CC BY
0
^ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ
УДК 656.13
АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОБОСНОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РЕМОНТНЫХ СРЕДСТВ
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Р.Н. Сафиуллин1, В.В. Камлюк2, К.В. Сорокин3
1,ъСанкт-Петербургский Горный университет, Россия, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2;
2Санкт-Петербургский военный институт войск национальной гвардии, Россия, 198206, Санкт-Петербург, улица Лётчика Пилютова, д. 1.
С целью повышения эффективности за счет снижения трудозатрат в настоящее время интенсивно внедряются средства автоматизации в технологический процесс технического обслуживания и ремонта транспортных средств. В связи с этим предложен аналитический метод, позволяющий на основе разработанных стоимостных зависимостей обосновать структуру и характеристики автоматизированных ремонтных средств транспортных средств. Разработана последовательность стоимостной оценки затрат на создание и функционирование автоматизированных ремонтных средств транспортных средств, методов прямого поиска с учетом размерности задачи, вида целевой функции и функций ограничений на основе метода Хука-Дживса, модифицированный для учета ограничений.
Ключевые слова: аналитический метод, стоимостная оценка затрат, автоматизированные ремонтные и транспортные средства.
AN ANALYTICAL METHOD FOR SUBSTANTIATING THE STRUCTURE AND CHARACTERISTICS OFAUTOMATED VEHICLE REPAIR FACILITIES
R.N. Safiullin , V.V. Kamlyuk, K.V. Sorokin
Saint Petersburg Mining University, 199106, Saint Petersburg, Vasilyevsky Island, 21 line 2, Russia;
St. Petersburg Military Institute of the National Guard Troops, 198206, St. Petersburg, Pilyutov Street, 1, Russia.
In order to increase efficiency by reducing labor costs, automation tools are currently being intensively introduced into the technological process of vehicle maintenance and repair. In this regard, an analytical method is proposed that allows, based on the developed cost dependencies, to substantiate the structure and characteristics of automated vehicle repair facilities. A sequence of cost estimates for the creation and operation of automated vehicle repair facilities, direct search methods, taking into account the dimension of the task, the type of objective function and constraint functions based on the Hook-Jeeves method, modified to account for constraints, has been developed.
Keywords: analytical method, cost estimation of costs, automated repair and transport facilities.
Введение
Автоматизированные ремонтные средства играют важную роль в обеспечении качества и эффективности технического обслуживания и ремонта транспортных средств. Данные средства помогают ускорить процесс технического обслуживания и ремонта, также уменьшить вероятность ошибки при проведении диагностирования, позволяющие повысить безопасность и надежность транспортных средств. В условиях появления нового оборудования и программного обеспечения отсутствие единых требований к автоматизированным ремонтным средствам, а также создавае-
мой структуры и характеристик автоматизированных ремонтных средств автоматических систем приводит к необходимости научного обоснования и создания методологических подходов инновационных технических и технологических решений обеспечения снижения затрат в процессах построения элементов технической эксплуатации транспортных систем в условиях изменений количественных, качественных и структурных параметров.
Выбор верной структуры и характеристик автоматизированных ремонтных средств является достаточно сложной задачей, которая требует
1 Сафиуллин Равиль Нуруллович - доктор технических наук, профессор, e-mail: safravi@mail.ru, https://or-cid.org/0000-0002-8765-6461;
2Камлюк Василий Владимирович - доктор технических наук, профессор, e-mail: npo122umr@mail.ru;
3Сорокин Кирилл Владиславович - аспирант, e-mail: kiros_00@bk.ru, https://orcid.org/0009-0006-3781-1407.
С =
"■^рем
аналитического подхода и создание методики формирования стоимостных зависимостей на создание и функционирование ремонтных средств транспортных средств, которая позволит произвести оценку затрат на ее создание и функционирование, а также сформировать целевую функцию. После формирования целевой функции необходимо применить алгоритм решения оптимизационной задачи [1,2].
Основная часть
Для решения задачи обоснования структуры и характеристик автоматизированных ремонтных средств транспортных средств 3 необходимо сформировать функцию стоимости ее реализации и функционирования. Суммарная стоимость ремонтных средств транспортных средств С определяется производственными затратами на формирование ремонтных органов (РО) автотранспортного предприятия (АТП) на различных уровнях автоматизации технической эксплуатации, соответствующих затрат на выполнение ремонтных и транспортных работ, а также затрат, связанных с транспортировкой ремонтных органов
^ ^форм РО + ^рем + ^тран, (-0
где Сф0рМ ро - стоимость формирования РО АТП; Срем - стоимость выполняемых ремонтных работ; Стран - стоимость транспортировки (перемеще- Сперемрсмт ния) средств ремонтных органов АТП.
