CC BY
57
УДК 629.113
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ВИДА РЕМОНТА АГРЕГАТОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ, ПОЛУЧЕННОЙ НА ИНТЕГРАЛЬНОЙ РАЗМЕРНОЙ МОДЕЛИ
л _ о
© В.Н. Катаргин1, С.В. Хмельницкий2
Сибирский федеральный университет, 660074, Россия, г. Красноярск, ул. Киренского, 26.
Приведены результаты научных исследований по разработке методики обоснования вида ремонта агрегатов транспортных средств с целью повышения эффективности использования их ресурса в процессе эксплуатации. Проанализированы особенности организации ремонтных технических воздействий в России и за рубежом, а также представлено описание этапов альтернативного подхода к обоснованию видов ремонта оптимального состава в структуре управления процессом ремонта с целью снижения материальных затрат на эксплуатацию агрегатов автомобилей.
Ключевые слова: затраты; агрегат; ремонт; износ деталей; показатели надежности; моделирование.
SUBSTANTIATION OF VEHICLE UNIT REPAIR TYPE SELECTION BASED ON THE TECHNICAL AND ECONOMIC EVALUATION OBTAINED ON AN INTEGRATED DIMENSIONAL MODEL V.N. Katargin, S.V. Khmelnitsky
Siberian Federal University,
26 Kirensky St., Krasnoyarsk, 660074, Russia.
The article provides the results of researches on the development of a substantiation methodology of repair types for vehicle assembly units in order to improve the efficiency of using their resource while in operation. It analyzes the organization features of repair in Russia and abroad and describes the stages of an alternative approach to the substantiation of the types of optimal repair in the structure of repair control in order to reduce material costs of operating vehicles. Keywords: costs; unit; repair; wear parts; reliability; simulation.
Введение. К концу 2010 г. количество автомобилей в мире приблизилось к 1 млрд. Ежегодно выпускается около 50 млн новых машин и огромное число автозапчастей. В этих условиях важно проследить тенденцию возрастания ценности операций, направленных на восстановление работоспособного состояния агрегатов автомобилей. Задача ремонтных воздействий стала шире и уже не сводится только к цели восполнения дефицита автомобильного парка, которая была актуальна прежде. В настоящее время актуальность проведения ремонта в значительной степени обусловлена усложнением конструкции, ростом затрат на изготовление узлов и деталей, что в конечном итоге отражается на стоимости нового автомобиля. Таким образом, ремонт направлен на повышение эффективности использования ресурса агрегатов, а также на снижение материальных и трудовых затрат на обеспечение их работоспособности в процессе эксплуатации.
Изменившаяся структура ремонтной деятельности в новых экономических условиях нашей страны недостаточно эффективна из-за ряда неправильно сложившихся плановых, экономических, организационных и других подходов к обеспечению работоспособности автомобилей и их составных частей, что привело к значительному снижению экономической заинтересо-
ванности потребителей в текущем и тем более капитальном ремонте машин и их компонентов. Вследствие этого автотранспортники стали отказываться от услуг авторемонтных предприятий, а потребности удовлетворять за счет собственной производственно-технической базы и прочих ресурсов.
Из-за несовершенства организации и отсутствия специализированного оборудования номенклатура и объем восстанавливаемых изношенных деталей на площадках ремонта транспортных предприятий весьма ограничены. Передовая практика авторемонтного производства и научные разработки подтверждают, что экономически целесообразно восстанавливать до 40% узлов и деталей, а 30% необходимо заменять новыми. Фактически, применительно к российским условиям эксплуатации, восстанавливается около 1215% частей машины, а используется повторно без ремонтных воздействий более 50%.
За рубежом ситуация иная. Крупнейшие производители компонентов для автомобильной промышленности, такие как ZF, Bosch, CF, Denso, Wabco и многие другие, имеют крупные производства по ремонту узлов и восстановлению деталей. В США 90% рынка автозапчастей составляют восстановленные детали, и в Европе наблюдается подобная тенденция стремительного роста восстановительного производства
1Катаргин Владимир Николаевич, кандидат технических наук, профессор кафедры транспорта, тел.: (391) 2498924, e-mail: katargin@gmail.com
Katargin Vladimir, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Transport, tel.: (391) 2498924, e-mail: katargin@gmail.com
2Хмельницкий Сергей Владимирович, ассистент кафедры транспорта, тел.: 89029250004, e-mail: hmel.sv@gmail.com Khmelnitsky Sergey, Assistant of the Department of Transport, tel.: 89029250004, e-mail: hmel.sv @ gmail.com
наряду со стагнацией рынка новых автозапчастей [1].
