предположении, что как вся система, так и любой ее элемент могут
находиться только в одном из двух возможных состояний – работоспособном или неработоспособном. Состояние системы (работоспособное или неработоспособное) определяется состоянием элементов
и их сочетанием. Поэтому теоретически возможно расчет безотказности любой ТС свести к перебору всех возможных комбинаций состояний элементов, определению вероятности каждого из них и сложению вероятностей работоспособных состояний системы.
Для расчетов параметров надежности удобно использовать
структурно-логические схемы надежности ТС, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Структурно-логическая схема представляет собой совокупность ранее выделенных элементов, соединенных
друг с другом последовательно или параллельно. Критерием для определения вида соединения элементов (последовательного или параллельного) при построении схемы является влияние их отказа на
работоспособность ТС.
Примером последовательного соединения элементов структурно-логической схемы может быть технологическая линия, в которой
происходит переработка сырья в готовый продукт, трансмиссия машины, в которой последовательно осуществляется передача потока
мощности, однопоточная система ремонта.
Примером параллельного соединения элементов являются параллельные технологические потоки (если на некоторых участках
технологической линии предусмотрена одновременная обработка на
нескольких единицах оборудования), резервные элементы в машинах (дополнительные секции гидрораспределителей, двухконтурные
системы тормозов, две осветительные фары и пр.), резервные машины, ремонтные мощности.
В системах с последовательным соединением элементов отказ
любого элемента приводит к отказу всей системы. Такое соединение
элементов в технике встречается наиболее часто, поэтому его назы-
68
69
Глава 3. АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ МАШИНЫ
КАК СЛОЖНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
3.1. Разработка схемы формирования вероятности безотказной
работы и интенсивности потока отказов сложной
технической системы
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 3. Анализ надежности машины как сложной техническойсистемы
вают основным соединением. В системе с последовательным соединением для безотказной работы в течение некоторой наработки необходимо и достаточно, чтобы каждый из ее n элементов работал безотказно в течение этой наработки. Считая отказы элементов независимыми, вероятность одновременной безотказной работы n элементов
определяется по теореме умножения вероятностей: вероятность совместного появления независимых событий равна произведению вероятностей этих событий:
n
n
i =1
i =1
P (t ) = p1 (t ) p2 (t )  pn (t ) = ∏ pi (t ) = ∏ (1 − qi (t )) .
(3.1)
дят сложные детали (колесо в сборе), состоящие из более простых
деталей [2].
Формирование вероятности безотказной работы такой машины
представлено на рис. 3.1.
P0
P1 ...
Pi ...
PI
P11 … P1j … P1J
Pi1 … Pij … PiJ
PI1 … PIj … PIJ
...
Pij1 ... Pijk ... PijK
P111 ... P11k ... P11K
...
n
n
=i 1 =i 1
(3.2)
В системе с параллельным соединением элементов отказ происходит только в случае отказа всех ее элементов. Такие схемы надежности характерны для ТС, в которых элементы дублируются или резервируются, т. е. параллельное соединение используется как метод
повышения надежности. Отказ системы заключается в совместном
отказе всех элементов, вероятность чего (при допущении независимости отказов) может быть найдена по теореме умножения вероятностей как произведение вероятностей отказа элементов:
Q = q1q2  qn =
n
∏ qi =
n
∏ (1 − pi ) .
=i 1 =i 1
Узлы
PIJ1 … PIJk ... PIJK
...
Соответственно, вероятность отказа такой ТС
Q = 1 − P = 1 − ∏ pi = 1 − ∏ (1 − qi ) .
Машина
Системы
машины
(3.3)
Рис. 3.1. Формирование вероятности безотказной работы сложной технической
системы
Машина состоит из определенного количества систем I.
Каждая I-я система содержит количество узлов JI.
Каждый JI-й узел включает количество сложных деталей KIJ.
Сложные детали состоят из более простых в количестве LIJK.
Градация продолжается до самой последней неразборной детали.
Так как все элементы машины соединены последовательно, то
вероятность безотказной работы Р0 самой машины, ее систем PI, узлов PIJ и деталей PIJK можно описать однотипными уравнениями
I
P0 = ∏ Pi , PI =
i =1
Соответственно, вероятность безотказной работы
Детали по
степени
сложости
JI
∏ Pji , PIJ =
ji =1
K JI
∏
k ji =1
Pk ji , PIJK =
L KJI
∏ Plkji .
l kji =1
(3.5)
(3.4)
Наработка до отказа элементов является случайной величиной,
м
характеризуемой математическим ожиданием Tот и коэффициентом
т. е. надежность системы с параллельным соединением повышается
при увеличении числа элементов.
Конструктивная связь элементов любой машины может быть
представлена в виде древовидной структуры, состоящей из систем
(двигатель, рама, трансмиссия, рабочее оборудование и т. д.), которые собраны из узлов (редуктор, мост, стрела), в состав которых вхо-
вариации ν от .