Для расчета составляющих выражения (1) используются методики, полученные в работах [3,4]. Суммарная стоимость формирования ремонтных органов АТП определяется выражением вида
#СВР 2 / /
Сфмл - стоимость ремонтно-эвакуацион-ных (транспортных) средств и-го типа.
Суммарная стоимость выполняемых ремонтных работ определяется выражением
#СВР 2
\ \ рР Ту ГВРУ
11^РУЛ'рем1 %ем£
(3)
Л=1 г>=1
где СреР^ - средняя стоимость часа функционирования ремонтного подразделения у-го типа автоматизации.
Стоимость транспортировки образцов транспортных средств и ремонтных органов определяется по формуле
^тран = ^перемРСМТ + ^транТС' (4)
где СперемРСМТ и СтранТС- соответственно стоимость перемещения ремонтного средства мобильного типа (РСМТ) в ходе выполнения ремонта в эксплуатационных условиях и стоимость транспортировки транспортных средств на ремонтный орган АТП.
Стоимость перемещения РСМТ в ходе выполнения ремонта в эксплуатационных условиях определяется выражением
#СВР ^РПМТ
= II
Л=1 (=1
5,
передмЛ(°передвЛ(
(5)
С,
формРО
= И(вр"»(!
Л=1 г>=1
. .тспец.~спец
где ^передвЛ( - стоимость одного километра перемещения РСМТ из состава РО Н-го уровня в ходе выполнения ремонта по 7-й заявке;
5ЛередмЛ(- расстояние между РО Н-го уровня, пройденное РСМТ в ходе выполнения ремонта по 7-й заявке;
ПрпмТ- количество заявок, распределённых РСМТ для выполнения ремонта.
Стоимость транспортировки средств в ремонт определяется выражением
+
V
I
и=1
(2)
#СВР ^РОАТП
где ^СР^-л - количество средств ремонта к-го типа на ремонтном участке РУ v-го типа Н-го уровня автоматизации;
ССР^л - стоимость средств ремонта к-го типа v-го типа автоматизации;
^рулЦ - количество ремонтников в РУ v-го типа Н-го уровня автоматизации;
^ру1т - усреднённая стоимость подготовки специалиста-ремонтника;
Фил- количество ремонтно-эвакуацион-ных (транспортных) средств и-го типа в РО Н-го уровня автоматизации;
^транТС 11 ^ ^ ^трмЛ(^трЛ(/ремЛ(
(6)
Л=1 (=1
где СтрЛ[ - стоимость одного километра транспортировки средства ТС в ремонтное орган АТП (РОАТП) Н-го уровня по 7-й заявке;
^трМЛ( - расстояние между РО Н-го уровня, и местонахождением объекта ремонта по 7-й заявке;
Проатп- количество заявок, распределённых в РОАТП для выполнения ремонта;
;ТеСмлг количество образцов средств ТС, направляемых для ремонта в РОАТП Н-го уровня по 7-й заявке [5,6].
4
СПбГЭУ
Таким образом, функция затрат на созда- (2) - (6) примет вид ние и функционирование системы (1) с учетом
#СВР 2 / / *СР \ и
л=1 г>=1 \ \&=1 / м=2
#свр 2 #СВР ^РПМТ
I \ \ пУ у^РП /~ВРП I \ \ г рЬ
+ "РУЛ1рерЕ°рерЕ + °уередрЛ(°уередвЛ(
Л=1 ъ>=1 Л=1 (=1
#СВР ^РОАТП
Л=1 (=1
Таблица 1 - Исходные данные для обоснования системы 5
№ п/п Наименование параметра Ед. изм Обозначение
Множество характеристик пространственного построения комплекса средств X;
1. Вид транспортной коммуникации в
2. Расстояния между эксплуатирующими средствами, довольствующими и ремонтными органами при использовании транспортной коммуникации в-го вида км
3. Скорость передвижения по транспортной коммуникации в-го вида км/ч
Множество объектов комплекса средств V
Подмножество состава комплекса средств Лу
4. Тип образца средства, находящегося комплекса 1
5. Количество образцов средств г-го типа в комплексе
Множество технических характеристик средств Х1
Подмножество характеристик подвижности образцов средств Х14
6. Вид транспорта 2
7. Типы транспортировочных средств и
8. Количество транспортировочных средств Фи
Множество эксплуатационно-технических характеристик средств Х2
Подмножество характеристик надежности образцов средств Х21
9. Количество номенклатур РЭ, требующих ремонта в образце средства шт. ¥
10. Количество РЭ каждой номенклатуры в образце, подлежащих ремонту шт.
