CC BY
40
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)
ЕКСПЛУАТАЦ1Я ТА РЕМОНТ ЗАСОБ1В ТРАНСПОРТУ
UDC [51-74:629.48:656.4]
M. I. KAPITSA1, T. S. HRYSHECHKINA2*
'Dep. «Locomotives», Dnepropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, 49010, Ukraine, tel. +38 (0562) 33 19 61, e-mail dnuzt@diit.edu.ua, ORCID 0000-0002-3800-2920
2*Dep. «Higher Mathematics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, 49010, Ukraine, tel.+38 (0562) 36 26 04, e-mail gitann@rambler.ru, ORCID 0000-0003-1570-4150
RATIONAL RECOVERY MODEL OF DEPOT PROCESSING EQUIPMENT AT THE INDUSTRIAL ENTERPRISE
Purpose. The problem of the maximum resources recovery of rolling stock repair depot of industrial enterprise with limited resources consumption, which are used in the system is today's topical question.The main factors that affect the repair depot operation of industrial enterprise are reviewed. The most significant factors, affecting the quality of the repair depot, are emphasized for further study, specifically - the state of the major repair equipment of a sector. There is a need to minimize the impact of the unsatisfactory state of this factor. Methodology. The formed task of major equipment rational repairing in the mathematical sense is based on the solution of a vector optimization problem. In this case the target functions are the monetary funds spending and time expenditure for repairing. Findings. The mathematical model of optimal equipment maintainability of the repair department at the industrial enterprise was developed by the authors. On the example the choice model of optimal path for equipment repairing of enterprise repair department is described. Originality. As a result of the conducted research the repairing system of major equipment of industrial enterprise sectors was improved. As the mathematical model of rational system recovery of industrial enterprise repair depot we recommend apparatus of class problems of vector optimization. Practical value. Using the proposed model of major equipment repair system of the repair depot at the industrial enterprise will improve the quality of the department by increasing the efficiency of primary resources -time and monetary funds - which are spent by the sector in order to repair its techniques.
Keywords: industrial transport; repair system; mathematical modeling; system analysis; vector optimization
Introduction
The major task of the industrial enterprise repair depot is ensuring maximum resource recovery of rolling stock with limited resources consumption that are used in the system [3, 6].
The following factors affect essentially the work of industrial enterprise repair section:
- Existing park units state of rolling stock [4];
- State of repair equipment sector [10];
- Planning and regulation system of repairs [7];
- Accounting procedure of materials and spares use [11].
Many different types of locomotives and cars that are operated, outdated methods of repairs planning and regulation, transparent accounting of materials lead to unproductive work of a repair sector. This is, in turn, affects the effectiveness of an enterprise performance as a whole [9]. And one of the most important factors determining the performance quality of a repair sector is its workability of major repair equipment.
Purpose
The aim of this work is search and investigation of new methods and ways in order to improve
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)
workability of major repair equipment of a repair sector in the industrial enterprise.
Operable technical state depends on the quality and speed of its failures removal that occur during operation of the equipment [13].
Let us consider the case when a repair shop does not perform repair at a prescribed time due to equipment failure [1]. There is a problem of finding a rational way of restoring its workability. That is, the repair shop equipment of a depot at the industrial enterprises needs to be recovered as quickly as possible and with minimal expenditure of money [2]. This statement leads us to the following problem of vector optimization:
f T (у)' С (у )
min
(1)
where y - is a method of (trajectory, plan) the equipment repairing; T (y) - is time expenditure for the equipment repairing; C (y) - is funds expenditure.
Methodology
We will discuss in more detail the problem (1) in the case of failure of a stand for armature shaft inspection of the traction motor (TM) (see Fig. 1). Function of the stand is to control the armature shaft of TM for transversal and longitudinal cracks.
Fig. 1. Stand for armature shaft inspection of TM Stand functionality:
- setting two TM armatures on a stand;
- identification of transversal and longitudinal cracks of the TM armature shaft;
- mechanical shaft rotation of TM armature on track roller.
In case of the stand failure the plan concerning its repair will include several stages (phases):
Y = [Vi, V2,..., vn ],
where vi - is the set of activities on the i stage; n - total number of repair stages.
