ОПТИМИЗАЦИЯ РАСХОДОВ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ НОВЫХ ОБРАЗЦОВ ТЕХНИКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВОЙСК Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

Оптимизация расходов на эксплуатацию новых образцов техники Железнодорожных войск

Полковник С.А. ЛАГУНОВ, кандидат технических наук

Полковник в отставке В.И. ГУСЕВ, кандидат технических наук

В.В. БОГДАНОВ

АННОТАЦИЯ ABSTRACT

Рассмотрен подход к оптимизации расходов на запасные части и внеплановый ремонт, реализуемый на ранних этапах жизненного цикла военной техники — до начала серийного производства и эксплуатации. Подход позволяет предъявлять обоснованные требования к показателю достаточности в виде коэффициента готовности групповых комплектов запасных частей на основе заданного сценария эксплуатации изделий военной техники.

Показатель надежности, показатель достаточности, коэффициент готовности, жизненный цикл.

The paper examines an approach to optimizing the cost of spare parts and unscheduled repairs at the early stages in the military equipment life cycle, prior to the start of serial production and exploitation. The approach makes for setting well-grounded demands to the sufficiency index in the form of readiness of group sets of spares based on the specified scenario of military equipment items' operation.

KEYWORDS

Reliability index, sufficiency index, readiness coefficient, life cycle.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

В СОВРЕМЕННЫХ условиях все большее значение приобретает системный подход к проектированию новых образцов военной техники, выражающийся в создании изделия не только с передовыми тактико-техническими характеристиками (ТТХ), но и обоснованными эксплуатационно-техническими характеристиками (ЭТХ), минимизирующими стоимость владения техникой на протяжении всего жизненного цикла, управление которым осуществляется на принципах интегрированной логистической поддержки (ИЛП). Одним из базовых принципов ИЛП является проектирование эксплуатации на ранних этапах создания новой техники, когда само изделие существует в виде концепции, документации, моделей и опытных образцов. Предполагается, что к этапу серийного производства все проблемы, связанные с обеспечением рациональной эксплуатации, должны быть решены, в частности обоснованы показатели надежности и достаточности нового образца в системе «машина — запасные части и принадлежности (ЗИП)».

Обоснование данных показателей является важной и нетривиальной задачей при разработке тактико-технических заданий (ТТЗ) на опытно-конструкторские работы (ОКР) по созданию новых образцов военной техники (ВТ). С одной стороны, эти показатели дают возможность оценить степень готовности изделия к выполнению боевой задачи, а с другой — их численные значения, показывающие уровень минимизации эксплуатационных расходов.

В качестве примера рассмотрим технику Железнодорожных войск (ЖДВ). Для техники ЖДВ нормируемым показателем надежности (ПН) является коэффициент готовности изделия, Кизд, учитывающий безотказность и ремонтопригодность:

'ср

IT ___

' т +т ■

(1)

где: Тср — среднее время наработки на отказ, характеризующее безотказность изделия;

Т — время восстановления изделия — показатель ремонтопригодности.

Для образцов техники ЖДВ показатель надежности в виде коэффициента готовности директивно задан и равен К = 0,95.

f изд

Необходимо предъявить обоснованные требования к показателю достаточности (ПД), т. е. к коэффициенту готовности группового ЗИП Кзип, при максимизации среднего времени наработки на отказ изделия, Тср, т. е. максимизации показателя надежности ЗИП, при неизменном нормативном значении коэффициента готовности изделия.

Следует отметить, что повышение надежности готового изделия приводит к увеличению его стоимости, при этом стоимость группового ЗИП уменьшается.

Общий вид зависимостей коэффициента готовности группового ЗИП К , стоимости ЗИП С , от средней

зип зип

наработки на отказ Тср, при заданном коэффициенте готовности изделия Киз = const, показана на рисунке 1.

Рис. 1. Зависимость стоимости ЗИП от средней наработки на отказ изделия

Представленная на рисунке 1 зависимость стоимости ЗИП получена следующим образом.

Из выражения (1) при периодическом пополнении запасов ЗИП было получено соотношение:

где: Тпп — период пополнения запасов ЗИП;

Кзип — коэффициент готовности

зипГ

Тср — средняя наработка на отказ изделия.

Стоимость ЗИП в зависимости от коэффициента готовности рассчитывается по методике, изложенной в ГОСТ РВ 27.3.03-20051.

Из рисунка 1 следует, что Кзип при фиксированном Кизд линейно убывает при увеличении Тср от 1 до К^Ч Действительно, чем больше наработка на отказ, тем меньшая готовность ЗИП требуется для обеспечения директивного коэффициента готовности изделия. Каждому новому, увеличенному значению Т , а именно: Т1, Т2 и т. д.,

ср ср ср

соответствует модернизированное изделие, которому нужно меньше запасных частей. Этот меньший состав ЗИП является достаточным для обеспечения коэффициента готовности изделия на уровне нормативных требований.

Показатели достаточности и надежности являются парной категорией, находящейся в отношении необходимости и достаточности. Это означает, что для выполнения директивных требований к коэффициенту готовности изделия необходимо предъявить требования к безотказности, т. е. к численному значению Тср, и на следующем шаге определить достаточный состав ЗИП.

Среднее время наработки на отказ и коэффициент готовности изделия соотносится с категорией необходимости в системе «машина—ЗИП»,

а коэффициент готовности ЗИП — с категорией достаточности. Другими словами, уменьшение или увеличение коэффициента готовности ЗИП в системе «машина—ЗИП» не свидетельствует об улучшении или об ухудшении системы, т. е. об уменьшении или увеличении ее надежности. При соблюдении директивного значения коэффициента готовности изделия и изменении Тср показатель достаточности, т. е. коэффициент готовности ЗИП, будет варьироваться. Обоснованный выбор К является

г зип

важным при разработке технических заданий на ОКР с последующим его уточнением на этапах разработки и эксплуатации.

Представленная на рисунке 1 зависимость стоимости ЗИП от средней наработки на отказ убывает нелинейно. Поэтому существует некоторая точка на оси абсцисс, в которой средняя наработка на отказ будет соответствовать оптимальному значению уменьшения стоимости ЗИП, так как при дальнейшем увеличении Тср приращение стоимости становится меньше некоторого наперед заданного порогового значения, при котором мероприятия, направленные на повышение безотказности изделия, считаются неэффективными. На рисунке 1 эта точка обозначена T-п—опт. Правее этой точки приращение уменьшения стоимости ЗИП становится незначительным, а повышение безотказности — невыгодным.

Задача заключается в том, чтобы в системе «машина—ЗИП» обосновать требования к показателю достаточности, т. е. к коэффициенту готовности группового ЗИП Кзип при заданном коэффициенте готовности изделия К = const.

^ изд

В Государственном стандарте ГОСТ 27.003-20162 приведена методика, содержащая алгоритмы и ограничения для решения задачи обоснования норм показателей надежности.

Расчеты, выполненные по данной методике свидетельствуют о том, что повышение ПН применяется тогда, когда известны и могут быть установлены:

• возможные варианты построения изделия и набор мероприятий по повышению надежности относительно исходного, «базового» уровня;

• значение прироста надежности и затрат для каждого мероприятия, с помощью которого осуществляется повышение надежности.

Под базовым уровнем понимается уровень надежности, при котором создание изделия еще имеет смысл.

При опоре на эти методологические положения данного стандарта далее излагается методика обоснования численных значений показателя достаточности в заданных сценариях эксплуатации образцов ВТ. Ограничения в виде сценария эксплуатации является первым отличием данной методики от методологии, описанной ГОСТ 27.003. Вторым отличием является то, что обосновываются численные значения показателя достаточности, а не показатели надежности, так как показатель надежности, коэффициент готовности изделия Кизд, задан директивно.

Сценарий эксплуатации:

1. Изделия эксплуатируются циклически большими партиями машин, при этом кратность комплекта группового ЗИП совпадает с размером парка машин, используемых по предназначению.

2. Ремонт осуществляется передвижными комплексами в полевых условиях.

3. Стратегии пополнения группового ЗИП — «периодическое пополнение»

запасов с периодом пополнения 12 месяцев. Остатки группового ЗИП по-

полняют склад запасных частей «россыпью». В каждый период пополнения

ЗИП закупается заново. Период пополнения по протяженности совпадает

с циклом эксплуатации.

Если имеет место мероприятие, выполнение которого повышает безотказность, то происходит повышение стоимости изделия на величину ДСизд.

Одновременно на величину ДСзип уменьшится стоимость ЗИП в зависимости от величины ДТ = Тт1п - Т1,

ср ср ср

что наглядно показано на рисунке 1.

где: ДСзип(ДТср) — уменьшение стоимости ЗИП на интервале ДТ = Тт1п - Т1 ;

ср ср ср

Т трп — минимальное время наработки на отказ, определяющее «базовый» уровень надежности изделия; ДС (Т ')— уменьшение стои-

рем4 ср 7 '

мости ремонта за счет уменьшения

В свою очередь, увеличение Тср > Т трп приведет к уменьшению ремонтных циклов и, следовательно, к экономии на ремонт на величину ДСрем. Имеет место следующее неравенство, определяющее эффективность мероприятия по повышению надежности.

(3)

ремонтных циклов на интервале пополнения.

где С — стоимость одного ремонтного цикла:

С = 0,67 • с • у,

ДСзип(ДГср)+ДС

рем

(Гсу > АС ИЗД МО

где: 7 — кратность группового ЗИП;

с — стоимость ремонта одного изделия;

0,67 — вероятность отказа при I = Г для экспоненциального распределения вероятности безотказной работы (пуассоновского потока отказов);

Т —

М =■ пп

число ремонтных ци-

1 Гср клов до мероприятия по повышению надежности на периоде пополнения;

N = Тпп — число ремонтных ци-

2 Тс'р клов после мероприятия по повышению надежности на периоде пополнения;

Тпп — период пополнения ЗИП.

Увеличение стоимости изделия ДСизд(Т'р ) при проведении мероприятия по повышению надежности оценивается головным исполнителем совместно с заказчиком. Например, прирост стоимости может быть вызван покупкой более дорогих комплектующих, обеспечивающих требуемый уровень безотказности.

На рисунке 2 представлен алгоритм оптимизации расходов на запасные части и внеплановый ремонт. Алгоритм может быть реализован в виде двух автоматизированных рабочих мест (АРМ) в информационных системах поддержки жизненного цикла, часто называемых ИПИ-систе-мами (информационная поддержка жизненного цикла изделия). Первое АРМ рассчитывает состав группового ЗИП так, как это описано в ГОСТ РВ 27.3.03-2005. Второе АРМ должно реализовывать логику алгоритма.

В качестве примера рассмотрим изделие «Понтон самоходный (толкач) ПСТ-1». Групповой комплект рассчитывается на 40 изделий, период пополнения 12 месяцев, кроме того, определен номенклатурный перечень запасных частей.

Основные шаги расчета эффективности для одного из возможных вариантов повышения надежности сводятся к следующему.

1. Строится зависимость коэффициента готовности группового ЗИП от средней наработки на отказ. Для заданного сценария изменение Кзип показано оранжевым цветом, а значения коэффициента готовности ЗИП-Г — красным (рис. 3).

2. Определяется экономия за счет уменьшения стоимости группового ЗИП. В данном случае Т « 1,5 мес., чему соответствует стоимость ЗИП в 2,7 млн руб., в то время как увеличение наработки до Т'ср = 3 мес. приводит к выигрышу в 200 тыс. руб. (2,7 млн руб. — 2,5 млн руб. = 200 тыс. руб.).

3. Определяется уменьшение количества ремонтных циклов. В данном случае было 8 циклов в год, а стало 4.

4. Рассчитывается стоимость ремонтного цикла по формуле (4), приведенной к стоимости ремонта одного изделия (ДСрем = 0,67 х с х ДМ). При средней стоимости одного ремонта с = 100 тыс. руб. и 4 ремонтных циклов вместо 8 экономия составит 268 тыс. руб. в год.

5. Определение суммарной годовой экономии на групповой ЗИП на 40 единиц техники и внеплановый ремонт, приведенной к одному изделию. В данном случае экономия равна: (200 : 40) тыс. руб. + 268 тыс. руб. = 273 тыс. руб.

6. Анализ варианта и принятие решения на проведение мероприятия по повышению надежности. В данном случае, если стоимость изделия повысится на 273 тыс. руб. после проведения мероприятия по повышению надежности, то затраты на парк машин, равный кратности ЗИП, т. е. 40 единицам, окупятся в течение одного года. Мероприятие потенциально может быть признано эффективным со стоимостью баланса 273 тыс. руб., т. е. в течение одного года эксплуатации повышение стоимости изделия на 273 тыс. руб. полностью окупится экономией на ЗИП и внеплановый ремонт.

Рис. 2. Алгоритм оптимизации расходов на запасные части и внеплановый ремонт

7. Определение стоимости баланса для парка машин. В нашем случае парк машин составляет 400 единиц техники, следовательно, стоимость баланса равна 273 тыс. руб. х 400 машин = 109 млн 200 тыс. руб.

8. Определение экономии на протяжении жизненного цикла до капитального ремонта. На протяжении жизненного цикла, равного 11 годам, экономия составит: 109 млн 200 тыс. руб. х 10 лет = 1 млрд 92 млн руб.

Рис. 3. Зависимость коэффициента готовности и стоимости ЗИП от средней наработки на отказ ПСТ-1

На этом формирование варианта мероприятия по повышению надежности можно считать завершенным. При необходимости может быть рассмотрен I + 1 мероприятие с Т ср1 > Тср или пересмотрен сценарий эксплуатации. Например, увеличен вдвое период пополнения запасов, что приведет к заметной дополнительной экономии денежных средств, или изменена кратность комплектов ЗИП, или средняя стоимость ремонта одного изделия. Общее число вариантов может быть достаточно большим.

9. Анализ и выбор рационального варианта повышения надежности.

Таким образом, предлагаемый подход может применяться на начальных стадиях ЖЦ новых образцов ВТ при оптимизации расходов на запасные части и внеплановый ремонт. Целесообразно для каждого нового образца применять изложенную методику для определения оптимального времени наработки на отказ в заданных сценариях эксплуатации. Суммарное сокращение расходов на эксплуатацию в этом случае будет возрастать пропорционально увеличению парка техники и может достигать многих десятков и сотен миллиардов рублей в течение жизненных циклов образцов ВТ.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 ГОСТ РВ 27.3.03-2005. Надежность военной техники. Оценка и расчет запасов в комплектах ЗИП. Запасные части, инструменты и принадлежности. Основ-

ные положения. М.: Стандартинформ, 2005. С. 37.

2 ГОСТ 27.003-2016. Надежность в технике (ССНТ). Состав и общие правила задания требований по надежности. М.: Стандартинформ, 2016.