Начало эксплуатации машины является общей точкой отсчета
ресурса всех элементов сложной системы. Из-за того, что элементы
системы имеют различные значения показателей долговечности, отказы элементов будут происходить в случайные моменты времени,
которые становятся начальной точкой отсчета ресурса элементов.
70
71
n
n
P = 1 − Q = 1 − ∏ qi = 1 − ∏ (1 − pi ) ,
=i 1 =i 1
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 3. Анализ надежности машины как сложной техническойсистемы
В начале эксплуатации
машина состоит только
λ1
λ0
λi
λI
из новых (заводских)
+
+
+
λ11
λi1
λI1
элементов, вероятность
отказа которых значи+
+
+
тельно меньше, чем
у замененных в процесλij
λIj
λ1j
се ремонта узлов. По
мере старения машины
+
+
+
происходит замена различных элементов,
ij
IJ
1j
и поток отказов сначаРис. 3.2. Формирование интенсивности потока ла увеличивается и затем переходит в устаотказов сложной технической системы
новившийся.
Суммарная интенсивность установившегося потока отказов системы 0 будет складываться из интенсивностей потоков отказа элементов i (рис. 3.2).
Поскольку в системе элементы, как правило, включены последовательно, при отказе элемента отказывает вся система (рис. 3.3).
+
. +. .
...
...
...
...
...
...
1
i
I
Моменты отказа элементов 1, 2 и 3
I
JI
K JI
L KJI
i =1
ji
k ji
l kji
λ 0 ∑ λ i , λ I ∑ λ j i , λ IJ
. +. .
λ3
λ0
Моменты отказа системы
Время
Рис. 3.3. Моменты отказа элементов сложной системы
при установившемся режиме работы [7]
Tот = λ 0
−1
 I

=  ∑ λ i 
 i =1 
−1
(3.6)
−1
 I 1 
 n
  n 1 
 ; λ 0 =  ∑ λ i  =  ∑
.
=  ∑
 i =1   i =1 Tотi 
 i =1 Tотi 
(3.7)
Вероятность, что ремонтные работы не потребуются на промежутке времени Т непрерывной эксплуатации, следующая:
P (T ) = exp( −T / Tот ).
(3.8)
Коэффициент готовности машины при условии, что учитываются только внезапные отказы [4], устраняемые посредством неплановых ремонтов, рассчитывается по формуле
Kг =
I

Т от
λ 
= 1 + ∑ i ,
Т от + Т в  i =1 µi 
(3.9)
где Tот – средняя наработка машины на отказ; Tв – среднее время
восстановления работоспособности (простоя в неплановом ремонте); µi – интенсивность потока восстановлений:
µ i = 1 / Tв i ,
(3.10)
Тв i – время восстановления работоспособности машины после отказа i-го элемента.
Тогда по аналогии с формулой (3.5) интенсивность потока отказов машины, ее систем, узлов и деталей можно описать уравнениями:
72
∑ λ l kji .
Отказы элементов сложной восстанавливающейся системы можно принять практически не связанными друг с другом, тогда наработка между отказами является случайной величиной, рождаемой процессом без последействия и распределенной по экспоненциальному
закону [5]. Поэтому математическое ожидание наработки на отказ
и интенсивность потока отказов связаны соответственно выражениями:
λ1
λ2
∑ λ k ji , λ IJK
73
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 3. Анализ надежности машины как сложной техническойсистемы
3.2. Методика оценки надежности машины как сложной
восстанавливаемой системы с помощью теории массового
обслуживания (ТМО)
По материалам данного параграфа выполняется задание № 5
(прил. 1).
Используем теорию массового обслуживания для описания вероятностей состояний машины на основании информации об интенсивностях потоков отказов i(t) и восстановлений i(t) отдельных из
n-го количества узлов.
Выведем теоретическое выражение коэффициента готовности –
комплексного показателя надежности технического объекта. Машина состоит из большого числа элементов, отказ которых в процессе
эксплуатации устраняют неплановым ремонтом. Поочередно в случайные моменты времени машина из исправного состояния (S0) может переходить в состояние отказа первого элемента (S1), или второго, и т. д. вплоть до Sn. Время простоя в неплановом ремонте также
является случайной величиной, зависящей от характера повреждений
элемента, наличия запасных частей и т. п. Если принять поток отказов
и восстановлений простейшим, то машину можно рассматривать как
систему массового обслуживания (СМО), показанную на рис. 3.4.
Для установившегося режима граф СМО можно описать уравнениями:
− P0 λ1 + P1µ1 = 0;
− P0 λ 2 + P2µ 2 = 0;
......
− P0 λ n + Pnµ n = 0;
P0 + P1 + P2 + ... + Pn = 0,
где P0, P1, Pn – вероятности нахождения системы соответственно
в исправном состоянии (ноль отРис. 3.4. Граф состояний машины как казов), с отказом первого элеменсложной восстанавливаемой системы та, с отказом n-го элемента;
1…n
и 1…n – соответствующие интенсивности потоков отказов и восстановлений.