That is, for the stand of armature shaft inspection of TM sequence y may have the following
form: v1 - failure identification and preparation of equipment for the repair; v2 - dismantling; v3 -repair; v4 - mounting; v5 - testing and launch.
At the each stage there is a plurality of actions that can be performed:
vi = W2,..., Wk (i)}.
Each of these actions is characterized as follows: t(Wj) - time expenditure under the
implementation wj; c(wj) - funds expenditure
under the implementation wj.
Total time and overhaul cost are determined depending on the choice of action at each stage of repair:
T(у) = ZZ t(Wj ),
c(Y) = II c(Wj).
i =1 Wj Ev
The number of options N for repairing depends on the number of stages and activities at each stage:
N=nki,
i=1
where ki - the number of operations on the i stage.
So a problem of the vector optimization (1) assumes the following form:
f n
I I t (Wj )
Z Z c(Wj )
V I=1 Wj
min .
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2014, № 4 (52)
Solving problem (1) we mean finding such sets of repair options that each of its elements (a repair plan y) will be effective so each pair y1 and y2 from this set are not comparable among themselves
[5].
A repair plan y is called effective, when any variation of it leads to increase one of the parameters (e.g. cost) and decrease the other (in this case, the runtime of repair).
Two sets y1 and y2 are not comparable, if there are at least two indexes from (1) such that one index is better (bigger) in terms of repair y1, and the other is better under y2.
A necessary and sufficient condition for the repairing plan effectiveness y is described in [1] and is as follows. If there is any additional value of the coefficient A at each stage of repair one should choose measures accordingly to conditions:
V c(Wj) + A V t(Wj) = min , i = 1, n . (2)
' ¿—t J 1<j<k(i)
Wj GVi Wj GVi
Coefficient A can be interpreted as a kind of «scales» that determine the importance of this or that index.
For example, if A = 0 condition has the following veiw:
У
c(w, ) = min .
1 l< j <k (i )
This means that the company strives to minimize funds that are spent for repair. Time expenditure is not taken into account.
When A^ <x> condition has the following form:
У
t ( w : ) = min .
1 l< j< k (i )
That is, in this case a priority during the repairing is time of its conducting.
Thus, going over meanings Ae[0, <x>), we
obtain parametric identification of effective repairing plans.
Findings
On the base on the proposed mathematical apparatus we will consider the following example.
Let the stand for armature shaft inspection of TM is in non-working state. We will divide its repair plan for five consecutive stages or phases. (Fig. 2).
Fig. 2. Schematic representation of the phases
The first stage is fault identification and preparation of the stand for repair. We select three options for preparing. The second stage is the dismantling. The next stage is directly repair. It can be conducted with five different modes, each of them differ by runtime and expences. The phase of mounting and debugging are the next. The last stage is testing and launch. Schematic representation of the repair trajectory is shown on Fig. 3.
Fig. 3. Schematic representation of trajectory
Time and funds expenditures for each option at each stage are determined with an expert manner. Obtained data are represented as follows. Matrix spending funds:
Cl :=
l 5 3 0 0
4 7 0 0 0
8 l0 4 20 50
l7 0 0 0 0
2 5 9 l5 0
Matrix time expenditure:
T1 :=
7 5 3 0 0
4 2 0 0 0
6 4 3.5 3 2.5
l.7 0 0 0 0
5 3 2.l l.5 0
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)
Г w L 1,3' w 2, 2' w 3,3' w 4, 1' w5,1], 41, 15.7
Г w L 1,3' w 2, 2' w 3,3' w 4, 1' w5 2], 44,15.2
Г w L 1,3' w 2, 2' w 3, 4' w 4, 1' w5 4], 64,13.2
Г w L 1,3' w 2, 2' w 3, 5' w 4, 1' w5 4], 94, 12.7
In this case the total number of options for the stand repair is:
N = n k = 120.
i=1
View of all options for repairing in space of functionals is presented in Fig. 4.
Fig. 4. Dependence of time expenditure for the repairing. Axis OX - time expenditure in hours. Axis SO -funds expenditure in UAH.
Graphical interpretation of the obtained results is shown in Fig. 5.
Fig. 5. Best options for repairing
Using the mathematical model described above, we will find the best options for repairing:
[w w w w w 1 30 24 7
L" i p ry 2 1' 3 1' 4 1' 5 1 J' > t
[w w w w w 1 32 20 7
L 1 2 2 1' 3 1' 4 V 5 i J> >
r w w w w w 1 35 18 7
L 1,2' 2,2' 3, 1' 4, V 5, 1J' '
Calculations are performed in the Maple mathematical package of symbolic computation.
