CC BY
35
УДК 625.76.08
ОБОСНОВАНИЕ ДОПУЩЕНИЙ В МАТЕМАТИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СИСТЕМ МАШИН ДОРОЖНЫХ
ОРГАНИЗАЦИЙ
В. Н. Иванов, Л. С. Трофимова
Аннотация. В статье выполнено обоснование допущений в математическом моделировании формирования и развития систем машин дорожных организаций при учёте рисков, обусловленными чрезвычайными событиями природного характера; рисков, связанных с влиянием человеческого фактора; социально-политических рисков; рисков, связанными с нестабильностью экономического законодательства и текущей экономической ситуацией, условиями инвестирования и использования прибыли.
Ключевые слова: математическое моделирование, дорожная машина, риски, инвестиционный проект, эффективность.
Введение
Эффективность формирования и развития систем машин дорожных организаций в значительной мере определяется оптимальностью принимаемых организационных решений. Наиболее действенным средством решений этой проблемы является математическое моделирование.
Формирование и развитие систем машин дорожных организаций ставят качественно новые задачи, главной из которых является учёт изменяющихся требований к качеству выполнения технологических процессов при соответствии предложения дорожной организацией спросу, существующем на рынке [1].
В. Б. Пермяков [2] делает вывод о том, что в настоящее время наиболее характерным недостатком при проектировании организации и механизации работ является слабое обоснование структуры комплектов машин. Во многих случаях его решение сводится к расчёту необходимого количества только ведущих машин по упрощённым методикам. Сопоставление возможных вариантов механизации строительного процесса или совсем не производится, или ограничивается двумя-тремя, что не может обеспечить оптимальности решения. Между тем убытки от недоиспользования потенциальных возможностей машин, входящих в комплекты, настолько значительны, что все решения в области организации производства работ должны быть не просто удачными, а оптимальными.
Основная часть
Математическая модель формирования и развития систем машин дорожных организаций представляет собой упрощение реальной ситуации, поэтому для её построения необходимо ввести допущения, позволяющие с одной стороны упростить реальную ситуацию, а с
другой облегчить последующее математическое описание. Существенное упрощение наступает лишь тогда, когда несущественные особенности отбрасываются и сложная исходная задача сводится к идеализированной задаче, которая поддаётся анализу. Такая идеальная задача считается хорошо приближенной к реальной ситуации.
Соответственно необходимо проанализировать реальную ситуацию, в которой осуществляется математическое моделирование. При любой производственной деятельности человек взаимодействует с природой. Природа создаёт условия для существования всего живого на земле, обеспечивает в определённых пределах устойчивость этих условий, служит истоком всех ресурсов для развития человечества. Вместе с тем природные процессы и явления время от времени достигают своих экстремальных состояний, порождают негативные для жизни события и приводят к появлению рисков в хозяйственной деятельности всех организаций, в том числе и дорожных. К таким рискам, во-первых, относятся риски, обусловленные чрезвычайными событиями природного характера. Например, космогенный тип чрезвычайных событий, который характеризуется падением на землю астероидов, столкновением Земли с кометами, кометными ливнями, столкновением земли с метеоритами и бо-лидными потоками не влияет на формирование парков машин и им можно пренебречь. Кроме космогенного типа чрезвычайных событий рассматриваются геофезические чрезвычайные события, геологические, метеорологические и агрометеорологические чрезвычайные события, морские гидрологические чрезвычайные события [4]. Для обоснования допущений была составлена таблица 1, в которой использованы данные источников [3, 4] для
определения районов возникновения чрезвычайных событий и их периодичности.
К самым сейсмически активным районам относится Памир и восточное побережье Камчатки. Средний интервал между землетрясе-
ниями интенсивностью в 7 баллов и выше не превышает 10-15 лет, для Закавказья - 15 - 30 лет [4].
Таблица 1- Классификация чрезвычайных событий природного характера
Тип чрезвычайного события Вид чрезвычайного события Обоснование допущений
Геофизические чрезвычайные события. Землетрясения. Самый сейсмически активный район Памир, восточное побережье Камчатки. Средний интервал между землетрясениями интенсивностью в 7 баллов и выше не превышает 10-15 лет, для Закавказья - 15-30 лет.