74
Решая систему уравнений, можно выразить вероятности всех
состояний:
−1
n

λ (t ) 
λ (t )
Pi (t ) = P0 (t ) i ; P (t ) = 1 + ∑ i  ,
µ i (t )
 i =1 µ i (t ) 
(3.11)
где Р0, Рi – вероятности нахождения машины соответственно в исправном состоянии (ноль отказов), с отказом i-го элемента.
Если учитывать только внезапные отказы, переводящие машину из работоспособного состояния в неработоспособное, то второе
выражение будет соответствовать коэффициенту готовности.
Интенсивность потоков отказов и восстановлений элементов определяется величинами, обратными среднему времени соответственно наработки на отказ и простоя в ремонте.
В табл. 3.1 приведен расчет вероятностей состояний экскаватора ЭО-4225, выполненный на основании данных эксплуатации в 2007–
2008 гг. (рис. 3.5).
Таблица 3.1
Расчет вероятностей состояний систем экскаватора
Системы
экскаватора
ЭО-3325
Двигатель
Гидравлическая
система
Ходовая часть
Рулевое
управление
Тормозная
система
Электрооборудование
Рабочее
оборудование
Основная рама
Среднее
Среднее Интенсивности
Наработка
потоков
время
на отказ,
ремонта,
ч
λi, ч–1
μi, ч–1
ч
λi/μi
Вероятности
состояний
Pi
3600,00
39
0,000278 0,025641 0,010833
0,009734
302,00
2322,00
25
11
0,003311 0,040000 0,082781
0,000431 0,090909 0,004737
0,074380
0,004257
4502,00
4,9
0,000222 0,204082 0,001088
0,000978
4320,00
7,1
0,000231 0,140845 0,001644
0,001477
3120,00
6,8
0,000321 0,147059 0,002179
0,001958
5,7
0,000377 0,175439 0,002151
29
0,000260 0,034483 0,007532
16,0625 0,000324 0,062257 0,112947
P0 0,898515
0,001933
0,006768
0,101485
1,000000
2650,00
3850,00
3083,25
75
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Вероятности состояний систем экскаватора
Основная рама
Глава 4. МЕТОДИКА ПЛАНИРОВАНИЯ МЕРОПРИЯТИЙ
ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА С УЧЕТОМ ДИНАМИКИ
ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
Рабочее оборудование
Электрооборудование
Тормозная система
Рулевое управление
Ходовая часть
Гидравлическая система
Двигатель
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0,040
0,045
Вероятность
Рис. 3.5. Графическая интерпретация результатов расчета вероятностей
состояний экскаватора
По материалам данного раздела выполняется задание № 6 (прил. 1).
Действующие положения, а именно «Рекомендации по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин.
МДС 12-8.2007», не учитывают влияния возрастания времени простоев в неплановых ремонтах по мере старения машин. Предлагаемая методика показывает вариант устранения этого недостатка.
4.1. Основные положения «Рекомендации по организации
технического обслуживания и ремонта строительных машин.
МДС 12–8.2007»
1. Для обеспечения высокого уровня качества эксплуатации строительных машин строительные организации разрабатывают и внедряют согласно требованиям ГОСТ 25646–95 и с учетом рекомендаций ГОСТ Р ИСО 9001–2001* систему управления качеством эксплуатации строительных машин (УКЭСМ).
Основой эксплуатации строительных машин (далее – машин)
является их техническое обслуживание и ремонт.
2. Техническое обслуживание и ремонт машин выполняют на
основе диагностирования их технического состояния. Мероприятия
по техническому обслуживанию и ремонту машин разрабатывают
и осуществляют с учетом эксплуатационной (по ГОСТ 2.601–95*)
и ремонтной (по ГОСТ 2.602–95*) документации заводов-изготовителей, а также требований к техническому состоянию машин и правил безопасной эксплуатации, установленных государственными нормативно-техническими документами.
3. Согласно ГОСТ 25646–95 проводят следующие виды технического обслуживания (рис. 4.1):
76
77
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 4. Методика планирования мероприятий обслуживания и ремонта...
Некоторым видам ТО конкретных машин может присваиваться
в зависимости от периодичности выполнения и состава работ порядковый номер: ТО-1, ТО-2, ТО-3. В состав работ технического обслуживания, имеющего более высокий порядковый номер, входят работы каждого из предшествующих видов технических обслуживаний,
включая ежесменное.
4. В соответствии с ГОСТ 25646–95 выполняют ремонты двух
типов: текущий (ТР) и капитальный (КР).
Текущий ремонт обеспечивает ресурс машины до очередного
ремонта, капитальный ремонт – обеспечивает полный или близкий
к полному ресурс машины путем восстановления и замены сборочных единиц (узлов) и деталей, включая базовые.