Originality and practical value
The system of major equipment repair of a repair sector has been improved by solving the problem of vector optimization for rational repairing. In this case, the target functions are the monetary funds and time for repairing that a sector spends for repairing of their equipment.
Using the proposed model of rational repairing will improve the quality of a sector by increasing the efficiency of primary resources - time and funds - which a sector spends for repairing of their technical means.
Conclusions
The proposed model will provide the repair depot of industrial enterprises to higher levels of its functioning efficiency and reduce the resource intensity of its operation. Using the proposed method of the equipment efficient recovery, a repair depot of the industrial enterprise is able to distribute time and funds efficiently to carry out restoration works. This in turn will reallocate the enterprises savings.
LIST OF REFERENCE LINKS
1. Бусленко, Н. П. Моделирование сложных систем / Н. П. Бусленко. - М. : Наука, 1978. - 400 с.
2. Войнов, К. И. Прогнозирование надежности механических систем / К. И. Войнов. - Л. : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1978. - 208 с.
3. Капща, М. I. Розвиток наукових основ удоско-налення систем утримування тягового рухомо-го складу : автореф. дис. д-ра техн. наук : 05.22.07 / Капща Михайло 1ванович; Дшпро-петр. нац. ун-т залiзн. трансп. iм. акад. В. Лаза-ряна. - Д., 2010. - 40 с.
4. Логистика ремонта железнодорожного подвижного состава / С. Н. Корнилов, А. Н. Рахмангу-лова, Е. П. Дудкин, А. А. Горшенин. - Магнитогорск : МГТУ им. Г. И. Носова, 2005. - 182 с.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)
5. Мямлин, В. В. Обоснование алгоритма решения задачи векторной оптимизации по двум показателям при выборе гибкой технологии ремонта вагонов / В. В. Мямлин, А. А. Босов, С. В. Мямлин // Вюн. Днепропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. - Д., 2011. - Вип. 36. - С. 54-57.
6. Нагорний, £. В. Оцшка економiчноl ефектив-носп вдосконалення системи транспортного обслуговування вантажовласник1в у транспортних вузлах / £. В. Нагорний, Т. В. Столяр // Зб. наук. пр. УкрДАЗТ. - Вып. 23. - 2008. - С. 31-34.
7. Нагорный, Е. В. Методика определения дополнительных платежей за сокращние времени нахождения грузов в транспортных узлах / Е. В. Нагорный, Т. В. Столяр // Актуал. вопр. упр. процессами перевозок на трансп. : сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. - Алма-Ата : КазАТК, 2007. - Том 2. - С. 9-14.
8. Прохоров, Г. В. Пакет символьных вычислений Maple V / Г. В. Прохоров, М. А. Леденев, В. В. Колбеев. - М. : Компания «Петит», 1997. - 200 с.
9. Саркисян, С. А. Анализ и прогноз развития больших технических систем / С. А. Саркисян, В. М. Ахундов, Э. С. Минаев. - М. : Наука, 1982. - 280 с.
10. Ящура, А. И. Система технического обслуживания и ремонта общепромышленного оборудования : справ. / А. И. Ящура. - М. : ЭНАС, 2006. - 320 с.
11. Giua, A. Modeling and supervisory control of railway networks using Petri nets / A. Giua, C. Seatzu // IEEE Trans. on Automation Science and Engineering. - 2008. - Vol. 5, № 3. - Р. 431-445. doi: 10.1109/TASE.2008.916925.
12. Richard, Klima Е. Applications of Abstract Algebra with Maple / Klima Е. Richard , Neil Sigmon, Ernest Stitzinger // London : CRC Press LLC, 1999. - 250 p.
13. Szymanski, Z. Modern Predictive Diagnostic Method of Induction Traction Motor Based on FEM, BEM / Z. Szymanski // Computer Technology and Application. - 2012. - № 3. - P. 678-684.