Извержения вулканов. Курилы, о. Итуруп, о. Парамушир. 5 населённых пунктов находятся в зоне вулканической опасности, 7- в зоне высокой опасности, 3 - в зоне катастрофической опасности.
Геологические чрезвычайные события. Оползни. Кавказ, горы Южных районов Сибири и юга дальнего Востока. Повторяемость, ед. в год: для чрезвычайно опасных (катастрофических) -0,01-0,1 ед в год; для весьма опасных - 0,1-0,25 ед. в год; для опасных 0,25-0,75 ед. в год; для умеренно опасных - 1 ед. в год.
Сели. Кавказ, горы Южных районов Сибири и юга дальнего Востока. Повторяемость, ед. в год: для чрезвычайно опасных (катастрофических) - до 0,01 ед в год; для весьма опасных - 0,03-0,1 ед. в год; для опасных 0,10,2 ед. в год; для умеренно опасных - до1 ед. в год.
Лавины. Районы Кавказа, Хибин, Сахалина. Один раз в 10-11 лет отмечается массовый сход лавин.
Карст Повторяемость, ед. в год: для весьма опасных - 0,1 ед. в год; для опасных до 0,1 ед. в год; для умеренно опасных -до 0,01 ед. в год.
Метеорологические и агрометеорологические чрезвычайные события. Ураганы, смерчи (торнадо). Повторяемость, ед. в год: для чрезвычайно опасных (катастрофических) -0,001-0,01 ед в год; для весьма опасных - 0,01-0,02 ед. в год; для опасных 0,02-0,05 ед. в год; для умеренно опасных - 0,05-0,1 ед. в год.
Морские гидрологические чрезвычайные события. Цунами Повторяемость, ед. в год: для чрезвычайно опасных (катастрофических) -0,001-0,01 ед. в год; для весьма опасных - 0,01-0,02 ед. в год; для опасных 0,02-0,05 ед. в год; для умеренно опасных - 0,05-0,1 ед. в год.
Гидрологические чрезвычайные события. Наводнения Повторяемость, ед. в год: для чрезвычайно опасных (катастрофических) -0,001-0,01 ед в год; для весьма опасных - 0,01-0,02 ед. в год; для опасных 0,02-0,05 ед. в год; для умеренно опасных - 0,05-0,1 ед. в год.
Извержение вулканов происходи на о. Курилы, о. Итуруп, о. Парамушир. Пять населённых пунктов находятся в зоне вулканической опасности, семь - в зоне высокой опасности, три - в зоне катастрофической опасности. Оползни, сели, лавины характерны для Кавказа, гор Южных районов Сибири и юга дальнего Востока,
повторяемость умеренно опасных событий составляет не более 1 ед. в год для всех районов. Ураганы, смерчи (торнадо), цунами, наводнения повторяются не чаще 0,1 ед. в год.
Россия, будучи страной, с обширной территорией для целей проектирования и строительства дорог поделена на 5 районов (зон) с
более или менее однородными климатическими условиями. К первой зоне относят тундры, лесотундры и северо-восточную часть лесной зоны с распространением вечномерз-лых грунтов, ко второй - зону лесов с избыточным увлажнением грунтов, к третьей - лесостепную географическую зону со значительным увлажнением грунтов в отдельные годы; к четвёртой - зону с недостаточным увлажнением грунтов; к пятой - пустынную и пустынно-степную географические зоны с засушливым климатом и распространением засоленных грунтов. Кубань и западную часть Северного Кавказа относят к третьей дорож-но-климатической зоне. Черноморское побережье, предкавказские степи, за исключением Кубани и западной части Северного Кавказа, к четвёртой зоне; горные области, расположенные выше 1000 м над уровнем моря, а также малоизученные районы относят к той или иной зоне в зависимости от местных природных условий.
В связи с тем, что для вышеперечисленных чрезвычайных событий достаточно редкая повторяемость [3], то рисками, обусловленными чрезвычайными событиями природного характера можно пренебречь.
При проектировании сооружений величины климатических параметров применительно к конкретному населённому пункту должны соответствовать требованиям, определённым в строительной климатологией [3]. Допускается, что при математическом моделировании формирования и развития систем машин дорожных организаций, рисками, обусловленными изменением климатических параметров можно пренебречь.