5. Техническое диагностирование входит в состав ТО и ремонта
и обеспечивает их проведение по фактическому техническому состоянию машин.
При техническом диагностировании с помощью приборов измеряют диагностические параметры машины, составных частей, сборочных единиц и деталей.
В результате технического диагностирования прогнозируют техническое состояние машины и ее остаточный ресурс, принимают решение о ее дальнейшей эксплуатации или определяют потребность
в техническом обслуживании и ремонте.
6. Настоящие Рекомендации содержат сводные данные о видах
технического обслуживания и ремонта, периодичности их проведения для каждого вида и типа основных машин.
Типовые нормы трудоемкости и продолжительности выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту разработаны
на основе указаний по составу работ, содержащихся в эксплуатационной и ремонтной документации, а также фактических затрат труда
и времени на эти работы в строительных организациях и на ремонтных предприятиях.
7. Периодичность технического обслуживания и ремонта устанавливается в часах наработки машин.
Наработку машин определяют по показаниям приборов-счетчиков. Наработку машин, не имеющих счетчиков, определяют по данным учета сменного времени, скорректированного с помощью коэффициента внутрисменного использования.
8. Типовые нормы трудоемкости включают средние суммарные
затраты труда в человеко-часах на выполнение всех операций, определяемые конструкцией и техническим состоянием машины.
9. Продолжительность технического обслуживания и ремонта –
это затраты времени на выполнение всех операций, определяемые
конструкцией и техническим состоянием машины и измеряемые
в часах.
10. Типовые нормы трудоемкости и продолжительности технических обслуживаний и текущих ремонтов машин определены на
основе обработки статистических данных с учетом условий проведения работ на эксплуатационных базах, в организациях, эксплуатирующих смешанные парки с количеством машин 100–250 в центральной природно-климатической зоне России.
78
79
ежесменное техническое обслуживание (ЕО) в начале или
после использования машины, выполняемое в течение смены;
техническое обслуживание (ТО), выполняемое через плановые периоды наработки;
сезонное обслуживание (СО), выполняемое два раза в год при
подготовке машины к использованию в летний или зимний периоды.
Структура системы ТОиР
Техническое
обслуживание
ЕО
ТО
СО
ТО-1
ТО-2
ТО-3
Ремонт
ТР
Диагностика I рода
НР
КР
Диагностика II рода
Рис. 4.1. Действующая в РФ структура системы ТОиР
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 4. Методика планирования мероприятий обслуживания и ремонта...
Типовые нормы трудоемкости и продолжительности капитальных ремонтов определены на основе обработки статистических данных и применительны к ремонтным предприятиям, ремонтирующим
до 100 машин одной модели в год.
При условиях работ и программах технического обслуживания
и ремонта, отличных от приведенных, нормы подлежат корректировке применительно к местным условиям строительной организации.
При количестве машин менее 100 и более 250 вводятся коэффициенты, соответственно ужесточающие и понижающие нормы до 1,1 раза.
При эксплуатации машин в северных и южных климатических
районах по ГОСТ 15150–69 вводятся коэффициенты, соответственно ужесточающие и понижающие нормы до 1,2 раза.
4.2. Расчет количества мероприятий ТОиР с учетом проведения
неплановых ремонтов для восстановления работоспособности
после внезапных отказов
Строительные организации разрабатывают годовой план и месячные планы-графики технического обслуживания и ремонта машин
по ГОСТ 25646–95.
Годовой план технического обслуживания и ремонта является
основанием для расчета потребности в материальных и трудовых
ресурсах, в производственных площадях ремонтных мастерских
и профилакториев, в технологическом оборудовании, в передвижных
средствах.
«Рекомендации» МДС 12.8–2007, представляющие собой нормативный документ по планированию мероприятий ТОиР, не учитывают в расчете количества ТОиР в планируемом периоде на основании наработки машин возможные простои в неплановых ремонтах
(НР). Предлагается методика учета всех видов ТОиР, построенная на
формализации временных состояний машин с помощью графа возможных состояний (рис. 4.2) [14].
На рисунке обозначены следующие периоды (в часах) в дополнение к рис. 1.4: е.о – ежесменное обслуживание, то-1,2,3 – номерные ТО, т.р – текущий ремонт, кр – капитальный ремонт.
80
Т
Тр
Тр.р
Тн
Тр.н
Тн.р
Тн.н
Тр.р.э Тр.р.н Тр.н.п Тр.н.н Тн.н.п
Тн.н.н
Те.о Тт.о-1,2,3 Тс.о Тт.р Тк.р
Рис. 4.2. Граф возможных состояний машины
в процессе ее эксплуатации
Предлагаемая методика предусматривает корректировку годового фонда Тр рабочего времени машины на величину времени простоев Тр.н.н машин в неплановых ремонтах, которое является функцией возраста t машины и увеличивается в год на 50…100 часов
(см. рис. 1.15).
