CC BY
9
УДК 621.311.1
О методах расчёта суммарных затрат на модернизацию систем автономного электроснабжения объектов
В. Р. Берг,
генеральный директор ОАО «ГОКБ «Прожектор», кандидат технических наук
В статье рассмотрен расчётно-теоретический аппарат, предназначенный для определения суммарных затрат на модернизацию систем автономного электроснабжения и их структурных элементов.
Ключевые слова: система автономного электроснабжения, структурный элемент, модернизация, проектирование.
В [1] предложен метод экспресс-оценки энергоэффективности системы автономного электроснабжения (САЭ) на этапе её модернизации, обеспечивающий быстрое получение результата для последующего поиска энергосберегающих технологий. При этом предполагается, что решение о проведении модернизации принимается в соответствии с критерием [2]:
(1)
где ЕСВ, ЕСм - стоимости разработки базового образца-аналога и модернизации САЭ.
Если ДС>0, то модернизация целесообразна; если ДС>0, то целесообразна разработка новой САЭ; если ДС>0, то соответствующее решение принимается группой экспертов (заказчиком).
Ориентировочная стоимость разработки САЭ определяется как
(2)
- проведением НИОКР (стоимость СОКР);
- изменением стоимости производства модернизированного образца САЭ (СПР) по сравнению с базовым (СБр);
- дополнительным технологическим оснащением производства (СТОП);
- изменением затрат на эксплуатацию модернизированного образца САЭ (СМ) по сравнению с базовым (СЭ);
- изменением стоимости монтажно-такелажных работ оборудования модернизированного образца САЭ (СМТ) по сравнению с базовым (СМТ).
Обычно к началу модернизации известно предполагаемое количество модернизируемых САЭ назначенный ресурс (Т, ч) и время необслуживаемой работы ч), а функция надёжности Р(^ (вероятность безотказной работы за время ^ определяется из известного соотношения [3]
Р^) = Р(иХ) = ех',
(3)
где вk=f(xk) - функциональная зависимость затрат от значения к-го параметра системы (мощность, напряжение, нагрузка), известная проектировщику САЭ.
Для решения уравнения (1) необходимо определить стоимость работы модернизации, которая зависит от соответствующей цели модернизации:
1. Проектирование модернизируемого образца САЭ взамен устаревшего для достижения требуемого значения надёжности САЭ - одного из основных показателей, учитывающего неизменившееся предназначение системы.
2. Поддержание функции надёжности САЭ на заданном уровне Рзад в период эксплуатации разработанного образца путём проведения доработок отдельных структурных элементов САЭ.
Проведение модернизации в первом случае предполагает, что стоимость модернизируемого образца САЭ (ЕСМ) по сравнению со стоимостью базового (ЕСВ) в сопоставимых ценах возрастает вследствие дополнительных затрат, связанных с несколькими факторами:
где X - параметр распределения (интенсивность отказов оборудования САЭ). Перечисленные выше характеристики сведём в массив данных R1
^={т N т , t, СО^ СВД СТОП МТ)
который необходим для расчёта суммарных затрат на модернизацию САЭ по формуле
(5)
Подставив (5) в (1), получим экономический эффект, необходимый для принятия соответствующего решения о целесообразности (нецелесообразности) модернизации САЭ.
Метод расчёта суммарных затрат на модернизацию САЭ путём проведения доработок структурных элементов (функционально-законченных устройств, блоков и модулей САЭ), обеспечивающих поддержание заданного уровня надёжности в процессе экс-
плуатации САЭ, отличается от рассмотренного выше метода. Это объясняется следующим фактом. В жёстких условиях эксплуатации не исключены отказы структурных элементов, снижающие надежность САЭ по мере их возникновения. Поскольку отказавшие элементы являются невосстанавливаемыми (т. е. работают до первого отказа), то они заменяются такими же или усовершенствованными к моменту замены для восстановления надёжности системы до требуемого уровня Ртр(£). Графическое изменение функции надёжности Р(£) от требуемого до допустимого значения Рдоп(£) при эксплуатации имеет вид (рис. 1) [3]:
- определить количество п(£) отказавших структурных элементов к моменту £ из общего количества N;
- выявить причины, виды и интенсивность отказов (Хг) структурных элементов по конструктивным и производственным причинам;
- составить перечень структурных элементов, планируемых к модернизации (т);
- оценить остаточную стоимость оборудования (Соб), пригодного для модернизации т структурных элементов;
- определить стоимость СЭ заменяемого структурного элемента в сопоставимых ценах со стоимостью аналога.
Поскольку модернизация структурных элементов в период эксплуатации того или иного образца САЭ обеспечивает поддержание функции надёжности системы на требуемом (заранее заданном) уровне за счёт замены отказавших структурных элементов на модернизированные (новые), то справедливо считать
РТР(£)=еоп«£
(6)
Рис. 1. Модель снижения надежности САЭ на этапе эксплуатации
Анализ графика показывает, что в интервале времени 0 - т. е. на начальном этапе эксплуатации САЭ, надёжность системы заметно падает, а затем повышается и стабилизируется на некотором уровне в результате проведения доработок.
