CC BY
59
юзДорНИИ». Основное направление научных исследований - Разработка ресурсосберегающих технологий в дорожном строительстве. Имеет 35 опубликованных работ. E-mail: BEDRIN-EA@yandex.ru
Звьялов Александр Михайлович - заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, доктор технических наук, профессор, про-
фессор кафедры «Высшая математика». Основное направление научных исследований: математическое моделирование динамики взаимодействий рабочих органов дорожных и строительных машин с контактной средой и геокриологических процессов в грунтах. Имеет 267 опубликованных научных работ.
УДК 625.7/.8
КОМПЛЕКСНЫЙ КРИТЕРИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАРКА МАШИН ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ СЕТИ ДОРОГ
Т. В. Боброва, И. В. Слепцов
Аннотация. Парк машин для содержания сети дорог представлен в качестве структурного элемента системы «парк машин - дорога - транспортный поток -среда» (ПМ-Д-ТП-С). Факторы, активно воздействующие на эффективность функционирования системы, условно разделены на три группы: требования к технике, обеспечение нормативных требований к уровню содержания дорожной сети с использованием инновационных технологий, условия движения транспорта. Рациональный выбор варианта комплектования парка машин путем плановой модернизации предложено осуществлять с учетом комплексного интегрального критерия.
Ключевые слова: интегральный критерий эффективности, парк машин, инновационные технологии, уровень содержания дорожной сети, условия движения.
Введение
Нормативные требования пользователей к потребительским качествам дорог в условиях ограниченных ресурсов могут быть обеспечены только при использовании новых современных технологий содержания дорог на базе многофункциональных машин. Принятая на первой Всероссийской конференции «Инновационным технологиям - современную технику» (г.Калуга, 24-25 июня 2010г.) [1] концепция модернизации парков машин направлена в первую очередь на преобразование дорожно-эксплуатационных предприятий (ДЭП) в современные предприятия инновационного типа.
В последние годы для содержания дорог предлагаются высокопроизводительные машины различного назначения (специальные, универсальные, комбинированные, со сменным оборудованием) отечественных и зарубежных производителей, отличающиеся по цене и качественным показателям. При расширении возможностей приобретения техники каждая дорожно-эксплуатационная организация должна решать задачу формирования парка машин на основе рационального выбо-
ра с учетом условий содержания дорожной сети региона, используя современные информационные технологии и методы экономико-математического моделирования.
Следствием использования для ремонта и содержания дорог устаревшей техники является ухудшение основных показателей, характеризующих результаты дорожной деятельности: высокая себестоимость работ, снижение качества и долговечности автомобильных дорог и сооружений на них, ухудшение условий и безопасности движения на дорогах. Такое положение предопределило выход на первый план вопросов замены устаревшей техники на современную, т.е. модернизацию и реструктуризацию парков машин при выполнении работ по ремонту и содержанию региональной сети автомобильных дорог.
Управление комплектованием парка машин
Управление структурой парка машин -сложный многоплановый процесс, характеризующийся большим многообразием состояний системы «парк машин - дорога - транспортный поток - среда» (ПМ-Д-ТП-С) и включающий в себя решение многочисленных задач
оптимального проектирования и использования машин, комплектов, комплексов и систем машин.
Модели, разработанные для транспортного строительства в 1970 - 1990-е гг., как правило, были ориентированы на оптимизацию по одному критерию (стоимость, время и т.д.), рассматривая другие условия в качестве ограничений. При этом часто игнорировались организационные, социально-экономические, экологические и другие факторы (критерии), которые могли существенно изменить как саму модель, так и результаты расчета с ее использованием. Сформировавшиеся в 1980-х годах экономико-математические модели были связаны с «экстремальным характером», который приводил к «выжиманию резервов». Проведенный анализ научных работ в данной области выявил ряд новых задач, направленных на совершенствование моделей комплектования парка машин для содержания сети дорог:
-переход от разрозненных частных моделей к их комплексному использованию;
-формирование инновационных программ по содержанию дорог с заданным уровнем гарантии их реализации;
-разработка технических и экономических резервов для компенсации потерь в ситуациях неопределенности и риска;
-создание комплексного доминирующего критерия, включающего частные критерии отдельных задач модели.