Таким образом, главное отличие предлагаемой методики от МДС
12–8.2007 в расчете продолжительности времени Тр.р пребывания
машины в работоспособном состоянии в рабочее время:
согласно МДС 12–8.2007 величина Тр.р не зависит от срока
службы машины и простоев в неплановых ремонтах
Tр.р = T р − Tр.н.п ;
(4.1)
согласно предлагаемой методике
Tр.р (t ) = Tр − Tр.н.п − Tр.н.н (t ).
(4.2)
Расчеты количества технических обслуживаний и ремонтов производят в следующей последовательности: капитальный ремонт, текущий ремонт, технические обслуживания (ТО-3, ТО-2, ТО-1). Формулы для расчета согласно существующей и предлагаемой методикам приведены в табл. 4.1.
81
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 4. Методика планирования мероприятий обслуживания и ремонта...
Таблица 4.1
Формулы для расчета количества мероприятий ТОиР в год
Номер
мероприятия
i
1
2
3
4
Вид ТОиР
Техническое
обслуживание
(ТО-1)
Техническое
обслуживание
(ТО-2)
Сезонное
обслуживание
Текущий ремонт
(в том числе
ТО-3)
5
Неплановый
ремонт
6
Капитальный
ремонт (КР)
Формула для расчета количества
мероприятий в год (значения округляются до целого в меньшую
сторону)*
nт.o1 =
nт.o - 2 =
Tр.р + Tф т.о -1
TТО -1
Tр.р + Tф ТО - 2
TТО - 2
Примечания
p1
− nТО - 2
nн.р =
Tт.р
− nкр
Tр.н.н + Tф н.р
nкр =
Более крупное
мероприятие
ТОиР поглощает более
мелкое, совпадающее
с ним
Tв – средн.р
нее время
восстановления
Принимает
значения 0
или 1
(в среднем
один КР
в три года)
Tв н.р
Tр.р + Tф кр
Tкр
μ1,0
p0
S0
* Учитывается фактическая наработка машины ( Tф ) на начало планируемоi
го года со времени проведения последнего вида технического обслуживания, ремонта или с начала эксплуатации.
λ0,n
μn,0
Sn
pn
μi,0
Si
nc.o = 2
nт.р =
S1
λ0,1
λ0,i
− nт.р − nс.о
Tр.р + Tф т.р
4.3. Определение комплексных показателей надежности
на основе нормативных документов по ТОиР и данных
по внезапным отказам
pi
Рис. 4.4. Размеченный граф состояний машины:
S – состояния машины; λ – интенсивности отказов;
μ – интенсивности восстановлений;
р – вероятности состояний
На рис. 4.4 приведен размеченный граф состояний машины. Для
случая эксплуатации строительных машин приняты такие обозначения: S0 – машина работоспособна и работает; S1 – проходит ТО-1;
S2 – проходит ТО-2; S3 – находится на сезонном обслуживании; S4 –
находится на текущем ремонте (в том числе в ТО-3); S5 – отправлена
на КР; S6 – находится на неплановом ремонте; S7 – списывается;
S8 – простаивает по организационным причинам.
Интенсивности переходов между состояниями определяются по
формулам
λ 0,i = (Tот i ) −1; µi ,0 = (Tв i ) −1 ,
(4.3)
На рис. 4.3 (см. вклейку) приведен пример расчета в Excel количества плановых мероприятий ТОиР и коэффициентов согласно предлагаемой методике (в расчетах не учитывается фактическая наработка машины Tф i на начало планируемого года со времени проведения
где Tот i – наработка на i-й отказ (для i = 7 – ресурс машины); Tв i –
время восстановления работоспособности после i-го отказа.
Наработка на отказ соответствует периодичности проведения
мероприятий ТОиР (см. рис. 4.3), время восстановления – продолжительности выполнения мероприятия ТОиР. Соответствующие интенсивности переходов – в столбцах «Интенсивность отказов» и «Ин-
82
83
последнего вида ТОиР или с начала эксплуатации).
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Глава 4. Методика планирования мероприятий обслуживания и ремонта...
тенсивность восстановлений». В состоянии S8 машина пребывает
в период времени Тр.р.н – рабочего времени, в течение которого машина находится в работоспособном состоянии, но не эксплуатируется
(см. рис. 1.4) из-за отсутствия работы или невозможности ее проведения.
Состояние S7 учитывать не будем, так как вероятность р7 очень
мала. Состояние S8 настолько неопределенно, что статистические
закономерности не в состоянии адекватно его описать, поэтому S8
тоже не учитываем в рассматриваемой модели.
Уравнения Колмогорова для описываемого случая имеют вид:
 p0 λ 0,1 = p1µ1,0 ;

........
 p0 λ 0,i = pi µi ,0 ;

........
 p0 λ 0, n = pnµ n,0 ;

 p0 ⋅ p1 ⋅ ... ⋅ pi ⋅ ... ⋅ pn = 1.