Совокупность таких доработок в течение назначенного ресурса САЭ будем считать модернизацией структурных элементов, проводимой на этапах жизненного цикла по следующим бюллетеням доработок:
БА - бюллетень аварийных доработок для ликвидации аварийных ситуаций в процессе эксплуатации объекта;
БУ - бюллетень усовершенствования эксплуатационных характеристик систем. Реализуется в процессе плановых обслуживаний;
БЭ - бюллетень изменений, вносимых в эксплуатационную документацию по мере проведения доработок.
Из анализа предназначения бюллетеней следует, что целью доработок является поддержание в течение установленного срока характеристик структурных элементов и САЭ в целом на уровне первоначально заданных для разработки образца технических требований, в том числе Р(£)=Рзад.
Модернизация структурных элементов осуществляется без изменения предназначения САЭ, т. к. не затрагивает расчётных характеристик системы-аналога: надежности, структуры, параметров электромагнитной совместимости с потребителями РК, массогабаритных размеров и т. п., определённых при первоначальной разработке системы автономного электроснабжения.
Для расчёта затрат на модернизацию структурных элементов САЭ необходимо:
- предварительно произвести оценку технического состояния эксплуатируемых структурных элементов в составе САЭ-аналога;
С учётом сказанного массив данных R2 для расчёта затрат на модернизацию структурного элемента примет вид:
R2={PTP(t),N,n(t),m,Xг,Cоб,Сэ},
(7)
который применим для определения дополнительных затрат с использованием показателей надёжности отказавших структурных элементов.
Последовательность этапов расчёта
1. Определяется математическое ожидание количества замен (отказов) структурных элементов за время эксплуатации по формуле [3]:
а=п({)т1Л
(8)
где п(£) - число отказавших структурных элементов к моменту
т - количество элементов данного типа на одной САЭ;
X - интенсивность отказов (замен) данного типа структурного элемента;
Т - время эксплуатации САЭ, в течение которого производилась модернизация (замена) структурных элементов.
Для расчета математического ожидания по формуле (8) следует определить величину X, считая остальные характеристики известными.
Параметр распределения отказов 1-го элемента при статистической оценке имеет вид
X =
а для группы структурных элементов:
(9)
(10)
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / wmv.endi.ru
№ 3 (45) 2012, май-июнь
шнЕРШвштурснтБЕШШЕтишшэнЕРШявФФЕшашшшЬ 17
2. Вычисляются суммарные затраты, связанные с модернизацией (заменой) структурных элементов
ЕГСЭ _ Q6 +
~ nit) '
(11)
где Соб -
С -
остаточная стоимость оборудования (приспособлений), необходимая для устранения отказов путем модернизации (замены) структурных элементов; стоимость одного структурного элемента в сопоставимых ценах со стоимостью аналога.
Приведённые формулы (8-11) обеспечивают решение задачи определения затрат на модернизацию структурных элементов САЭ с применением вычислительной техники.
Пример: произвести расчет затрат (в условных единицах) на модернизацию структурных элементов САЭ в течение 15 лет при следующих исходных данных:
п(^=63 шт.; т=126 шт.; Соб=1- 105 у. е.;
Сэ=1- 103 у. е.; Х=2- 106.
Решение: по формуле (9) определим математическое ожидание числа замен структурных элементов
а=63- 126- 2- 106- 15- 8760=2064, а затем вычислим искомые затраты (11): МО5+2,06-10'-МО3
1С
63
: 10260 у. е.
Таким образом, в статье приведены технико-экономические показатели, включая надёжность и стоимость, от которых зависят дополнительные затраты на модернизацию САЭ в целом и на модернизацию структурных элементов, лежащие в основе построения методов расчёта. В первом случае проектирование модернизируемого образца САЭ взамен устаревшего осуществляется тогда, когда значение функции надёжности Р^) системы определяется по условию Р(^>РТР, а затраты -по выражению (5). Во втором случае модернизация структурных элементов проводится путём доработок отказавших элементов для поддержания функции надёжности Р^) системы на заданном уровне по условию Р(t)=Рsaд=const Для расчёта затрат на модернизацию применимо выражение (11).
Литература
1. Берг В. Р., Гуров А. А. Экспресс-оценка энергоэффективности системы автономного электроснабжения объекта // Энергобезопасность и энергосбережение. - 2012. - № 1. - С. 11-15.
2. Берг В. Р., Гуров А. А. Эволюционно-технологический подход и методические приемы модернизации систем автономного электроснабжения // Вестник Академии военных наук. - 2012. - № 1. - С. 36-39.
3. Труханов В. М. Надежность технических систем типа подвижных установок на этапе проектирования и испытания опытных образцов. - М.: Машиностроение, 2003. - 320 с.
The methods of total expenses calculations for the modernization of the аutonomous power supply systems
V. R. Berg,
General Director of JSC "Projector", Ph. D.
The paper describes the theoretical method for definition of total expenses for the modernization of independent power supply systems and their structural elements.
Keywords: independent power supply system, structural element, modernization, design.