М. I. КАП1ЦА1, Т. С. ГРИШЕЧК1НА2*
'Каф. «Локомотиви», Днгпропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (0562) 33 19 61, ел. пошта dnuzt@diit.edu.ua, ORCID 0000-0002-3800-2920
2*Каф. «Вища математика», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Днтропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (0562) 36 26 04, ел. пошта gitann@rambler.ru, ORCID 0000-0003-1570-4150
МОДЕЛЬ РАЦЮНАЛЬНОГО В1ДНОВЛЕННЯ ТЕХНОЛОГ1ЧНОГО ОБЛАДНАННЯ ДЕПО ПРОМИСЛОВОГО ШДПРИСМСТВА
Мета. Особливо актуальним на сьогодт е питання забезпечення максимального вщновлення ресурсш рухомого складу ремонтного депо промислового щдприемства при обмеженому розхода ресурав, як використовуються в системъ Розглядаються основт чинники, яю впливають на роботу ремонтного шдроздшу промислового щдприемства. Серед них для подальшого дослвдження видшяються найбшьш вагомi фактори, яю впливають на яшсть роботи ремонтного депо - стан основного ремонтного обладнання щдроздшу. Виникае необхщшсть мiнiмiзувати вплив незадовшьного стану даного чинника. Методика. Запропонована задача рацiонального проведення ремонту основного обладнання ремонтного щдроздшу в математичному планi базуеться на розв'язаннi задачi векторно! оптимiзацii. Цшьовими функцiями в даному випадки приймаються витрати кошпв на проведення ремонтних робiт та час проведення ремонту обладнання. Результата. Авторами розроблено математичну модель оптимального вщновлення працездатносп основного обладнання ремонтного щдроздшу промислового щдприемства. На приклада описуеться модель вибору оптимальних шляхiв проведення ремонту обладнання ремонтного щдроздшу щдприемства. Наукова новизна. У результат проведеного дослiдження удосконалено систему проведення ремонту основного обладнання щдроздшв промислового щдприемства. В якост математично! моделi рацiонального вiдновлення системи ремонту депо промислового щдприемства запропоновано апарат задач класу векторно! оптимiзацii. Практична значимкть. Використання запропоновано! моделi системи ремонту основного обладнання ремонтного депо промислового щдприемства дозволить ишвищити яюсть роботи ^дрозд^ шляхом збiльшення ефективностi використання основних ресурсiв - часу та кошпв, - яю пiдроздiл витрачае на проведення ремонту сво!х техтчних засобiв.
Ключовi слова: промисловий транспорт; система ремонту; математичне моделювання; системний аналiз; векторна оптимiзацiя
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)
М. И. КАПИЦА1, Т. С. ГРИШЕЧКИНА2*
'Каф. «Локомотивы», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (0562) 33 19 61, эл.почта dnuzt@diit.edu.ua, ORCID 0000-0002-3800-2920
2*Каф. «Высшая математика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (0562) 36 26 04, эл.почта gitann@rambler.ru, ORCID 0000-0003-1570-4150
МОДЕЛЬ РАЦИОНАЛЬНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЕПО ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Цель. Особенно актуальным сегодня является вопрос обеспечения максимального восстановления ресурсов подвижного состава ремонтного депо промышленного предприятия при ограниченном расходе ресурсов, которые используются в системе. Рассмотрены основные факторы, влияющие на работу ремонтного отдела промышленного предприятия. Среди них для дальнейшего исследования выделяются наиболее значимые факторы, влияющие на качество работы ремонтного депо - состояние основного ремонтного оборудования подразделения. Возникает необходимость в минимизации влияния неудовлетворительного состояния данного фактора. Методика. Сформированная задача рационального проведения ремонта основного оборудования отдела в математическом плане базируется на решении задачи векторной оптимизации. Целевыми функциями в данном случае являются затраты денежных средств на проведение ремонтных работ и затраты времени. Результаты. Авторами разработана математическая модель оптимального восстановления работоспособности оборудования ремонтного отдела промышленного предприятия. На примере описана модель выбора оптимальных путей проведения ремонта оборудования ремонтного отдела предприятия. Научная новизна. В результате проведенного исследования усовершенствованы система проведения ремонта основного оборудования подразделений промышленного предприятия. В качестве математической модели рационального восстановления системы ремонта депо промышленного предприятия предложен аппарат задач класса векторной оптимизации. Практическая значимость. Использование предложенной модели системы ремонта основного оборудования ремонтного депо промышленного предприятия позволит повысить качество работы отдела путем увеличения эффективности использования основных ресурсов - времени и денежных средств, - которые подразделение тратит на проведение ремонта своих технических средств.