5
K г = p0 + ∑ pi .
Коэффициент технического использования рассматривается как
отношение математического ожидания суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период
эксплуатации к математическому ожиданию суммарного времени
пребывания объекта в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом за тот же период. Поэтому Kт.и может рассматриваться как вероятность состояния
пребывания машины в работоспособном состоянии р0.
Время пребывания в
работоспособном состоянии
Т р.р (невключает постои в
плановых и неплановых ТОиР:
Т р – Т р.н.п – Т р.н.н), ч
Решая систему, получим:
Вид машин
−1
 λ
λ
λ 
λ
p0 = 1 + 0,1 + ... + 0, i + ... + 0, n  ; p1 = 0,1 ⋅ p0 ; ... ;
µ i ,0
µ n ,1 
µ1, 0
 µ1, 0
λ
λ
pi = 0,1 ⋅ p0 ; ... ; pn = 0, n ⋅ p0 .
µ i ,0
µ n,0
(4.4)
Вычислим значения комплексных показателей надежности машины. Рассматривая коэффициент готовности как вероятность того,
что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный
момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых
применение объекта по назначению не предусматривается, рассчитываем Kг как сумму вероятностей состояний пребывания машины
в работоспособном состоянии р0 и нахождении в плановых мероприятиях ТОиР (рис. 4.5):
84
(4.5)
1
1970
Простои в
неплановых ТОиР:
Т р.н.н, ч
Вероятность
пребывания машины в
работоспособном
состоянии, р 0
Номера
Вид ТОиР состояний, K т.и
i
(р 0)
ТО-1
Экскаваторы одноковшовые с
ТО-2
гидравлическим приводом: на
СО
базе пневмоколесного
ТР (в том
трактора, 2-й размерной
числе: ТО-3)
группы, с ковшом
КР
3
вместимостью 0,25-0,4 м
НР
Показатели
Kг
(р 0+р 1+
... + р 5)
K п.п
0,729
Вероятности
пребывания
машины в
неработоспособном состоянии, р i
1
2
3
0,022
0,009
0,006
4
0,029
5
6
ИТОГО
0,010
0,196
0,271
0,73
0,80
0,91
Рис. 4.5. Пример расчета в Excel вероятностей пребывания машины
в состояниях мероприятий ТОиР
85
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Список литературы
1. Бирючев Б. Н. Организация выполнения неплановых ремонтов строительных машин передвижными ремонтными мастерскими: дис. ... канд. техн.
наук: 05.05.04 / Б. Н. Бирючев. Ленингр. инж-строит. ин-т. – Л., 1986. – 178 с.
2. Быков В. В. Концептуальные и технологические основы системы технического сервиса транспортных и технологических машин лесного комплекса: моногр. / В. В. Быков. – М.: МГУЛ, 2004. – 312 с.
3. МДС 12-13.2003. Годовые режимы работы строительных машин /
МДС 12-13.2003. ЦНИОМТП. – М., 2003. – 65 с.
4. ГОСТ 27.002–89. Надежность в технике: Основные понятия. Термины и определения / ГОСТ 27.002–89: Изд-во стандартов. – М., 1990. – 35 с.
5. Игнатов В. И. Научные основы формирования стратегии технического обслуживания и ремонта лесных машин / В. И. Игнатов. – М.: МГУЛ,
2000. – 336 с.
6. Кузнецов Е. С. Управление технической эксплуатацией автомобилей.–
2-е изд., перераб. и доп. / Е. С. Кузнецов. – М.: Транспорт, 1990. – 272 с.
7. Малкин В. С. Техническая эксплуатация автомобилей: Теоретические и практические аспекты: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений /
В. С. Малкин. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 288 с.
8. МДС 81-3.99. Методические указания по разработке сметных норм
и расценок на эксплуатацию строительных машин и автотранспортных средств /
МДС 81-3.99. – М.: Госстрой России, 1999. – 32 с.
9. Репин С. В. Методология совершенствования эксплуатации строительных машин: монография / С. В. Репин; СПбГАСУ. – СПб., 2005. – 172 с.
10. Бауман В. А. Технико-экономический анализ и прогнозирование параметров строительных машин / В. А. Бауман, М. Д. Гилула, В. Н. Вязовикин
и др. – М.: Машиностроение, 1980. – 224 с.
11. Фролова М. В. Оптимизация сроков службы строительных машин:
учеб. пособие / М. В. Фролова. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та,
1998. – 78 с.
12. Чирковский В. Е. Стратегия ремонта: варианты и тенденции /
В. Е. Чирковский, С. Е. Максимов, А. К. Ананьев // Дороги Pro. – 2004. – № 1,
март. – С. 24–27.