Система машин дорожной организации состоит из единиц техники, каждая из которых рассматривается индивидуально и обладает эксплуатационными свойствами, влияющими на среду функционирования этой машины. Характеристики этих свойств должны соответствовать требованиям эксплуатационной документации, действующим нормам, правилам и стандартам в соответствии с требованиями безопасности жизнедеятельности. Например, социально значимые свойства включают в себя безопасность, эргономичность, экологичность и техническую эстетичность.
Наличие свойства безопасности у машин, составляющих технологический комплекс, по-
зволяет обеспечить устранение или сведение к минимуму последствий аварийных ситуаций при транспортировке, осуществлении рабочих процессов и техническом воздействии на машину. При несоответствии характеристик этого свойства номинальным значениям или требованиям нормативных документов велика вероятность аварии, угрозы здоровью и жизни операторов-машинистов, а также порчи имущества или снижения эффективности работы машины. Допускается, что для обеспечения безопасности конструкция каждой машины соответствует эксплуатационной документации по ГОСТ 2.601-200б (таблица 2). Конструкция самоходных машин, при работе которых может возникнуть опасность опрокидывания (бульдозеры, автогрейдеры, погрузчики), предполагает установку устройства защиты оператора-машиниста при опрокидывании, величины которого соответствуют ГОСТ Р ИСО 3471-2009 (таблица 2). Допускается, что пожарная безопасность машин соответствует требованиям ГОСТ 12.1.004-91 (таблица 2). Размеры смотровых отверстий для технического обслуживания самоходных машин соответствуют ГОСТ 27921-88 (ИСО 2860-83), остальных машин - по нормативному документу на машины конкретных моделей. Если работы могут выполняться только при работающем двигателе, то допускается защита работающих в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 3471-2009.
Характеристики эргономических свойств, в первую очередь, определяют соответствие машины силовым, скоростным и энергетическим, зрительным и слуховым возможностям оператора-машиниста. Эргономические свойства характеризуют соответствие рабочего места имеющимся и вновь формируемым навыкам человека, а также возможность восприятия и переработки им информации (таблица 2).
Работающие дорожные машины являются источниками аэродинамического и структурного шумов. Аэродинамический шум создается системой газораспределения и охлаждения (вентилятором) двигателя, структурный шум возникает в результате колебаний рамы, трансмиссии и облицовки. Допускается, что эргономические свойства определяют шумовые характеристики машин, которые соответствуют ГОСТ 12.1.00383 (таблица 2).
Таблица 2 - Основные характеристики свойств машин допускаемых при моделировании
Основные характеристики свойств машин Документ, определяющий основные характеристики свойств машин допускаемых при моделировании
1 2
Безопасность
Сигнальные цвета и знаки безопасности. ГОСТ Р 12.4.026-2001. Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытаний.
Эксплуатационная документация. ГОСТ 2.601-2006. Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы.
Пожарная безопасность машин ГОСТ 12.1.004-91. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования.
Защитные устройства и ограждения элементов конструкции машин. ГОСТ Р ИСО 3457-99. Машины землеройные. Защитные устройства и ограждения. Определения и технические характеристики. ГОСТ 12.2.003-91. Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
Места машин, предназначенные для установки опор и домкратов. ГОСТ Р ИСО 6405-1-99. Машины землеройные. Символы для органов управления и устройств отображения информации. Часть 1. Общие символы.
Тормозная система. ГОСТ Р ИСО 3450-99. Машины землеройные. Тормозные системы колёсных машин. Требования к эффективности и методы испытаний.
Опасность опрокидывания ГОСТ Р ИСО 3471-2009. Машины землеройные. Устройства защиты при опрокидывании. Технические требования и лабораторные испытания.
Техническое воздействие на машину ГОСТ Р ИСО 2867-99. Машины землеройные. Системы доступа. ГОСТ 27921-88 (ИСО 2860-83). Машины землеройные. Минимальные размеры смотровых отверстий.
Эргономичность
Требования к рабочему месту оператора- машиниста. ГОСТ 12.2.032-78. Система стандартов безопасности труда. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования. ГОСТ Р ИСО 2867-99. Машины землеройные. Системы доступа. ГОСТ Р ИСО 3411-99. Машины землеройные. Антропометрические данные операторов и минимальное рабочее пространство вокруг оператора-машиниста. ГОСТ 12.2.049-80. Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие эргономические требования.
Шумовые характеристики машин и индивидуальные средств защиты органов слуха. ГОСТ 12.1.003-83. Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности. ГОСТ Р 12.4.208-99. Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органа слуха. Наушники. Общие технические требования. Методы испытаний. ГОСТ Р 12.4.209-99. Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органа слуха. Вкладыши. Общие технические требования. Методы испытаний. ГОСТ Р 12.4.210-99. Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органа слуха. Противошумные наушники, смонтированные с защитной каской. Общие технические требования. Методы испытаний.
Продолжение таблицы 2
1 2
Параметры вибрации на рабочих местах и органах управления машин. ГОСТ 12.1.012-2004. Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования.
Содержание пыли и оксида углерода в воздухе кабины оператора- машиниста. ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
Требования к параметрам микроклимата в кабинах машин ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
Экологичность
Нормы выбросов вредных веществ с отработавшими газами. ГОСТ Р 52033-2003. Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния. ГОСТ 17.2.2.05-97. Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин. ГОСТ 17.2.2.01-84. Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений. ГОСТ 17.2.2.02-98. Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения дымности отработавших газов дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин.
Конструкции системы питания, смазки охлаждения двигателя, а также заправочных горловин ГОСТ Р 12.2.011-2003. Национальный стандарт Российской Федерации. Система стандартов безопасности. Машины строительные, дорожные и землеройные. Общие требования безопасности.
Техническая эстетичность
Устройства дистанционного управления ГОСТ Р 12.2.011-2003. Национальный стандарт Российской Федерации. Система стандартов безопасности труда. Машины строительные, дорожные и землеройные. Общие требования безопасности.
Информативность
Панель контрольных приборов ГОСТ 28634-90 (ИСО 6011-87). Машины землеройные. Приборы для эксплуатации. ГОСТ Р ИСО 6405-1-99. Машины землеройные. Символы для органов управления и устройств отображения информации. Часть 1. Общие символы.
Вибрация, вызывающая механические колебания тела человека, может привести к снижению его работоспособности и некоторым изменениям в организме, влияющим на здоровье. Человеку общая вибрация от машины передается через пол кабины и сиденья, а локальная - через рычаги и педали управления. Принято допущение о том, что параметры вибрации на рабочих местах и органах управления машин соответствуют ГОСТ 12.1.012-2004 (таблица 2).
На работоспособность оператора-машиниста влияет микроклимат в кабине, т.е. температура, влажность, скорость движения воздуха, вредные примеси, запыленность. Допускается, что содержание пыли и оксида углерода в воздухе кабины оператора-машиниста не превышает предельно допустимых норм по ГОСТ 12.1.005-88 (таблица 2). Моторный отсек должен быть изолирован от рабочего места оператора-машиниста (кабины). Величины параметров микроклимата в кабинах стационар-
ных машин соответствуют ГОСТ 12.1.005-88 (таблица 2).
Свойство экологичность характеризуется, прежде всего, нормами выбросов вредных веществ с отработавшими газами, допускается, что их величины соответствуют ГОСТ Р 12.2.011-2003 (таблица 2). Управление самоходными машинами допускается осуществлять дистанционно с помощью портативного устройства управления, которое определяет свойство технической эстетичности. Устройства
дистанционного управления установливается по специальному заказу потребителя и соответствует ГОСТ Р 12.2.011-2003 (таблица 2).
Информативность позволяет оператору-машинисту получить информации о состоянии, режимах работы машины и предаварий-ных ситуациях непосредственно в кабине машины. Допускается, что приборы для эксплуатации соответствуют ГОСТ 28634-90 (ИСО 6011-87) (таблица 2).
Эксплуатационные дорожных организаций Безопасность. Эргономичность. Экологичность. свойства машин Социально значимые свойства.
Конструкционная надёжность. Энергоэффективность. Проходимость. Универсальность. Информативность. Свойства функционально го назначения.
Топливная эффективность. Материалоёмкость. Трудоёмкость. Потребность в запасных частях. Свойства ресурсопотре блениЦ.
Эксплуатационная надёжность. Гарантии изготовителя Обеспечение технической документацией. Свойства сервиса.
Челове
ческий
фактор
Риски, обусловленные влиянием человеческого фактора
Загрязнение воздушной
среды.