В нашей стране, к сожалению, у большинства покупателей восстановленная деталь зачастую ассоциируется с бывшей в употреблении и, как следствие, не формирующей спроса, в то время как в США - это целая отрасль промышленности, характеризующаяся сформированной структурой, приносящая млрд долл. дохода и предоставляющая тысячи рабочих мест.
Таким образом, на сегодняшний день можно обозначить две основные причины для формирования и развития ремонта агрегатов и восстановительного производства деталей. Во-первых, это высокая стоимость новых автозапчастей. Восстановлению подлежат, в основном, сложные автомобильные узлы и агрегаты: стартеры, генераторы, коробки переключения передач, компрессоры кондиционера, топливные насосы, форсунки, приводы, рулевые рейки, насосы гидроусилителя. Их стоимость зачастую составляет значительную величину от стоимости всего автомобиля, что делает такой способ восстановления его работоспособности высокорентабельным.
Во-вторых, это негативное воздействие на окружающую среду в процессе производства новых узлов и агрегатов. Например, компания Bosch, являющаяся одним из лидеров на рынке восстановления автокомпонентов, на своем официальном сайте заявляет о том, что в 2009 г. ею было восстановлено 2,5 млн единиц запчастей, благодаря чему выбросы CO2 в атмосферу сократились на 23000 тонн по сравнению с технологией выпуска новых деталей [2].
Все вышесказанное - аргументы в пользу необходимости поиска путей повышения эффективности ремонта и эксплуатации автомобиля в целом.
Постановка задачи. В практической эксплуатации коммерческого транспорта попытки прогнозирования возможных эксплуатационных убытков либо вообще не производятся, либо эти затраты пытаются априорно снизить на текущем этапе восстановления работоспособности традиционными способами. Одни из них основаны на экономии материальных, сырьевых и энергетических ресурсов, другие требуют затратной кадровой политики и большого временного лага реализации таких методов. В результате эксплуатация транспорта характеризуется значительными простоями в ремонте агрегатов, малым коэффициентом технической готовности автомобилей и низкой экономической эффективностью. Поэтому существует потребность в привлечении научного инструментария в целях снижения влияния такого рода негативных аспектов.
По итогам анализа актов постановки подвижного состава на ЦАРМ при МБУСАТ г. Красноярска установлено, что около 65% автомобилей поступает в ремонт по причине естественного износа поверхностей частей агрегатов. Порядка 15% отказов обусловлены разрушениями рабочих поверхностей деталей, 12% -их деформацией. Остальные 8% подвижного состава поступают в текущий ремонт по причинам внезапных отказов, не зависящих от режима и организации технического обслуживания и ремонта.
Таким образом, из большого числа разрушающих
процессов, приводящих к отказу деталей, главное внимание необходимо уделить развитию вероятностных методов оценки ресурса, связанных с износом, поскольку это поможет решению задачи по снижению разного рода издержек для самих предприятий, производителей техники и ее владельцев, а следовательно, и по повышению экономической эффективности.
Метод решения задачи. Достаточно перспективным возможным направлением решения такой задачи является развитие инструментариев в области ремонтных технических воздействий, основанных на анализе размерных характеристик деталей и их взаимном сопряжении. Этой цели посвящены и научные труды авторов СФУ, основанные на обеспечении точности замыкающих звеньев размерных цепей [3]. В настоящее время данное направление получило дальнейшее развитие и представлено в новом усовершенствованном подходе в виде методики назначения наиболее эффективного вида и состава ремонтных работ.
Снизить номенклатуру затрат на эксплуатацию автомобиля возможно, подобрав оптимальный вид ремонтных воздействий, соответствующих его фактическому техническому состоянию, поскольку разные виды ремонта в разной степени отражаются на суммарных удельных затратах.