13. Эдельман В. И. Надежность технических систем: экономическая оценка / В. И. Эдельман. – М.: Экономика, 1988. – 151 с.
14. Прудовский Б. Д. Управление технической эксплуатацией автомобилей по нормативным показателям / Б. Д. Прудовский, В. Б. Ухарский. – М.:
Транспорт, 1990. – 240 с.
86
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Состав практических занятий по дисциплине
«Эффективность применения строительных машин»
Скачать папку с расчетными заданиями с сайта http://repinsergev.narod.ru/
effect.html.
Вариант выбирать в соответствии с порядковым номером в списке группы: варианты.xls (см. прил. 2, вклейка).
Расчеты проводятся на примере машины, указанной в задании. Так, буквы и цифры обозначают: Э – экскаватор одноковшовый и размерная группа;
Б – бульдозер и тяговое усилие, тс; С – скрепер и вместимость ковша, м3;
К – кран самоходный и грузоподъемность, тс; П – погрузчик фронтальный
и вместимость ковша, м3.
В конце каждого задания должны быть написаны выводы.
Задания сброшюровать, вставить титульный лист и содержание.
Задание 1. Расчет цены и себестоимости машино-часа работы техники.
Отдельно выделить – составляющие затрат, цену, себестоимость, условно-постоянные и переменные затраты. Выполнять по VLC 81-3.99 (документ
находится в папке с заданиями). Распечатать документ со своими расчетами,
расчетные данные свести в таблицу (по аналогии с табл. 1.1). Теоретические
основы задания изложены в разделе 1.3.
Задание 2. Расчет технико-экономических показателей машины.
Теоретические основы задания изложены в разделе 1.3.
1. Подставить свои данные в Маткад-программу ПЗ № 2-ТЭП.mcd.
2. Показать динамику показателей с возрастом машины.
3. Определить срок службы машины по максимуму накопленной прибыли, заданному уровню рентабельности, минимуму удельных затрат, максимуму удельной прибыли. Оценить соотношение.
4. Провести анализ безубыточности предприятия по эксплуатации строительной техники. Построить график динамики точки безубыточности с возрастом машины. Показать степень влияния на прибыль (эластичность) цены
машино-часа, условно-постоянных и переменных затрат, наработки за расчетный период.
5. Написать выводы.
87
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Приложения
Примечание:
использовать себестоимость машино-часа, величину условно-постоянных
и переменных затрат, вычисленную в первом задании;
предварительно прочитать теорию вопроса («Методы управления рентабельностью предприятия по эксплуатации строительных машин» на http://
repinsergev.narod.ru/effect.html). Цена машино-часа превышает себестоимость как
минимум на 30 %.
Задание 3. Метод оценки целесообразности покупки машин со сроком
эксплуатации:
определить для своей машины динамику снижения рыночной цены
с возрастом (см. Порядок построения динамики снижения рыночной цены
с возрастом (приложение 3) и Пример–Расчет динамики рыночной цены
машины.xls);
сравнить коэффициенты динамики снижения наработки, рыночной
цены и роста затрат;
выполнить расчеты в «Маткаде»;
написать выводы, оформить отчет, распечатав раздел 2.2 со своими
данными.
вызвать программу оптимизации: Данные-Поиск решения (рис. П.3)
и указать целевую ячейку, данные которой являются целевой функцией оптимизации (в данном примере – это максимум Kг, но может быть минимум капвложения – тогда указать $I$29 по минимальному значению, а также любая другая вычисляемая величина от I-32 до I-40).
оформить отчет, распечатав раздел 2.4 со своими данными.
Рис. П.1. Исходные данные
Задание 4. Оптимизация возрастной структуры парка строительных машин (теория изложена в разделе 2.4):
открыть ПЗ № 4 – Оптимизация ВС.xls;
внести исходные данные (рис. П.1): См.н – цена новой машины, р.;
Спр – цена продаваемой машины (продаются машины пятой возрастной группы возрастом 71,9 мес. – выбрать цену по графику динамики рыночной цены
машины); Сн.м – цена покупаемой неновой машины (покупаются машины третьей возрастной группы возрастом 40,6 мес.; выбрать цену по графику динамики рыночной цены машины); Zк.р – затраты на капитальный ремонт (должны быть меньше разности между ценами машин шестой и четвертой ВГ – если
не поняли почему, читайте внимательнее раздел 2.3); Слик – ликвидационная
стоимость машины (аналогично Сн.м); Цмаш.-ч – цена машино-часа (из второго
задания); Zэ0 – эксплуатационные затраты на новую машину (из первого задания); остальные данные из таблицы вариантов заданий (З – зарплата машиниста, – показатель старения по наработке, Т0 – месячная наработка новой машины);
внести в ячейки K-33 и L-33 интервал наработок нового парка машин, значения которого превышают суммарную наработку исходного парка
(I-19) (рис. П.2);
внести в ячейку К-29 максимальную величину капитальных вложений в млн р.;
88
89
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Приложения
Рис. П.3. Диалоговое окно «Поиск решения»
Занятие 5. Анализ структурной надежности машины.