поверхности
воды.
земли <почвы и грунта)
Нарушение психологические н эстетических
* потребностей общества.
Нарушение общего состояния и работоспос обности оператора-машиниста.
Возникновение аварийных ситуаций.
Рис. 1 . Эксплуатационные свойства машин и риски, обусловленные влиянием человеческого фактора
Кроме социально значимых свойств машины в научных и учебных изданиях по эксплуатации и техническому обслуживанию дорожных машин, различают свойства функционального назначения, свойства ресурсопотребления, свойства сервиса. При взаимодействии эксплуатационных свойств машины дорожной организации со средой функционирования могут возникнуть риски, обусловленные влиянием человеческого фактора, к которым следует отнести загрязнение воздушной среды, поверхности воды, земли (почвы и грунта), нарушение эстетических потребностей общества, нарушение общего состояния и ра-
ботоспособности оператора-машиниста, возникновение аварийных ситуаций (рисунок 1). Допускается, что влияние человеческого фактора не приводит к загрязнению воздушной среды, поверхности воды, земли (почвы и грунта), нарушению психологических и эстетических потребностей общества, нарушению общего состояния и работоспособности оператора-машиниста, возникновению аварийных ситуаций.
В любой стране возможны политические потрясения, непредсказуемость экономической политики государства, изменения в законодательстве, которые определяют социально-
политические риски, обусловленные политической ситуацией в стране и деятельностью государства, риски связанный с нестабильностью экономического законодательства и текущей экономической ситуации, условий инвестирования и использования прибыли. Принимается допущение о том, что данные виды рисков не оказывают влияние на моделирование формирования и развития систем машин дорожных организаций.
Заключение
Математическая модель позволяющая принять оптимальное решение по вопросу эффективности формирования и развития систем машин дорожных организаций представляет собой упрощение реальной ситуации, поэтому для её построения вводятся допущения, облегчающие математическое описание. В результате выполненного обоснования установлено, что при формировании и развитии систем машин дорожных организаций можно пренебречь:
- рисками, обусловленными чрезвычайными событиями природного характера;
- рисками, связанными с влиянием человеческого фактора;
- социально-политическими рисками;
- рисками, связанными с нестабильностью экономического законодательства и текущей экономической ситуацией, условиями инвестирования и использования прибыли.
Библиографический список
1. Иванов В. Н. Моделирование формирования и развития парков машин дорожных организаций: монография /В. Н. Иванов, Л. С. Трофимова. -Омск: СибАДИ, 2012.- 180 с.
2. Пермяков В. Б. Методология оптимизации комплектов машин для строительства элементов автомобильной дороги /В. Б. Пермяков //Вестник СибАДИ. - 2010. - № (4) 18, С. 5-9.
3. СНиП 23-01-99. Система нормативных документов в строительстве. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Строительная климатология. С изменениями Госстроя России от 24.12.2002 г. № 164. - М. - 2003 г. - 79 с.
4. Экономические механизмы управления рисками чрезвычайных ситуаций: учебное пособие /МЧС России. - М.: ИПП «Куна», 2004. - 312 с.
JUSTIFICATION OF THE ASSUMPTIONS IN THE MATHEMATICAL MODELING OF THE
FORMATION AND DEVELOPMENT OF SYSTEMS OF MACHINES ROAD ORGANIZATIONS
V. N. Ivanov, L. S. Trofimova
In the paper the rationale of assumptions in the mathematical modeling of the formation and development of systems of machines road organizations, taking into account risks arising from extraordinary events of a natural character; risks related to the impact of human factors, socio-political risks, risks related to the volatility of economic legislation and the current economic situation, investment conditions and the use of profits.
Иванов Виталий Николаевич - д. т. н., проф. Зав. каф. «Менеджмент» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)». Основное направление научных исследований - Формирование и развитие систем машин дорожных организаций с учётом изменяющихся требований к качеству технологических процессов. Общее количество публикаций - 56. ivanov_vn@sibadi.org
Трофимова Людмила Семеновна - к.т.н., доцент, докторант. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)». Основное направление научных исследований. Формирование и развитие систем машин дорожных организаций с учётом изменяющихся требований к качеству технологических процессов. Общее количество публикаций -18. . trofimova ls.mail.ru.