Основополагающим фактором, влияющим на содержание технических воздействий, является количественная оценка фактического состояния агрегата. Поэтому первичной информацией, необходимой для функционирования методики назначения оптимального состава ремонтных технических воздействий, является величина износа деталей, или показатель фактического технического состояния агрегата в момент принятия решения.
Именно количественная оценка фактического состояния агрегата в целом может служить характеристикой в выборе вида ремонтных технических воздействий. При этом основную роль обобщенного параметра, характеризующего потенциальную работоспособность деталей и узлов, выполняет величина остаточной точности размерных параметров, распределенных по всему агрегату в виде интегральной размерной модели, рис. 1.
В общем случае размерные параметры агрегата являются составляющими общего износа и в период дальнейшего изменения функции изнашивания становятся ее постоянными членами. При проведении ремонтных работ отказавшие детали заменяются на новые или восстановленные, которые по мере использования также подвергаются изнашиванию в дальнейший период эксплуатации.
Бесконечно малому приращению времени эксплуатации агрегата (Д t) соответствует бесконечно малое приращение суммарного износа (Д £Д), поэтому суммарный износ агрегата представляет собой непрерывную функцию от времени:
Д lR = F(t). (1)
Рис. 1. Графовая структура интегральной размерной модели агрегата
В то же время износ г-ых размерных параметров , входящих в структуру агрегата, также представляет собой непрерывную функцию от времени:
Д Ъ=№. (2)
Суммарный износ агрегата может быть выражен как сумма износов отдельных размерных параметров и описан непрерывной функцией:
Д ЕД = ЕГ=1Д йг=£?=1Ж0 = г(0. (3)
Если для всех размерных параметров агрегата найти подобные функции износа, выразить их в единых измерителях, а затем просуммировать их для всех элементов, то в результате может быть получена функция, оценивающая износ агрегата в целом.
Учитывая описанные соображения, общую изношенность агрегата предлагается оценивать коэффициентом интегральной остаточной точности Д2:
Kpi rtoi
L).
(4)
где п - количество размерных параметров агрегата, которое подлежит измерению в момент оценки изношенности, ед.; ^ - коэффициент, характеризующий весомость размерного параметра по его средней наработке до отказа; йн - текущее (фактическое) значение I - го размерного параметра в момент оценки изношенности агрегата, мм; Яр1 - предельное значение I - го размерного параметра в момент оценки изношенности агрегата, мм; - значение размерного параметра, соответствующее нижнему отклонению поля допуска I - го размерного параметра в момент оценки изношенности агрегата, мм.
Если предположить, что отказ любого размерного параметра имеет одинаковый вклад в надежность агрегата в целом, то определение интегральной остаточной точности можно было бы произвести как сложение остаточной точности отдельных размерных параметров. Но отдельные размерные параметры агрегата оказываются важнее в силу различных ин-тенсивностей изнашивания, условий нагруженности и других эксплуатационных и конструктивных факторов. Поэтому коэффициент весомости ц. предлагается оценивать выражением
М, ~, (5)
где - среднее значение наработки на ресурсный отказ -го размерного параметра агрегата, полученное в модельном эксперименте; п - количество размерных параметров агрегата, которое подлежит оценке технического состояния в момент ремонта.
Теоретические предпосылки методики назначения оптимального вида ремонтных воздействий базируются на основных положениях теории старения и восстановления автомобилей, включая как обобщение трудов ряда ведущих ученых в области поддержания работоспособности автомобилей, так и результаты, полученные авторами.
При решении поставленной в исследовании задачи за критерий эффективности принят минимум издержек Ст1п на эксплуатацию агрегата в моделируемый интервал наработки.
Затраты для агрегата Ссумм должны состоять из суммы затрат для каждого вида ремонтных воздействий на весь моделируемый интервал. Суммирование осуществляется по порядку производимых ремонтных воздействий (1, 2, 3...,...п):
г = у? ЛГ-
исумм
(6)
В процессе оптимизации видов технических воздействий определяются такие численные значения коэффициента интегральной остаточной точности Д2 , размерных параметров, использование значений которых в качестве управляющих содержанием ремонтных технических воздействий приводит к минимальным издержкам на эксплуатацию агрегата:
С,
сумм
— min Е"=1ЛС;.