Выполнить расчет в Excel и оформить в соответствии с разделом 3.2,
распечатать его со своими данными.
Рис. П.2. Результат оптимизации парка машин
Задание 6. Расчет характеристик проведения мероприятий ТОиР с учетом снижения наработки с возрастом машины (по заданному годовому падению наработки); теория изложена в разделе 4.2:
открыть «Расчет простоев в плановых и неплановых ТОиР.xls»;
отрыть лист «Расчет коэффициентов старения», подобрать годовое
снижение наработки в соответствии с заданным коэффициентом старения,
построить график снижения наработки;
открыть лист «Расчет простоев в ТОиР», в ячейке I-3 уже находится
заданный коэффициент старения и, значит, известно время простоев в НР –
Тр.н.н(t) (ячейка I-12) для заданного возраста машины t (ячейка Е-3);
занести в таблицу данные по периодичности и трудоемкости мероприятий ТОиР своей машины из МДС 12-8.20078;
программа рассчитает автоматически количество мероприятий ТОиР
(см. рис. 4.3), коэффициенты и вероятности состояний (см. рис. 4.5);
оформить отчет, распечатав разделы 4.2 и 4.3 со своими данными.
8
90
http://www.infosait.ru/norma_doc/49/49337/index.htm.
91
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
Приложения
Приложения
Приложение 3
Порядок построения динамики снижения рыночной цены
с возрастом машины
Алгоритм действий следующий:
найти в интернете цену новой машины и предложения по продаже со
сроком эксплуатации;
заполнить таблицу Excel;
построить график динамики рыночной цены:

выделить области «год-цена»;

вставка, диаграммы, точечная, (заполнить заголовки – диаграммы, осей);

построить линию тренда (нажать правой кнопкой мыши на одно
из значений на диаграмме, «Добавить линию тренда», «Тип» – экспоненциальная, «Параметры» – поставить галочки «показывать уравнение на диаграмме», «поместить на диаграмму величину достоверности аппроксимации», ОК).
92
93
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................................................................... 3
Глава 1. Основные положения теории эффективности транспортнотехнологических машин ...................................................................................... 5
1.1. Понятие эффективности .................................................................... 5
1.2. Анализ процесса формирования наработки парка машин
и показателей его работоспособности..................................................... 9
1.3. Себестоимость эксплуатации строительных машин
и понятие о маржинальном анализе ...................................................... 13
1.4. Динамика показателей работоспособности
строительных машин .............................................................................. 27
1.5. Критерии для определения оптимального срока службы ............. 37
Глава 2. Методика формирования парков транспортно-технологических
машин .................................................................................................................. 48
2.1. Подходы к вопросу эффективности при формировании парка
техники .................................................................................................... 48
2.2. Метод оценки целесообразности покупки машин со сроком
эксплуатации ........................................................................................... 50
2.3. Экономическая целесообразность проведения капитального
ремонта .................................................................................................... 54
2.4. Построение модели оптимизации возрастной структуры парка
строительных машин .............................................................................. 57
Показатель экспоненты представляет собой коэффициент старения машины по рыночной цене.
Глава 3. Анализ надежности машины как сложной технической системы...68
3.1. Разработка схемы формирования вероятности безотказной
работы и интенсивности потока отказов сложной
технической системы .............................................................................. 68
3.2. Методика оценки надежности машины как сложной
восстанавливаемой системы с помощью теории массового
обслуживания (ТМО) .............................................................................. 74
Глава 4. Методика планирования мероприятий обслуживания и ремонта
с учетом динамики технического состояния.................................................... 77
4.1. Основные положения «Рекомендации по организации
технического обслуживания и ремонта строительных машин.
МДС 12–8.2007» ..................................................................................... 77
4.2. Расчет количества мероприятий ТОиР с учетом проведения
неплановых ремонтов для восстановления работоспособности
после внезапных отказов ........................................................................ 80
94
95
С. В. Репин, В. П. Чмиль, А. В. Зазыкин
4.3. Определение комплексных показателей надежности
на основе нормативных документов по ТОиР и данных
по внезапным отказам ............................................................................ 84
Список литературы ............................................................................................ 86
Приложения ........................................................................................................ 87
Учебное издание
Репин Сергей Васильевич
Чмиль Владимир Павлович
Зазыкин Андрей Вячеславович
РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
И ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАШИН В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Учебное пособие
Редактор О. Д. Камнева
Корректор М. А. Молчанова
Компьютерная верстка И. А. Яблоковой
Подписано к печати 02.06.15. Формат 60 84 1/16. Бум. офсетная.
Усл . печ. л. 5,6. Тираж 100. Заказ 51. «С» 27.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.
96
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 276 Кб
Теги
model, repin, raschetno
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа