CC BY
138
DETERMINATION OF LOADS TO THE METALWORKS OF GANTRY CRANES FROM THE ACTION OF HE FORCE FROM THE BIAS IN THE DESIGN
N.M. Chernova, R.A. Kobzev
In the article the method of determining the loads acting on the bearing metalwork cranes, arising from the imbalance of the cranebuttress.
Key words: metalwork of the crane, imbalance of the buttress, span, buttress, effort from bias.
Chernova Natalia Mikhailovna, Doctor of Technical Sciences, the Dean of Mechanical Faculty, chernovan@lenta.ru, Balakovo Institute of Technique, Technology and Management (branch) of Saratov State Technical University named after Gagarin Y.A.
Kobzev Roman Anatolyevich, Candidate of Technical Sciences, docent, cob-zev.roman@yandex.ru, Balakovo Institute of Technique, Technology and Management (branch) of Saratov State Technical University named after Gagarin Y.A.
УДК 656.137
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ И РЕМОНТУ СПЕЦТЕХНИКИ ПРИ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ
НЕФТЕПРОВОДОВ
Е.С. Козин
В статье представлены результаты исследований, посвященных повышению эффективности транспортно-технологического сервиса процессов ремонта магистральных нефтепроводов. Предметом исследования являются закономерности формирования рациональной структуры базы по ТО и Р транспортно-технологических машин с учетом производственно-технологических факторов. В результате использования методом математического моделирования были получены модели закономерностей влияния выявленных факторов на структуру и параметры производственнотехнической базы по обслуживанию и ремонту техники, задействованной при выборочных ремонтах нефтепроводов.
Ключевые слова: производственно-техническая база, техническое обслуживание и ремонт техники, транспортно-технологические машины, ремонт нефтепроводов.
Срок службы большей части магистральных нефтепроводов (МН) РФ приближается к предельному, поэтому ежегодно выполняются большие объемы работ по выборочным ремонтам трубопроводов. Технологи-
ческий процесс ремонта МН предусматривает отключение участка нефтепровода или его работу при сниженном давлении в течение определенного времени. Действующие регламенты АК «Транснефть» не допускают превышение норматива времени ремонта. При этом около 90% всех ремонтных работ выполняется с участием транспортно-технологических машин (ТТМ). Отказ техники может привести к увеличению длительности технологических операций ремонта трубопровода. В таких условиях необходима эффективная структура производственно-технической базы (ПТБ) по ТО и Р техники, которая была бы способна поддерживать высокий уровень готовности, учитывая в своей организации регламенты по эксплуатации трубопроводов и производственные факторы.
ПТБ состоит из четырех объединенных с единую структуру элементов, имеющих различную производственную мощность и пространственное расположение (таблица).
Характеристики элементов ПТБ
Наименование элемента ПТБ Характеристики элемента
Средние расстояния между объектами, км Работы по ТО и Р, проводимые на объекте
ПО - площадка обслуживания - площадка размещения техники на месте ремонта нефтепровода По всей длине трубопровода ЕО, ТО-1, ТР
ЛПДС - линейная перекачивающая диспетчерская станция 70 ЕО, ТО-1, ТР
ЦТТ - центр технологического транспорта при управлении магистральными нефтепроводами (УМН) 300 ЕО, ТО-1, ТО-2, СО, ТР
СП - сервисное предприятие - предприятие по ТО и Р техники по договорам 500 ТО-1, ТО-2, СО, ТР
Аналитические исследования показали, что в структуре затрат на ТО и Р техники в нефтепроводных организациях велика доля незапланированных потерь (до 20% от плановых), связанных с необходимостью проведения обслуживания и текущего ремонта спецтехники в удалении от основных баз. В некоторых подразделениях наблюдается увеличение затрат на обслуживание и ремонт техники при сокращении производственной программы по ремонту нефтепроводов и неизменном возрастном составе парка техники.
Исследования научных и методических работ, посвященных данной тематике [1,2], позволили сделать выводы, что при хорошей изученности вопросов повышения эффективности работ по ремонтам магистральных
84
нефтепроводов, значительном объеме исследований по оптимизации деятельности автотранспортных предприятий в различных сферах народного хозяйства проблемы эксплуатации транспортно-технологических машин при ремонте магистральных нефтепроводов не получили широкого развития.
Таким образом, формирование рациональной структуры ПТБ по ТО и Р ТТМ, учитывающей в своей организации производственные факторы, является актуальной научно-практической задачей.
Особенность предлагаемой методики заключается в том, что основное производство рассматривается не как «черный ящик», а как подсистема, которая определяет подходы к эксплуатации техники и формирует объемы ее работ, что влияет на количество ТО и Р техники и, соответственно, на совокупность параметров производственной базы. В рамках системного подхода в соответствии с теорией менеджмента [3] производственная база была представлена как система, в которой выделено несколько уровней факторов (рис. 1).
Рис. 1. Система определения рациональной структуры производственно-технической базы по ТО и Р спецтехники
На входе в систему находятся производственные факторы, определяющие технологию ремонта нефтепровода (ТР) и общее время выполнения ремонтных работ: диаметр ремонтируемой трубы Ду), длина дефектной секции (ЬТР), толщина стенки трубы (1ст), тип грунтов в зоне ремонта (Гр), объем откачиваемой нефти (Уотк) и сезонные условия (СУ), при которых необходимо проводить ремонтные работы. Технология основного производства влияет на второй уровень факторов: определяет типы техники и ее количество (АСс), наработку техники за период выполнения объемов работ по ремонту МН (ИРЕМ). Удаленность работ от основных транспортных артерий (ЬПТБ) предполагает учет параметра средней технической
скорости (УТ) на данном участке проведения работ, что также влияет на общее время работы техники (ЖТТМ), на время технологического простоя машин в ожидании выполнения работ по ремонту трубопровода (ТТП) и на количество резервных машин (АСС). Третий уровень - экономические факторы, условно разделенные на затраты, связанные с реализацией заданного плана объемов работ по ТО и ремонту ТТМ (ИТОр), и денежные потери, вызываемые отклонением от плана, определяют совокупность рациональных параметров производственно-технической базы (ЯрАц).
Целевая функция исследования представлена ниже.
X С = Сп + Ст + С а + См + Ср + Спр —— тш, (1)
где Сп - затраты на перемещение техники, руб.; СТ - затраты на выполнение работ по ТО и ремонту, руб.; Са - амортизационные отчисления, руб.; См - расходные материалы на выполнение регламентных работ ТО, руб.; Ср - затраты на эксплуатацию резервной техники взамен обслуживаемой, руб.; Спр - денежные потери от простоя техники в ожидании освобождения рабочего поста, руб.
Очевидно, что по мере удаления места работы техники от базы затраты на ее перемещение будут увеличиваться. Поэтому возникает потребность в проведении обслуживающих и ремонтных работ по технике в отрыве от стационарной базы. Однако технология ремонта МН не предусматривает наличия межсменного времени для проведения этих работ. Анализ процессов эксплуатации техники при ремонте трубопровода на основе систем управления проектами [4] позволил определить, что ввиду особенностей производства режим работы некоторых типов техники является прерывистым (рис. 2).
Экскаватор
Вахтовый автомобиль Самосвал
Огарочный агрегат Т руб оуЕнадчш; Насосная установка Паровая установка Пожарная машина
О 10 20 30 40 50 60
Время ремонта нефтепровода, ч.
Рис. 2. Диаграмма процесса работы техники при ремонте МН методом замены «катушки»
Промежутки времени, в течение которого техника находится в ожидании следующей технологической операции и временно не задействована, могут быть использованы для ТО и ремонта машин.
Таким образом, ТО или ремонт техники возможно реализовать без дополнительных затрат при условии, что общее время обслуживания техники будет меньше времени технологического простоя техники:
ТТП {н > Тт+ЩУ,, (2)
где Тт - средняя трудоемкость проведения т-го воздействия (ТО-1, ТО-2, ТР) по j-ой технике, чел.-ч; Ь, - расстояние от места нахождения техники
до места проведения работ по ТО и Р техники, км; У, - средняя скорость
передвижения техники до 1-го элемента ПТБ, км/ч.
При этом суммарное время обслуживания или ремонта техники может превысить допустимое технологией время ТТП, в результате чего потребуются дополнительные затраты на использование резервной техники для соблюдения технологии работ. С другой стороны, затраты на ТО и ремонт техники по элементам ПТБ будут уменьшаться вследствие снижения трудоемкости на стационарных базах в отличие от площадок на месте ремонта трубопровода.
Для решения поставленной задачи было проанализировано несколько методов теории исследования операций и выбран метод имитационного моделирования как инструмент получения наиболее точных результатов в условиях стохастической неопределенности процессов, не являющихся марковскими.
Установление численных значений параметров моделей проводились в ходе экспериментальных исследований.
Обработанная информация о распределении факторов была занесена в имитационную модель для получения массива данных и последующей их интерпретации. Для реализации имитационной модели по разработанному алгоритму была использована среда МайаЬ Simulink как мощная и наглядная система для моделирования процессов во времени [5].
По результатам моделирования с помощью корреляционного анализа было установлено, что факторами, оказывающими наибольшее влияние на значение целевой функции, являются время технологического простоя техники ТТП, время проведения работ по ТО и Р техники ТТ0, реализуемое на выбранном элементе ПТБ с учетом сложившегося уровня механизации и специализации, и расстояния между элементами производственной базы Ь. Данные выводы были подтверждены проверкой значимости коэффициентов корреляции по критерию Стьюдента при уровне значимости критерия а=0,05 [6,7].
Для разработки моделей влияния итогового перечня факторов на выбор рационального элемента производственной базы для проведения ТО
и ремонта техники был использован метод деревьев классификации или деревьев принятия решений (алгоритм C&RT), реализованный в пакете STATISTICA 6.0 [8]. Для факторов, имеющих различные показатели и размерность, данный метод позволяет представить зависимость целевой переменной от независимых (входных) переменных в иерархической, последовательной структуре, где каждому объекту соответствует единственный узел (терминальная вершина), дающий решение (помечены другим цветом на рис. 3).
1-ПО
2-ЛПДС -3-ЦТТ
Дерево классификации дляПТБ Число ветвлений = 5; Число терминальн. вершин = 6
4 2
1 .... - J Р |
4 4
Ттп<= 12,5
8 3 9 2
'ПГ_Т^ -гГгг
1 2
24 12
1-лпдс<= 65,
2 2 31
|“| 1 р р
5 2 |“|
-пЧт
6 3
4 2
—цтт<= 175,
10 3 11 2
-□Чт
7 1
-Пгт_
Рис. 3. Дерево принятия решения по выбору рационального элемента производственной базы для проведения ТО-2 транспортной группы
техники
Левая ветвь указывает на выполнение логического выражения по одному из влияющих факторов, цифра в правом верхнем углу каждой терминальной вершины соответствует номеру элемента ПТБ. Руководствуясь полученным графом, можно определить наиболее рациональный по критерию минимума затрат элемент производственной базы для проведения работ по технике при различных значениях влияющих факторов.
В результате эксперимента были установлены модели закономерностей влияния производственных факторов на параметры ПТБ.
Методом регрессионного анализа были получены зависимости не-
88
обходимого количества ПАРМ на каждом методе ремонта МН от производственных факторов [9]. Полученные итоговые уравнения регрессии представлены ниже.
ХпАРМ = -0,77 + 0,02 ■ Ьуч + 0,0012 • Ду, (3)
ХМрм =-8,57 + 0,00138 • Ду +1,269 • 1п(дф), (4)
ХПР;Н =-1,07 + 0,00067 • Ду + 0,043, (5)
где Ду - диаметр нефтепровода, мм; Ьуч - длина вырезаемого участка нефтепровода, м; Ьдеф - длина дефекта, подлежащего ремонту, мм; ХПАРМ - количество передвижных авторемонтных мастерских, ед.
Также методом корреляционного анализа были определены те факторы, которые необходимо учитывать при формировании потребности в постах (ПРМ) на элементах ПТБ для выполнения объема работ за установленный период времени. Полученные модели зависимости числа постов на элементах ПТБ от числа ремонтов трубопровода на рассматриваемом участке и расстояний между элементами ПТБ имеют вид:
Хпо = 0,065-Мрел?ПРМ - (ТПТБ)0,57, (6)
* ПТБ
ХЛПДС = 0,091 + аЛПДСNрем - ТТ0 + 0,56 Л1ЦТТ , (7)
УП0 УЦТТ
т -0.1311лПДС/
XЦТТ =1.59 + Ё аЦТТ •е ЛПДС •Nрем, (8)
/=1
где Хп0, ЛПдС, цТТ - число постов на ПО, ЛПДС, ЦТТ; ЬПТБ - расстояние от места проведения ремонта МТ до ближайшего стационарного элемента ПТБ, км; /ПТБ - среднетехническая скорость передвижения техники от места проведения ремонта МТ до ближайшего стационарного элемента ПТБ, км/ч; Ирем - количество ремонтов трубопровода по плану для данного участка нефтепровода, ед.; ацТТ, ЛПдС, ПРМ - параметры моделей, отражающие влияние метода ремонта нефтепровода на потребность в производственной базе. Определены для различных процентных соотношений методов ремонтов: например, для соотношения 60 муфт, 20 катушек, 20 шлифовок коэффициенты равны аПРМ=0,69; аЛПдС=0,02; ацТТ=0,06; Ьп0 - среднее расстояние от ПО до ЛПДС, км; ЬцТТ - расстояние от ЛПДС до ЦТТ, км; Упо,
цтт лидс - среднетехническая скорость передвижения техники между соответствующими элементами ПТБ, км/ч; ЬЛПдС - расстояние между ЛПДС и ЦТТ на данном участке трубопровода, км.; т - количество ЛПДС, принадлежащих рассматриваемому УМН, ед.;
Адекватность моделей определялась по критерию Фишера и значе-
нию средней ошибки аппроксимации. Для всех моделей Е<15% и выполняется неравенство F<Fa;e;k.
На основе полученных моделей закономерностей была создана методика определения рациональных параметров производственной базы по ТО и ремонту транспортно-технологических машин. Разработанная методика программно реализована в виде пилотного варианта автоматизированного рабочего места (АРМ) инженера-механика, ответственного за организацию процессов ТО и ремонта техники, а также за распределение техники по объектам в рамках Управления магистральных нефтепроводов и его структурных подразделений.
Программное обеспечение представлено в среде MS Visual Basic и предназначено для определения рациональных параметров ПТБ на расчетный период, планирования объемов работ по ТО и ремонту техники, для поиска рационального решения по выбору элемента ПТБ для проведения воздействий по технике, для определения оптимального способа организации обслуживания и ремонта машин в удалении от основных баз (рис. 4).
Рис. 4. Модуль по определению рационального элемента ПТБ для ТО
и Р техники
АРМ состоит из нескольких модулей, объединенных общим меню.
Разработанный программный продукт позволяет достичь социального эффекта, повысив уровень автоматизации и комфортность рабочего места, сократив трудоемкость принятия решения и вероятность ошибки ЛПР. Информационный эффект заключается в разработке новых знаний, которые могут быть использованы и воспроизведены для осуществления профессиональной деятельности, для обучения студентов, для повышения квалификации инженеров и технических работников. Экономический эффект достигается за счет снижения удельных затрат на ТО и ремонт техни-
90
ки путем определения рационального элемента ПТБ для каждой группы техники. Расчет экономического эффекта проводился на примере одного из Управлений магистральных нефтепроводов Западной Сибири. Использование разработанной методики позволило снизить среднее расчетное время простоя единицы техники в ТО и ремонте на 71 ч/мес., сократить время использования единицы резервной техники на 0,96 ч/мес. и, впоследствии, уменьшить разницу между планируемыми и фактическими затратами на обслуживание и ремонт единицы техники на 44% или на 4836 руб. в месяц.
Список литературы
1. Данилов О.Ф. Система транспортного обслуживания процессов бурения, нефтедобычи и ремонта скважин: дис. ... д-р. техн. наук: 05.15.10, 05.15.06, 05.22.10. Тюмень, 1997. 408 с.
2. Ермилов Д. С. Разработка методики оптимизации использования производственно-технической базы сети автотранспортных предприятий: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.10. М., 2008. 222 с.
3. Никаноров С.П. Концептуализация предметных областей. М.: Концепт, 2009. 268 стр.
4. Хелдман К. Профессиональное управление проектами. М.: Бином, 2005. 517 с.
5. Гультяев А.К. MATLAB 5.2. Имитационное моделирование в среде Windows: практическое пособие. М.: Корона Принт, 1999. 285 с.
6. Захаров Н.С. Моделирование процессов изменения качества автомобилей. Тюмень: ТГНГУ, 1999. 127 с.
7. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. 573 с.
8. L. Breiman, J. H. Friedman, R. A. Olshen, C. J. Stone. Classification and regression trees. - Monterey, Calif., U.S.A.: Wadsworth, Inc, 1984.
9. Базанов А.В., Бауэр В.И., Козин Е.С. Определение потребности в мобильных средствах для обеспечения работоспособности автотракторной техники при ремонте магистральных нефтепроводов // Н-66 Научнотехнический вестник Поволжья. №3 2012. Казань: Научно-технический вестник Поволжья, 2012. 188 с.
Козин Евгений Сергеевич, ассистент кафедры «Сервис автомобилей и технологических машин», esergeevitch@gmail.com, Россия, Тюмень, Тюменский государственный нефтегазовый университет
OPTIMIZATION OF PRODUCTION AND TECHNICAL FACILITIES FOR THE MAINTENANCE AND REPAIRING SPECIAL MACHINES IN THE REPAIRING
OF OIL PIPELINES
E.S. Kozin
The article deals with the improving the efficiency of transport and technological service of repairing oil pipelines. The subject of the research is the formation of a rational structure of the production base for maintenance and repairing special technics considering industrial and technological factors. By using mathematical modeling method relations between technological factors and structure and parameters ofproduction and technical facilities for the maintenance and repairing special machines in the repairing of oil pipelines were obtained.
Key words: production and technical base, maintenance and repair of technics, transport and technological machines, repair of oil pipelines
Kozin Evgeniy Sergeevitch, Assistant of department «Service of cars and technological machines», esergeevitch@gmail.com. Russia, Tyumen, Tyumen State Oil and Gas University
УДК 681.2:536.083
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ НИЗКОТЕПЛОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КВАЗИСТАЦИОНАРНОЙ ТОЧКИ ДЛЯ ПОЛУОГРАНИЧЕННЫХ ТЕЛ
Ю.И. Азима, О.А. Бобкова
Представлена теория нестационарного метода измерения теплопроводности твердых теплоизоляционных материалов для объектов исследования в виде полуогра-ниченного тела, основанного на параметрической идентификации интегральной формы уравнения теплопроводности. В математическом описании метода учитывается кондуктивный и конвективный теплообмен поверхности образца и не используется решение краевой задачи. Приведены результаты исследований на тепловых моделях, и схема измерительной ячейки
Ключевые слова: измерение, нестационарная теплопроводность, измерительная ячейка, имитационное моделирование.
Большинство нестационарных методов измерения теплофизических свойств (ТФС), и в частности теплопроводности, строятся на решениях различных краевых задач [1]. В этом случае информацию об искомой тепловой величине получают путем анализа изменения температурного поля объекта исследования, которое должно быть адекватным полю модели, описываемой краевой задачей теплопроводности.
При таком подходе к разработке методов измерения ТФС основные