При разработке моделей необходимо учесть ряд факторов, связанных с особенностями производства работ в условиях непрекращающегося движения транспорта:
1)влияние технологий и комплектов машин на безопасность и организацию движения в процессе производства работ;
2)стесненные условия;
3)ограниченные сроки и высокие темпы выполнения работ;
4)готовность техники к выполнению непредвиденного объема работ;
5)проектирование оптимальных резервов для компенсации возможных рисков.
Система ПМ-Д-ТП-С представлена в виде иерархической структуры (рисунок 1).
I пм-д-тп-с
¿-и парк машин
в-ф комплект машин
^параметры машины
^ типоразмерная группа марка
р технические показатели
■ техническая производительность
■ надежность
■ ремонтопригодность
■ долговечность
Г экономические показатели
■ рыночная цена
■ форма приобретения и способ доставки
■ условия возврата средств
■ сменное рабочее оборудование
■ энергопотребление ■экологичность
й-и технология
5-и технологическая схема ■ дорога
параметры объектов дорожной сети
■ техническая и эксплуатационная категория
■ вид, количество и состояние конструктивных элементов
■ инженерное оборудование и обустройство
■ объемы и сроки выполнения работ
■ затраты на содержание дорожной сети I транспортный поток
■ интенсивность и состав движения
■ транспортные расходы
■ скорость транспортного потока
■ непрерывность и безопасность движения
■ уровень сервисного обслуживания р среда
■ погодно-климатические факторы
■ снегозаносимость
■ годовое количество осадков
■ метелевый режим
Рис.1. Структурная схема системы ПМ-Д-ТП-С
Основными управляющими параметрами данной системы являются: вид и типоразмер машин, возрастная структура, показатели использования машинного парка, применяемые технологии работ; транспортно-
эксплуатационные показатели сети дорог до и после выполнения дорожных работ, параметры транспортного потока и др. Построение структуры парка машин тесно связано с решением задачи классификации, упорядочения и группировки некоторого множества элементов. Задачи подобного рода решаются с при-
менением теории классификации и распознавания объектов.
Учитывая особенности производства работ и структуру системы ПМ-Д-ТП-С, на рисунке 2 приведена укрупненная схема формирования интегрального показателя эффективности в заданной системе целей. Интегральный показатель по каждой подсистеме формируется как мультипликативная функция на основе совокупности частных критериев [2].
К наиболее простым в определении, но достаточно надежным относятся показатели,
основанные на оценке функционирования машин во времени: продолжительность рабочей смены, коэффициент сменности, календарная продолжительность использования техники парка в году, ресурс машин, срок службы. Они определяются по справочникам [3].
Более глубокий анализ парка машин можно получить, используя показатели, учитывающие особенности технической эксплуатации машин, уровень производства и приспособ-
ленность спецмашин к техническому обслуживанию и ремонту [4].
Достаточно значимыми для характеристики структуры машинных парков являются технико-экономические показатели, приведенные к единице продукции - стоимость производства работ, трудоемкость, энергоемкость; годовой режим работы машины, эксплуатационная производительность и др. Ниже приведены пояснения к расчету ряда частных критериев, учитывающих особенности работы машин при содержании дорожной сети.
Рис. 2. Укрупненная схема управляемых показателей системы ПМ-Д-ТП-С
Подсистема «Парк машин»
1. Удельные энергозатраты комплекта машин рассчитываются исходя из нормативной потребности топлива на выполнение технологических операций [5]:
о _£нрп • qi
' Пэ,
или Эуд = Е Н
врi ' нрп ' qi,
(1)
где Эуд - затраты энергии на единицу работ, МДж/физ.ед.; НРП - норма расхода топлива /й машины, л/ч; п - количество машин в комплекте, ед.; НР - норма времени на выполнение единицы работ /-й машиной в составе комплекта, маш.-ч.; q - удельная теплота сгорания топлива /-й машины, МДж/л; Пэвм -
эксплуатационная производительность ведущей машины, ед.изм./ч.
Дополнительные расходы энергоносителей рассчитываются при холостых пробегах машин.
Эксплуатационную производительность для различных условий производства работ предлагается определять при помощи коэффициента местных условий:
Пэ = Пт • Кусл,
(2)
где Пт - техническая производительность машины, ед.изм./ч; Кусл - коэффициент, учитывающий местные условия [6]. 2. Основным показателем, характеризующим возрастную структуру ПМ, является степень физического износа. Степень физического
износа ПМ выражается коэффициентом износа и определяется по формуле: а) по отдельным маркам машин, кизн1, %
k —-.100■
• *//-эи/ __1 v v f
Тн1 ■ П
б) для всего ПМ, кизн, %
(3)
n,
2 ka
k =i=— изн
N
(4)
\Э(t + 1;T) + F(t + 1;T +1) - дальнейшая эксплуатация; F(t,T) = min\ K3(t;T) + F(t +1;1) + Э(t +1; 1) - замена;
\Kp(t;T) + F(t + 1;T- k) + Э(t + 1;T- k) - модернизация, ремонт,
(5)
где t - этапы расчетного периода; Т - возраст машины; Э^+1; Т) - затраты при дальнейшей эксплуатации; F(t; Т) - суммарные приведенные затраты от ^го до последнего года расчетного периода; Кз(t;T) - затраты на замену машины; Кр(t;T) - затраты на капитальный
ремонт и модернизацию машины, которые позволят снизить эксплуатационные затраты и повысить уровень технического состояния с возраста Т лет до возраста Т-к лет. 3. Расчет коэффициента использования по времени всех типов (марок) машин Gm, обеспечивающих ремонт и содержание сети дорог, наиболее приемлема формула, предложенная в работе [8]:
Gm = 1 2 (1 -
m Mm=1
tnp Lm
TmNm
(6)
где tmр - время простоя машин т-типа, маш.-ч.; Тт - директивный годовой фонд рабочего времени машины т-типа, маш.-ч.; Nm - количество машин т-типа, шт.; М - количество типов (марок) машин. Время простоя машины т-типа [8]:
где MR^n
нормативное количество т-
машинного ресурса на к-технологической операции, маш.-ч.
Подсистема «Дорога»
1. Прирост комплексного показателя ТЭС сети дорог АКПФС характеризует качественное изменение состояния дорожной сети в результате выполнения работ определенным комплектом машин[9]:
ЛКПФС = КПКС - КПНС,
(8)
где Тф - фактический период эксплуатации 1-й марки машины, год; Тн - нормативный срок службы ¡-й модели, заложенный в основу норм амортизационных отчислений, год; ni -число машин ¡-х моделей, ед.; N - количество марок машин, ед.
Для управления возрастной структурой ПМ используется критерий минимума суммарных приведенных затрат в течение расчетного периода [7]:
где КПКС - фактический конечный показатель
состояния сети дорог после дорожных работ;
КПНС - фактический начальный показатель
состояния сети дорог до производства дорожных работ.
Оценку транспортно-эксплуатационного состояния (ТЭС) сети автомобильных дорог производят по фактическому значению комплексного показателя ТЭС каждой дороги или участка дороги, входящих в оцениваемую сеть. Для вычисления КПФС используют коэффициент приведения дорог разного технического уровня к эталонной дороге. 2. Условия обеспеченности техникой инновационных технологий можно сформулировать следующим образом:
= . Nm если Ymk = 1
m^m 0, если Ymk = 0 '
(10)
С = TmNm - 2 MRHk
(7)
где Утк =1, если имеются машины т-вида для выполнения к -й операции, входящей в состав инновационной технологии; Утк =0, то в составе ПМ отсутствуют машины т-вида, обеспечивающие выполнение к -й операции, входящей в состав инновационной технологии.
Подсистема «Транспортный поток»
1. К параметрам транспортного потока относятся: транспортные расходы, скорость транспортного потока, безопасность движения. Эти параметры находятся в зависимости от эксплуатационного состояния автомобильной дороги, принятой технологии работ и используемых дорожных машин, выполняющих регламентные работы на проезжей части и обочине.
Для учета потерь в сфере транспорта рассмотрены следующие случаи нарушения режима движения автомобилей в период выполнения дорожных работ:
а) простой автомобилей при полном закрытии движения
ЛЗ'ТР =
П.
■ 0,365 -z Ni ■ (Sn
+ -
s„
V,
Ч, (11)
б) снижение скорости автомобилей в результате нахождения на проезжей части медленно движущихся или стоящих дорожных машин
Л3'тр = А- ■ 0 365 ■ zN ■ (S ■ + S ■ ■ i^L-1) (12)
n,
1 1
где ЛЗТР - затраты в сфере транспорта, руб.; Ок - объем работ на к-ой операции, физ.ед.; Пэз - часовая эксплуатационная производительность звена на к-ой операции, физ.ед./маш-час; N - среднечасовая интенсивность движения /-го типа автомобиля, авт/час; Sпеpi - переменные расходы на 1 км /
-го типа автомобиля, руб./км.; Sпосmi - постоянные расходы на 1 маш.час /-го типа автомобиля, руб./маш.час; V, V2i - соответственно скорость /-го типа автомобиля при нормальном режиме движения и при движении в период проведения к-ой операции, км/ч.
Интегральный показатель
Интегральный показатель предлагается рассматривать как аддитивную комбинированную функцию, объединяющую комплексные критерии по каждому варианту. Выбор варианта комплектования парка осуществляют по максимальному значению стандартизированного аддитивного критерия, так как каждая из мультипликативных функций имеет направление к максимуму:
F* ^* ^* ^*
- к = F + F + F*.
(13)
где F"м - мультипликативная функция показателей дорожных машин; F¡¡ - мультипликативная функция показателей содержания дорог, Fm - мультипликативная функция, характеризующая качество транспортных услуг.
Заключение
Разработанный интегральный показатель эффективности парка машин позволит учитывать основные требования и особенности производства работ по содержанию сети дорог. Использование экономико-математических методов в управлении технической оснащенностью дорожно-эксплуатационных организаций повысит уро-
вень механизации, увеличит производительность труда, улучшит экономические показателей дорожных предприятий с одновременным повышением транспортно-эксплуатационных качеств дорог.
Библиографический список
1. Режим доступа: http://rosavtodor.ru/doc/-doc_kaluga/ doklad_astahov_kaluga.doc
2. Боброва Т. В. // Модель формирования парка машин региональных дорожно-эксплуатационных организаций. / Автомобильные дороги. М.: 2011, №1 (950), С.148-151.
3. Машины для содержания и ремонта городских и автомобильных дорог: Учебное пособие для вузов / В. И. Баловнев, В. И. Мещеряков и др.; Под общей ред. В. И. Баловнева. - Москва - Омск: МА-ДИ (ГТУ), 2005. - 767 с.
4. Показатели надежности машин для уборки городских территорий: Научн. труды./Бутовченко М. Г., Романюк Г. Д.; АКХ «Вопросы механизации работ по благоустройству городов». - Вып. 187. -М.: ОНТИ АКХ, 1981. - С.24-33.
5. Конорева А. А. Обоснование выбора конструкций дорожных одежд с использованием критерия энергетических затрат: Автореф. дисс. канд. техн. наук: Омск., 2009. - 23 с.
6. Методика определения стоимости строительной продукции на территории Российской федерации (МДС 81-35.2004 с изм. от 20.03.2006 г.)/ Госстрой России. - 55 с.
7. Луцкий С .Я., Смирнов В .С. Эффективность механизации транспортного строительства / С. Я. Луцкий, В. С. Смирнов. - М.: Транспорт, 1982. - 191 с.
8. Перфильев М. С. Совершенствование методов формирования и модернизации производственных структур дорожно-эксплуатационных организаций: Автореф. дис. канд. техн. наук: Омск., 2004. - 24 с.
9. Правила диагностики и оценки состояния, автомобильных дорог: (взамен ВСН 6-90): ОДН 218.0.006-2002: утв. М-вом автомоб. транспорта: ввод, в действие с 03.10.02. - М.: Росавтодор, 2002. -138с.
THE COMPLEX CRITERION OF EFFECTIVENESS ROAD MACHINES FLEET TO MAINTAIN THE ROAD NETWORK
T.V. Bobrova, I.V. Sleptsov
Road machines fleet to maintain the road network is represented as a structural element of the "road machines fleet - the road - traffic flow -environment" (RMF-R-TF-E) system. Factors that actively influence the effectiveness of the system active operation are conventionally divided into three groups: the requirements for road machines, ensuring the standard requirements for
the maintenance of the road network with the use of innovative technologies, the traffic conditions. The rational choice of gathering road machines fleet options by means planned upgrading is suggested to realize considering the complex integrated criterion.
Боброва Татьяна Викторовна - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Экономика и управление дорожным хозяйством» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научной деятельности - проектное управление производством до-
рожных работ. Имеет 137 опубликованных работ. e-mail: bobrova.tv@gmail.com
Слепцов Игорь Викторович - аспирант кафедры «Экономика и управление дорожным хозяйством» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научной деятельности - формирование эффективных парков машин для ремонта и содержания сети дорог на основе прогноза показателей ее состояния. Имеет 4 опубликованные работы. E-mail: sleptsov_igor@mail.ru
УДК 666.972.624
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ СТРУКТУРО-ОБРАЗОВАНИЯ ЦЕМЕНТОСОДЕРЖАЩИХ БЕТОНОВ
Н. А. Гутарева
Аннотация. Рассмотрены основные методы технологического воздействия на це-ментно-содержащие бетоны, которые позволяют управлять процессами структурооб-разования цементного камня и как следствия внедрять инновационные технологии.
Ключевые слова: строительные материалы, цементирует, активация, гидратация цемента, процессы формирования структуры содержащего цемент бетона.
Введение
Одной из основных проблем в развитии современной технологии гидратационных цементных материалов и изделий является повышение эффективности различных научно обоснованных методов регулирования, дающих возможность целенаправленно управлять процессами формирования и упрочнения структуры, и получать желаемые свойства цементного камня.
Для оценки и прогнозирования прочности и деформативности цементосодержащих бетонов используется ряд разделов теории прочности, упругости, пластичности и ползучести.
Руководствуясь основными принципами физико-химической механики, особенностями образования и различными свойствами коагу-ляционных структур применительно к цементному тесту, можно управлять тремя методами (механическим, химическим и электрическим), используемыми раздельно или совместно, -введением добавок адсорбирующих веществ и механическим воздействием.
Развитие реологии тиксотропных цементных систем получило в работах П.А. Ребинде-ра, Н.Н. Круглицкого И.Н. Ахвердова, Ю.М Баженова, И.А. Иванова, М.З. Симонова, Б.Г.
Скрамтаева, Б.В. Гусева, Е.И. Шмитько, А.В. Крылова, А.Д. Шаховой и др., в которых рассматриваются основные параметры, определяющие как структуру мелкозернистого бетона, так и степень совершенства технологических переделов.[1,2,3,4,5,6,7,8,9]
Графическая теоретическая зависимость R(t) уравнения 1. представлена теоретической зависимостью R(t) на рисунке 1 кривой 1.
R
5
с R:
ВРЕМЯ 1
Рис. 1. Зависимость прочности
бетона от времени при различных способах обработки: 1 - теоретическая кривая; 2 - экспериментальная при твердении в естественных усло-