11. Параметр потока заявок на ремонт в(стационарных) условиях ед/ч Прэ, (Пртэ)
Подмножество технологических характеристик работ с образцами средств Х22
12. Количество ремонтных операций в цикле технологического потока Я
13. Средняя трудоемкость г-й ремонтной операции чел.ч и
14. Код занятости т^РСМТЬ
15. Время свертывания (развертывания) ч .сверт развл СРУ (СРУ )
16. Период планирования ремонта ч Тп
17. Среднее время предварительной дефектации принимаемого в ремонт образца ч ¿пр деф/
18. Среднее время административных затрат, связанных с приемом техники в ремонт ч ¿адм
19. Среднее время погрузки (выгрузки) ¿погр / (¿выгр /)
20. Среднее время демонтажа (монтажа) образца при транспортировании ¿демонт / (¿монт /)
Подмножество стоимостных характеристик ремонта средств Х23
21. Стоимость средств ремонта к-го типа в РУ v-го типа автоматизации руб гу
22. Усреднённая стоимость подготовки специалиста-ремонтника руб ,~суец
23. Стоимость ремонтно-эвакуационных (транспортных) средств и-го типа руб
24. Средняя стоимость часа функционирования ремонтного участка АТП V -го типа автоматизации руб /~врп иремЕ
25. Стоимость одного километра перемещения (мобильного типа) из состава РО й-го уровня автоматизации руб гь ^уередв^1
26. Стоимость одного километра транспортировки образца в РО й-го уровня автоматизации руб гь ^трЫ
Таблица 2 - Совокупность оптимизируемых переменных системы S
№ п/п Обозначение переменной Принадлежность к множеству Наименование переменной
1. ^СВР О количество уровней распределения ремонтных органов (РО)
2. V О типы каналов ремонта в РО
3. 73V ВРПН О количество ремонтных подразделений v-го типа в составе РО Н-го уровня автоматизации
4. ^РП О среднее время выполнения ремонтных операций в РП v-го типа автоматизации
5. дт-спец РПу О количество специалистов-ремонтников в каждом РП v-го типа автоматизации
Ох - показатели структуры системы 8;
Оэ - показатели характеристик системы 8.
Полученные зависимости используются при формировании целевой функции и в совокупности с функциями ограничений позволяют решить научную задачу обоснования структуры и характеристик ремонтных средств транспортных средств. Вид целевой функции может быть представлен следующим образом
С = С,
((&,да) + Срем(((&,С5)|Х))
формРО((^5, "я
+ с.
тран
^ тт
(8)
Исходные данные для решения задачи обоснования структуры и характеристик системы войскового ремонта представлены в таблицах 1 и 2.
Диапазоны изменения оптимизируемых переменных составляют
1 < к < Ясвр, V = {1,2}, 1 < 5|ул <
ТРУтт < ТРУ < ТРУтах,1 < ^ру^ < ^РУ^тах С учетом (1) целевая функция будет иметь
вид
«СВР 2 / /^СР \ и
1 1 ( ®РУЛ ( 1 ^СРЙЛ^СРЙЛ + ^рул^СруЛ^, I + 1 ФилСфий Л=1 г>=1 \ \&=1 / м=2
«СВР ^РПМТ
+
«СВР 2
II
Л=1 г>=1 «СВР ^РОАТП
^РУЛ'ремЕ^ремЕ + I I
Йу грВрп ,~Врп | руь +
5,
17 С,
Ь
передмЛ( °передвЛ(
Л=1 (=1
+ ^^ ^^ ^трмЛ(^трЛ(/ремЛ(
Л=1 (=1
^ т^п , (9)
Л^рудруег^ ^
Задача решается при ограничениях
^тг =
7(0) - М[Лреб рем(^53, 0] + М[/рем((&, ^Ж^, С)]
/Тбщ^)
где Ктг - отношение числа технически исправных по запасу ресурса образцов к общему числу образцов в комплексе средств в рассматриваемый момент времени
^ггтреб- требуемое значение показателя результативности функционирования системы 8;
/¡¡Г? - количество технически исправных по запасу ресурса образцов средств;
/Общ - общее количество образцов средств в комплексе.
Анализ оптимизационной задачи (9, 10) показывает, что целевая функция и часть ограничений являются нелинейными функциями N оптимизируемых переменных. Это обстоятельство свидетельствует о том, что ее решение может быть получено на основе методов нелинейного
(10)
программирования с нелинейными ограничениями. Особенностью оптимизационной задачи является тот факт, что составляющее второго
слагаемого целевой функции (9), являющееся, в свою очередь, функцией оптимизируемой переменной Тру, рассчитывается алгоритмически. Также невозможно выразить в аналитическом виде функцию ограничений (10). Значения Ктг получаются алгоритмически в ходе моделирования процессов функционирования системы ремонта 3. В известной литературе [7, 8, 9] при анализе подобных задач показано, что общего подхода к их решению не существует и в каждом конкретном случае метод их решения выбирается исходя из анализа на ограниченность области допустимых
6
СПбГЭУ
решений, совместимость ограничений, существования приемлемого решения, выпуклость целевой функции и единственности решения.