(7)
Задача оптимизации вида технических воздействий сводится к минимизации целевой функции суммарных удельных затрат на эксплуатацию агрегата за период с начала момента выполнения очередного вида технического воздействия до заданной наработки, в интервале которой рассчитываются затраты. С учетом этого правая часть уравнения (1) запишется в виде
Z?=i ЛС; = (Ms. + £?=1ЛЦ)До ma, ^ min, (8)
Rn-R
Л
L
i=1
где - суммарные удельные затраты на ремонт агрегата, руб./км; М - стоимость Б]-го состава ремонтных работ, соответствующего выбранному виду технического воздействия; Ь0 тах - ресурс агрегата, соответствующий интервалу моделирования, в котором определяются численные значения АС>; - издержки, связанные с устранением внезапных отказов после назначения вида технического воздействия за наработку Ь0 тах.
Расчет суммарных удельных затрат на эксплуатацию производится путем моделирования жизненного цикла агрегата исходя из назначенного состава технического воздействия Каждый состав технического воздействия характеризуется объемом проводимых ремонтных работ. Здесь рассмотрены два основных состава технических воздействий: ^ - устранение всех отказов производится посредством текущих ремонтов; - в моменты отказов агрегата производятся текущие ремонты в комплексе с попутной заменой деталей, лимитирующих ресурс.
Экономическая целесообразность текущего ремонта с попутной заменой деталей (вид ) складывается из нескольких составляющих.
С одной стороны, чем больше количество единовременно заменяемых деталей, тем меньше средние удельные затраты на эксплуатацию за счет снижения трудовых и временных ресурсов на разборочно-сборочные операции, экономии от простоев автомобиля и прочих причин. С другой стороны, применение такого вида воздействия неизбежно вызывает негативные явления, связанные с величиной недоиспользования ресурса заменяемых деталей. Наличие этого противоречия сводится к постановке задачи оптимизации технико-экономических показателей.
Если выразить изменение затрат, связанных с недоиспользованием ресурса заменяемых деталей через функцию Ся = [(Я), изменение суммарных затрат, связанных с экономией трудоемкости на замену деталей через функцию СТ = [(Т), в единой системе измерения, то решение оптимизационной задачи по технико-экономическому критерию сводится к определению суммарных средних удельных затрат X См:
1СМ = СЙ + СТ, (9)
или нахождению результирующей функции: Г(Ск,Ст)=Г(Ю+Г(Т). (10)
Исследование осложняется тем, что, во-первых, суммарные затраты %СЯ, связанные с недоиспользованием ресурса заменяемых деталей, зависят от двух переменных: величины остаточного ресурса - Ьит заменяемой детали, а также количества единовременных замен деталей - Иг. Во-вторых, суммарная экономия затрат %СТ, связанная с попутной заменой деталей, зависит также от двух составляющих: разности величины трудоемкости проведения ремонта по виду ^ (текущего ремонта) и ремонта по виду (попутных замен) - АТ, а также разности количества таких ремонтов - АМК.
Таким образом, и есть функции двух переменных:
1Ск=Г(Ьит,Мг), (11)
1СТ=Г(АТ,АМК). (12)
Учитывая описанные соображения, уравнение (4) будет иметь вид
Г(СК,СТ) = П1Ш,Щ) + ПАТ.АЫц). (13) Таким образом, решение поставленной задачи сводится к нахождению минимума функции:
[(СК,СТ) ^тт. (14)
Анализ полученных результатов. Произведено моделирование оптимальных видов технических воздействий с целью повышения эффективности использования ресурса во время эксплуатации агрегата, что благоприятно сказывается на планировании, организации и управлении ремонтного производства.
Имеющаяся информация вводилась в имитационную математическую модель, а затем определялись такие показатели, как средняя наработка на отказ деталей агрегатов; интервал наработки, при котором фиксируется этот отказ; удельные затраты на ремонт Суд, руб./км, в зависимости от коэффициента интегральной остаточной точности по видам технических воздействий.
Одним из основных показателей эффективности ремонта являются удельные затраты на дальнейшую эксплуатацию агрегата. Большой интерес представляет изменение этого показателя в зависимости от фактического технического состояния или изношенности агрегата. В этой связи были смоделированы значения средних удельных затрат на эксплуатацию в зависимости от коэффициента интегральной остаточной точности Ах и стоимости нормо-часа работ (рис. 2). Здесь можно проследить тенденцию снижения средних удельных затрат при увеличении коэффициента интегральной остаточной точности и снижении стоимости нормо-часа. Полученные показатели можно использовать для планирования затрат на эксплуатацию агрегатов автомобилей, при анализе хозяйственной деятельности предприятия и условий эксплуатации транспорта.
Так, например, на одну коробку переключения передач при интегральной остаточной точности Ах = 0,3 удельные затраты на ремонт составят 0,151 руб./км. При этом доверительный интервал изменения удельных затрат при таком значении Ах будет иметь величину 0,145 < Суд. < 0,158 при уровне доверительной вероятности 95%. Полученная зависимость близка по своей форме к экспоненциальной. Такая особенность объясняется структурой имитационной модели расчета такого показателя, поскольку первичной информацией, служащей основой в имитационной модели, являются характеристики изнашивания поверхностей деталей, описываемые экспоненциальной двухпара-метрической функцией.
Более детальную структуру процесса формирования затрат можно проследить, если рассмотреть частные случаи по видам технических воздействий. Например, затраты на эксплуатацию при стратегии текущего ремонта формируются за счет следующей структуры отказов, рис. 3.
Рис. 2. Изменение средних удельных затрат на эксплуатацию агрегата в зависимости от интегральной
остаточной точности его размерных параметров
Ь, тыс. км.
Рис. 3. Структура отказов коробки переключения передач и соответствующие затраты на эксплуатацию
При постановке эксперимента интервал моделирования составлял 175 тыс. км. Проведенный вычислительный эксперимент позволил установить, что первые затраты формируют отказы таких деталей, как подшипники, элементы синхронизаторов, а далее -более дорогостоящих шестерен, муфт и валов.
Затем был рассмотрен процесс формирования затрат при стратегии попутных замен деталей. Основной входной информацией для реализации расчетов послужили следующие данные: стоимость традиционно-
го текущего ремонта; стоимость запасных частей и материалов, необходимых для ремонта; прогнозируемые ресурсные отказы других деталей. В качестве допущений было спрогнозировано 13 последующих ресурсных отказов, ожидаемых после выполненного текущего ремонта на пробеге 54 тыс. км. Значение пробега, соответствующего первому текущему ремонту, было также смоделировано при заданных номинальных и предельных размерах.
Наработка ¿, тыс. км.
Рис. 4. Процесс формирования удельных затрат на эксплуатацию при стратегии попутных замен
Затраты по 52 (попутная замена деталей) отображаются кривой 2 (рис. 4), кривая 1 соответствует 51 -ремонту по потребности. Как показали результаты эксперимента, стратегия попутных замен обеспечивает экономию затрат до 30%, при этом количество прогнозируемых отказов уменьшается с 14 до 8 при заданном интервале моделирования, равном 175 тыс. км.
При помощи разработанной модели поддержки принятия решений можно исследовать изменение средних удельных затрат на эксплуатацию при модификации различных входных характеристик. Например, стоимости ремонтных операций, запасных частей, трудоемкости технических воздействий, убытков, связанных с недоиспользованием ресурса заменяемых деталей. Данная информация может быть полезной для принятия различных решений при управлении и планировании ремонтного производства, например,
при изменении трудоемкости и стоимости нормо-часа работ.
Для решения данной задачи был поставлен вычислительный эксперимент. В нем рассчитывались средние удельные затраты на эксплуатацию агрегата Суд по видам ремонтных воздействий в зависимости от коэффициента интегральной остаточной точности размерных параметров агрегата.
Модельными расчетами определены три основных зоны значения этого коэффициента (рис. 5), где целесообразен тот или иной вид работ. Например, если значение этого коэффициента лежит в пределах 51: 0 < Д2< 0,18, то целесообразно списание агрегата и установка нового. Диапазон 82: 0,18 < Д2< 0,73 -соответствует целесообразности попутных замен деталей; 53: 0,73 < Д2< 0,85 - зона, где эффективен текущий ремонт.
0<д2<0,18 0,18<Д2<0,73 0,73 < Д2< 0,85
Рис. 5. Изменение средних удельных затрат на эксплуатацию агрегата по видам ремонтных воздействий
Таким образом, определены численные значения критерия разграничения, определяющего целесообразность того или иного вида технических воздействий на основе интегральной оценки точности размерных параметров, распределенных по всему агрегату. Другими словами, получены количественные характеристики для принятия решения о виде ремонтных технических воздействий на примере коробки переключения передач.
Практическое приложение результатов. На основе ранее предложенных теоретических положений была разработана и описана методика определения технических воздействий оптимального состава. Интегрирование в эту методику информации об износах размерных параметрах деталей на величину наработки, а также структурную составляющую дает возможность обоснованно подходить и к решению ряда научно-прикладных и производственных задач: назначению вида ремонтных технических воздействий оптимального состава, соответствующих фактическому техническому состоянию агрегата автомобиля; выдвижению взвешенных и рациональных подходов к обоснованию сроков гарантийного пробега, дифференцированных по техническому состоянию агрегатов; прогнозированию производственных издержек и планированию производственной деятельности предприятий; достоверной оценке допустимых без ремонта размерных параметров деталей; повышению качества проведения ремонтных воздействий за счет увеличения послеремонтного ресурса узлов и агрегатов; раз-
работке актуализированных математических моделей назначения видов и стратегий технических воздействий, основанных на анализе фактического технического состояния объекта ремонта, абстрагируясь от нормативных показателей наработки.
Указанные задачи могут быть дополнены, расширены и адаптированы в зависимости от особенностей организации производственного процесса конкретного предприятия, производящего различные виды восстановительного ремонта агрегатов и узлов автомобильного транспорта.
Решение указанных задач позволит на новом качественном уровне обеспечить необходимым информационным сопровождением руководство и инженерные службы предприятий по эксплуатации и ремонту автомобильного транспорта.
Выводы. Полученные результаты модельного эксперимента также подтверждают ранее полученный вывод о том, что именно обоснованность видов ремонтных воздействий имеет решающее значение в повышении эффективности ремонта агрегатов автомобилей.
Таким образом, рабочая гипотеза о возможности повышения эффективности использования ресурса за счет обоснования вида ремонтных воздействий полностью подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями и полученными численными модельными показателями.
Статья поступила 19.01.2015 г.
Библиографический список
1. Воронова Е. Гарантия качества // Правильный автосервис. 3. Катаргин В.Н., Камольцева А.В., Хмельницкий С.В. Инте-2012. № 3. С. 22-24. гральные размерные модели как основа процессов ремонта
2. Протасов Н. «Детальная» экономия. Восстановление ба- агрегатов АТС // Автомобильная промышленность. 2014. зовых деталей - актуальная проблема авторемонта // Ос- № 8. С. 23-26.
новные средства. 2011. № 8. С. 12-15.
УДК 656.072
ЭКОНОМИКО-ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНО-ЛОГИСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ПАССАЖИРСКОМ ТРАНСПОРТЕ
© Е.Е. Попова1
Байкальский государственный университет экономики и права, 664003, Россия, г. Иркутск, ул. Ленина, 11.
Рассматривается транспортно-логистическая система пассажирских перевозок на региональном уровне. Представлены предпосылки создания транспортно-логистических систем, общие организационно-экономические основы формирования региональных транспортно-логистических систем на пассажирском транспорте. Описана общая социально-экономическая эффективность создания транспортно-логистических систем пассажирских перевозок.
Ключевые слова: пассажирский транспорт; оптимизация пассажирских перевозок; транспортно -логистическая услуга; транспортно-логистические системы.
ECONOMIC ORGANIZATIONAL BASES FOR REGIONAL LOGISTICS AND TRANSPORTATION SYSTEM FORMATION IN PASSENGER TRANSPORT E.E. Popova
Baikal State University of Economics and Law,
1Попова Елена Евгеньевна, аспирант, тел.: 89629922888, e-mail: popovae@list.ru Popova Elena, Postgraduate, tel.: 89629922888, e-mail: popovae@list.ru