Ключевые слова: промышленный транспорт; система ремонта; математическое моделирование; системный анализ; векторная оптимизация
REFERENCES
1. Buslenko N.P. Modelirovaniye slozhnykh system [Modeling of complex systems]. Moscow, Nauka Publ., 1978. 400 p.
2. Voynov K.I. Prognozirovaniye nadezhnosti mekhanicheskikh system [Reliability prediction of mechanical systems]. Leningrad, Mashinostroeniye Publ., 1978. 208 p.
3. Kapitsa M.I. Rozvytok naukovykh osnov udoskonalennia system utrymuvannia tiahovoho rukhomoho skladu. Avtoreferat Diss. [Scientific bases development of retention systems improvement of traction rolling stock. Author's abstract]. Dnipropetrovsk, 2010. 40 p.
4. Kornilov S.N., Rakhmangulova A.N., Dudkin Ye.P., Gorshenin A.A. Logistika remonta zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava [Repair logistics of railway rolling stock]. Magnitogorsk, MGTU im. G. I. Nosova Publ., 2005. 182 p.
5. Myamlin V.V., Bosov A.A., Myamlin S.V. Obosnovaniye algoritma resheniya zadachi vektornoy optimizatsii po dvum pokazatelyam pri vybore gibkoy tekhnologii remonta [Algorithm justification for solving the vector optimization problem upon two indexes when selecting flexible technology of a repair]. Visnyk Dnipropet-rovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2001, issue 36, pp. 54-57.
6. Nahornyi Ye.V., Stoliar T.V. Otsinka ekonomichnoi efektyvnosti vdoskonalennia systemy transportnoho obsluhovuvannia vantazhovlasnykiv u transportnykh vuzlakh [Economic efficiency evaluation of a transport
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)
service system of freight owners in transport hubs]. Zbirnyk naukovykh prats UkrDAZT [Proc. of Ukrainian State Academy of Railway Transport], 2008, no. 23, pp. 31-34.
7. Nahornyi Ye.V., Stoliar T.V. Metodika opredeleniya dopolnitelnykh platezhey za sokrashcheniye vremeni nakhozhdeniya gruzov v transportnykh uzlakh [Method of determining the additional payments for reducing time spent of cargo in transport units]. Sbornik materialov Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Aktualnyye voprosy upravleniya protsessami perevozok na transporte» [Proc. of the Int. Scientific and Practical Conf. «Actual issues of transportation process control on the transport»]. Alma-Ata, 2007, vol. 2, pp. 9-14.
8. Prokhorov G.V., Ledenev M.A., Kolbeyev V.V. Paket simvolnykh vychisleniy Maple V [Package of symbolic computation Maple]. Moscow, Kompaniya «Petit» Publ., 1997. 200 p.
9. Sarkisyan S.A., Akhundov V.M., Minayev E.S. Analiz i prognoz razvitiya bolshikh tekhnicheskikh sistem [Analysis and projection of large technical systems development]. Moscow, Nauka Publ., 1982. 280 p.
10. Yashchura A.I. Sistema tekhnicheskogo obsluzhivaniya i remonta obshchepromyshlennogo oborudovaniya [Maintenance and repair system of the general industrial equipment]. Moscow, ENAS Publ., 2006. 320 p.
11. Giua A., Seatzu C. Modeling and supervisory control of rail-way networks using Petri nets. IEEE Trans. on Automation Science and Engineering, 2008, vol. 5, no. 3. pp. 431-445. doi: 10.1109/TASE.2008.916925.
12. Klima Richard E., Sigmon Neil, Stitzinger Ernest. Applications of Abstract Algebra with Maple. CRC Press LLC, 1999. 250 p.
13. Szymanski Z. Modern Predictive Diagnostic Method of Induction Traction Motor Based on FEM, BEM. Computer Technology and Application, 2012, no. 3, pp. 678-684.
Prof. V. V. Artemchuk, D. Sc. (Tech.); Prof. A. V. Sokhatskyi, D. Sc. (Tech.) recommended this article
to be published
Received: Apr. 24, 2014
Accepted: June 17, 2014