В задаче (9, 10) оптимизируемые переменные имеют определенные диапазоны изменений при заданных значениях других переменных, что заведомо предопределяет ограниченность области допустимых решений. Это означает, что решение задачи заключено в конечном ^-мерном пространстве, ограниченном диапазонами изменения оптимизируемых переменных [10, 11].
Функция ограничений (10) задается алгоритмически, и это не позволяет провести строгую проверку ее на выпуклость. Однако из физических соображений ясно, что она монотонна для каждого из оптимизируемых параметров при фиксированных значениях остальных [12, 13].
Выводы
1. Получены стоимостные зависимости на создание и функционирование ремонтных средств, которые используются при формировании целевой функции и в совокупности с функциями ограничений позволяют решить научную задачу обоснования структуры и характеристик автоматизированных ремонтных средств транспортных средств.
2. Наиболее приемлемым способом решения задачи обоснования структуры и характеристик автоматизированных ремонтных средств транспортных средств является метод прямого поиска, предполагающий вычисление значений целевой функции с последующей их проверкой на удовлетворение ограничениям. Среди методов прямого поиска с учетом размерности задачи, вида целевой функции и функций ограничений наиболее целесообразным будет метод Хука-Дживса, модифицированный для учета ограничений.
Литература
1. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер. с англ. / Б.Банди. - М.: Радио и связь, 1988. -128 с.
2. Гэри М. Вычислительные машины и трудноре-шаемые задачи. Монография / М.Гэри, Д.Джонсон - М.: Мир, 1982. - 420 с.
3. Джофрион А. Решение задач оптимизации при многих критериях на основе человеко-машинных процедур / В кн. Вопросы анализа и процедуры
принятия решений / А. Джофрион, Дж. Дайер, А. Файнберг. - М.: Мир, 1976.
4. Safiullin, R.N., Safiullin, R.R., Efremova, V.A..Method of complex assessment of on-board information and control systems on mining machines // Mining Informational and Analytical Bulletin. -2023. - № 9-1. - С. 49-63. DOI: 10. 25018/0236/1493/2023/91049.
5. Николаев, В. И. Системотехника: методы и приложения / В.И. Николаев, В.М. Брук. - Л.: Машиностроение, 1985. - 199 с.
6. Подиновский В. В. Оптимизация по последовательно применяемым критериям / В.В. Подиновский, В.М. Гаврилов. - М.: Советское радио, 1975. - 192 с.
7. Борисов C. В., Колтунова Е. А., Кладиев С. Н. Совершенствование структуры имитационной модели тягового асинхронного электропривода рудничного электровоза // Записки Горного института. — 2021. — Т. 247. - C. 1-8. DOI: 10.31897/PMI.2021.1.12.
8. Бузмаков С. А., Санников П. Ю., Кучин Л. С., Игошева Е. А., Абдулманова И. Ф. Применение беспилотной аэрофотосъемки для диагностики техногенной трансформации природной среды при эксплуатации нефтяного месторождения // Записки Горного института. - 2023. - Т. 260. - С. 180-193. DOI: 10.31897/PMI.2023.22.
9. Назарычев А.Н., Дяченок Г.В., Сычев Ю.А. Исследование надежности тягового электропривода карьерных самосвалов на основе анализа отказов его функциональных узлов // Записки Горного института. - 2023. - Т. 261. - C. 363-373.
10. Курганов В.М., Грязнов М.В., Колобанов С.В. Оценка надежности функционирования экскава-торно-автомобильных комплексов в карьере // Записки Горного института. - 2020. - Т. 241. - C. 10. DOI: 10.31897/pmi.2020.1.10
11. Козярук А.Е., Камышьян А.М. Повышение энергетической эффективности электромеханической трансмиссии карьерного автосамосвала // Записки Горного института. - 2019. - Т. 239. - C. 576. DOI: 10.31897/pmi.2019.5.576.
12. Integrated assessment of methods for calculating harm caused by vehicles in transport of heavy cargoes. Afanasyev, A.S. IOP Conference Series: Earth and Environmental Sciencethis, 2018, 194(7), 072011.
13. Мethod of forming an integrated automated control system for intelligent objects
14. Haotian , Epishkin, A., Safiullin, R. CEUR Workshop Proceedings, 2021, 2922, стр. 17-26
